一种高效率水车发电配置系统技术方案

新型水车发电配置系统(简称系统)，该系统由水车、永磁发电机、逆变器组成，省去了现有水车发电配套系统中的调水稳速装置、齿轮变速器、励磁控制屏、并网柜等部件。本发明专利技术打破了现有水车发电系统必须以同步速运转的模式，系统转速可以根据水流量的大小自动改变，最大化水能利用率，系统基本无机械损耗，提高了系统稳定性，最大化发电效率，并适用于所有流速不同但有一定流量的河流，实现水车发电站的数字化管理。实现在水量较小水车转速底水能小和水量大转速高水能大的两种情况下都能将全部水能转化成电能的能力。

A High Efficiency Water Vehicle Power Generation Configuration System

【技术实现步骤摘要】
一种高效率水车发电配置系统
：本专利技术的目的在于提供一种水车发电配置系统，属于河流发电配置系统的改进创新技术。
技术介绍
：检索水车发电装置专利技术专利，主流方案是设置水泥支架固定水车，人工建设或改造水渠，利用水流推动水车，通过传动轴到齿轮变速器再到发电机发电。还有一种“漂浮水车发电装置”，申请(专利)号：CN201510054857.6法律状态：失效。该漂浮水车发电装置，由水车轮、水流推板、轴承、齿轮变速器、发电机、水车漂浮罐、漂浮罐支架、水车固定扣、合流板、固定柱组成，优点在于，此装置可以设置在任意水流较大的地方，根据水位高低调整水车轮位置，通过齿轮变速器增加齿轮摩擦速度，保持发电机的动力，具有安装方便，易于实现的特点。“漂浮水车发电装置”有安装方便，易于实现的特点，优于主流方案。“漂浮水车发电装置”和“主流方案设置水泥支架固定水车，人工建设或改造水渠，利用水流推动水车，通过传动轴到齿轮变速器再到发电机发电”两种方案的发电配置系统(图2)都有如下缺陷：一是发电机都采用电励磁发电机。电励磁发电机发电要求转速恒定才能发电，当夏季的盛水期，水大量，本来可以多发电，但由于维持系统转速恒定，发电机容量被限制，为避免发电机超载只能把多余的水白白放掉，浪费了很大的水利资源。而在贫水期，水流速度变慢，发电系统无法正常发电。二是现有水车发电系统中必须使用齿轮变速器，齿轮变速器的机械损耗降低了系统效率，且齿轮变速器属于易损部件，增加了故障点，增加了维修工作量，降低了发电系统的效率和水能利用率。三是现有水车发电系统配置的是电励磁发电机，电励磁发电机很难做到在底速下运行，需要在系统中配置齿轮变速器机装置，且电励磁发电机本身效率底，还需要励磁控制屏提供励磁电源建立磁场，增加了系统复杂性。四是这种发电系统为了保持系统在同步速下运行，增加了调水稳速装置，增加了基础造价，浪费了水资源。。五是同样的配置系统不能在不同流速的河流运行。(不同流速时齿轮变速器变比不同)综上所述，现有水车发电系统转速必须在同步速下恒定运行，水能利用率底，可靠性底，主体结构设计配置复杂，动力传递通过传动轴到齿轮变速器再到发电机发电的原理和各地水流速度不同的现实产生冲突(发电机转速要求额定，流速不同时齿轮变速器变比也不同)，同样的设备不能在不同流速的河流使用，而且此原理的机械传动能量损耗大，发电率低；机械设备维护成本高等缺陷。以上缺陷是水车发电难以大规模普及应用的主要原因。检索发电配置系统，申请(专利)号：CN201610232082.1“新型水利发电配置系统”，其特征在于：该系统由水轮机、永磁发电机、逆变器组成，水轮机在水流驱动下旋转带动永磁发电机发出电能，发电机发出的电能接入逆变器，经过逆变器整流逆变并如电网。省去了现有水轮机发电配套系统中的调水稳速装置、齿轮变速器、励磁控制屏、并网柜等部件。本专利技术打破了现有水利发电系统必须以同步速运转的模式，系统转速可以根据水流量的大小自动改变，可以充分吸收水流的能量，可以吸纳盛水期的超大水流量，拓宽水电站的发电区间，提高了发电效率和发电量，简化了结构，节省了运行维修费用，显著提高发电效率，可以综合提高发电量，提高水电站的效益，实现水电站的数字化管理。水轮机经历了长期的发展过程，其最早且最简单的形式就是水车。水轮机结构复杂，要求一定的水头(2米以上)，要求在河流的适当位置建立水坝才能利用水轮机发电，而古老的水车结构简单，在河流任何有流量的位置都可以采集水能用来发电。
技术实现思路
：目的：克服现有技术的不足，提供新型水车发电配置系统(简称系统)，该系统摆托了同步速的束缚，可以根据水流量的大小自动改变水车的转速，水车可以吸收更大的水流流量，充分利用水流的能量，使系统始终处于最佳的工作状态，最大化水能利用率，系统基本无机械损耗，提高了系统稳定性，最大化发电效率，并适用于所有流速不同但有一定流量的河流。技术方案及专利技术要点：新型水车发电配置系统(简称系统)，该系统由水车、永磁发电机、逆变器组成，省去了现有水车发电配套系统中的调水稳速装置、齿轮变速器、励磁控制屏、并网柜等部件。本专利技术打破了现有水车发电系统必须以同步速运转的模式，系统转速可以根据水流量的大小自动改变，可以充分吸收水流的能量，可以吸纳盛水期的超大水流量，拓宽水电站的发电区间，提高了发电效率和发电量，简化了结构，节省了运行维修费用，显著提高发电效率，可以综合提高发电量，提高水电站的效益，实现水电站的数字化管理。本专利技术的原理是：在这个新型水车发电配置系统中，水车直接带动永磁发电机发电、发出的电能接入逆变器，经过逆变器将发电机发出的电能并网。在这个新型水车发电配置系统中，永磁发电机发出的电并入电网。当水流小时，水车转速慢，永磁发电机发出的电电压底、频率小、能量小，逆变器经过整流逆变变为恒定电压恒定频率的电能，当然这时逆变器输出的能量是小的。当水流强时，水车转速变快，永磁发电机发出的电电压变高、频率变高、能量变大，这时逆变器输出的能量也变大。当夏季盛水期水量大时，水流可以全部流过水车，使水车转速升高，能量通过永磁发电机全部利用，最大化利用率。本专利技术与现有技术相比的优点在于：一是打破了现有水车发电系统配置模式，水车的转速是开放的，不需要保持电网需要的同步速，不需要调水稳速装置，水车的转速完全取决于水流对水车的冲力，在水量较小水车转速底水能小和水量大转速高水能大的两种情况下都能实现将全部水能转化成电能的能力。最大化的提高了资源利用率。二是新型水车发电系统采用高效永磁发电机，永磁发电机转子中安有稀土永磁材料，给发电机提供励磁磁场，省去了励磁绕组和励磁控制屏，使系统结构简单，可靠性提高。永磁发电机本身效率高，同样的水资源可以多发电。永磁发电机能量密度大，在相同功率、相同转速下，发电机体积小、重量轻，工程造价底。永磁发电机转子为永久磁钢，转子不发热因此发电机可以制成很高的防护等级，特别适合水电站潮湿的环境，提高发电机的使用寿命，这是励磁发电机无法实现的。永磁发电机可以较容易的制成多级结构，可以在较低的转速下发出较高频率的电能，使电能更好的适应逆变器逆变入网。永磁发电机特别适合变速工作状态，可以在超底速和超高速下运行，在不同流速的河流都可以正常运行发电。这是现电励磁发电机所难以实现的。三是新系统省去了齿轮变速器，也就省去了齿轮变速器带来的机械损耗和维护费用，使系统更安静、效率更高、运行率更高。四是系统中的逆变器具有自动并网做作用，不需要另配并网柜，逆变器可以根据电网的电压变化自动调整输出电压的高低，将系统发出的电能及时并入电网输电。逆变器可以根据电网电压的变化自动调整输出电压和功率因数，使水车发电系统和电网有机结合。逆变器具有全方位的电源保护方案和完善的自我检测和保护功能，在本身系统故障或电网故障时将自动与电网断开，保证系统安全。逆变器可以方便实现上位机监控，实现远程数据采集和监视，实现水电站无人值守和数字化运行管理。附图说明：图1为本专利技术的新型水车发电配置系统构成示意图。图2为现有水车发电系统构示意成图。具体实施方式：本专利技术所诉新型水车发电配置系统，如图1所示，系统有水车、永磁发电机、逆变器组成。水流推动水车旋转，将水的动能变为水车旋转的机械能，直接带动水磁发电机旋转而发出电能，本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.新型水车发电配置系统，其特征在于：该系统由水车、永磁发电机、逆变器组成，水车在水流驱动下旋转带动永磁发电机发出电能，永磁发电机发出电能接入逆变器，经过逆变器整流逆变并入电网。

【技术特征摘要】
1.新型水车发电配置系统，其特征在于：该系统由水车、永磁发电机、逆变器组成，水车在水流驱动下旋转带动永磁发电机发出电能，永磁发电机发...

【专利技术属性】
技术研发人员：童桥，
申请(专利权)人：童桥，
类型：发明
国别省市：江西,36