一种可变速抽水蓄能水机电控制耦合的物理模型实验装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种可变速抽水蓄能水机电控制耦合的物理模型实验装置，其特征在于：包括模型实验管道系统、供回水系统、可变速抽水蓄能机组、调速器系统、变流器系统、协联控制装置、调相压水系统、数据采集系统、智能负载系统和监控系统。本发明专利技术的目的是提供一种可变速抽水蓄能水机电控制耦合的物理模型实验装置，能够满足原型电站所有运行工况的测试需求外，且满足在原型电站中不能或不敢进行的超运行范围工况和极端工况的实验条件，帮助深入挖掘机组变速运行的技术优势、实证可变速机组各工况运行性能。运行性能。运行性能。

【技术实现步骤摘要】
一种可变速抽水蓄能水机电控制耦合的物理模型实验装置


[0001]本专利技术涉及抽水蓄能电站模型试验
，具体涉及一种可变速抽水蓄能水机电控制耦合的物理模型实验装置。

技术介绍

[0002]可变速抽水蓄能机组以其优越的动态性能和技术优势已成为全球抽水蓄能行业新的发展方向，现有技术中，对可变速抽水蓄能技术的研究大多基于数值仿真手段，而缺少必要的真机验证或物理模型实验，严重制约了可变速抽水蓄能技术的发展。根据IEC60193标准，开展物理模型实验是可变速机组投产的关键步骤，直接决定了可变速机组运行的安全性、可靠性和稳定性。采用真机验证或物理模型实验存在以下难点：(1)目前全球范围内可运行的可变速抽水蓄能电站数量较少，且真实电站多以生产盈利为主，现场实验具有一定风险且时间成本较高，在上述电站开展真机实证难度较大；(2)物理模型实验台建设成本较高、试验周期较长，尤其是可变速抽水蓄能机组动态特性物理模型实验台需要考虑不同的子系统。
[0003]国内外开展抽水蓄能机组物理模型试验主要分为三种形式：(1)以哈电、东电、福伊特等大型水力机械制造厂商、瑞士洛桑联邦理工(EPFL)和挪威科技大学(NTNU)为代表的针对水轮机/水泵水轮机运行特性开展模型试验研究，模型实验台仅以设置相应模型机组为主，研究水力机械的能量特性、空化特性、压力脉动特性及飞逸特性，不考虑输水管道、调压室、管路布置形式对机组特性和动态性能影响；(2)以清华大学、河海大学等国内外各水力学实验室为代表的针对电站全过流管道系统的过渡过程开展的模型实验研究，该类试验以阀门代替水轮机/水泵水轮机，忽略了水力机械过流特性对输水管道各特征节点对过渡过程的影响；(3)以瑞典乌普萨拉大学和英国曼彻斯特大学等高校为代表的水力发电机(交流电机) 模型实验，该类实验采用电机对拖实验方式，着重研究双馈异步电机特性及交流励磁控制策略，不考虑水力机械及管路系统的影响。
[0004]然而，可变速抽水蓄能技术改变了传统抽水蓄能电站中水
‑
机
‑
电
‑
控制多个物理量的耦合模式与响应特性，其过渡过程是水力、机械、电气、控制等子系统相互协调、相互影响的复杂动态过程，忽略其中任何一个子系统，将对模型试验结果产生不利影响。

技术实现思路

[0005]根据现有技术的不足，本专利技术的目的是提供一种可变速抽水蓄能水机电控制耦合的物理模型实验装置，能够对可变速机组各工况运行性能进行测试，且具备能够满足在原型电站中不能或不敢进行的超运行范围工况和极端工况的实验条件。
[0006]为了解决上述技术问题，本专利技术采用的技术方案为：
[0007]一种可变速抽水蓄能水机电控制耦合的物理模型实验装置，包括模型实验管道系统、供回水系统、可变速抽水蓄能机组、调速器系统、变流器系统、协联控制装置、调相压水系统、数据采集系统、智能负载系统和监控系统；
[0008]所述供回水系统与所述模型实验管道系统相连，用于实现物理模型实验装置的水流循环流动；
[0009]所述可变速抽水蓄能机组与所述模型实验管道系统相连，通过所述模型实验管道系统为所述可变速抽水蓄能机组提供实验用水，所述模型实验管道系统用于观测所述可变速抽水蓄能机组水力瞬变特性，所述可变速抽水蓄能机组用于测试能量特性、空化特性和压力脉动特性；
[0010]所述调速器系统与所述可变速抽水蓄能机组的水泵水轮机导叶连接，用于调节所述可变速抽水蓄能机组流量；
[0011]所述变流器系统与所述可变速抽水蓄能机组的双馈异步电机连接，用于发电电动机的交流励磁和并网调节；
[0012]所述调相压水系统与可变速抽水蓄能机组的水泵水轮机相连，用于水泵自启动工况的调相压水；
[0013]所述数据采集系统用于实时采集整个物理模型实验装置的传感器信号；
[0014]所述智能负载系统与所述可变速抽水蓄能机组的双馈异步电机定子出口连接，用于测试可变速抽水蓄能机组在孤网运行的动态特性；
[0015]所述监控系统用于对整个物理模型实验装置实施运行管理、数据处理、实时监视和控制功能；
[0016]所述协联控制装置与所述监控系统、所述调速器系统和所述变流器系统相连，接受所述监控系统指令，通过工况点寻优，分别将最优开度信号和最优转速信号传递给所述调速器系统和所述变流器系统。
[0017]进一步地，所述模型实验管道系统包括上游封闭式压力罐、上游侧有压引水管道、下游侧尾水管道、多功能下游水箱和调压室，所述上游侧有压引水管道一端与所述上游封闭式压力罐相连，另一端与所述可变速抽水蓄能机组的水泵水轮机相连，所述可变速抽水蓄能机组的水泵水轮机与所述下游侧尾水管道的一端相连，所述下游侧尾水管道的另一端与多功能下游水箱相连，所述下游侧尾水管道上设置调压室。
[0018]进一步地，所述模型实验管道系统还包括伸缩节，第一伸缩节设在尾水管扩散段与下游侧尾水管道之间，第二伸缩节布置在蜗壳与上游侧有压引水管道之间，所述伸缩节用于缓解管道对可变速抽水蓄能机组的水击压力。
[0019]进一步地，所述的供回水系统由变频泵系统、总供水管道、上游供水管道、上游排水管道、下游供水管道、下游排水管道、补泄水管道、下游溢流管道、地下水库和供水泵，所述变频泵系统用于给上游封闭式压力罐提供恒定的可调的上游水压，所述供水泵通过总供水管道给所述上游封闭式压力罐和所述多功能下游水箱供水，所述上游供水管道和所述上游排水管道分别用于给所述上游封闭式压力罐供水和排水，所述下游供水管道和所述下游排水管道用于所述多功能下游水箱的供水和排水，所述补泄水管道与所述多功能下游水箱相连用于波浪扰动下所述多功能下游水箱流量的补充和外泄，所述下游溢流管道与所述多功能下游水箱的溢流栅相连，用于所述多功能下游水箱水位跟踪溢流栅运动，多余流量从所述下游溢流管道溢出。
[0020]进一步地，所述物理模型实验装置包括发电模式和抽水模式，发电模式包括：
[0021]步骤101：所述多功能下游水箱充水；
[0022]步骤102：所述上游封闭式压力罐充水；
[0023]步骤103：所述可变速抽水蓄能机组按发电工况流程启动，所述上游封闭式压力罐水经所述模型实验管道系统流向所述多功能下游水箱，水流带动水泵水轮机发电，所述多功能下游水箱的水漫过溢流堰经下游溢流管道流到地下水库；
[0024]抽水模式包括：
[0025]步骤201：所述上游封闭式压力罐充水；
[0026]步骤202：所述多功能下游水箱充水；
[0027]步骤203：所述可变速抽水蓄能机组按抽水工况流程启动，打开流量调节阀，水泵水轮机从所述多功能下游水箱抽水经所述模型实验管道系统至所述上游封闭式压力罐，所述上游封闭式压力罐水通过上游排水管道至地下水库；
[0028]步骤204：通过调速器调节流量调节阀的开度，可以改变水泵水轮机的流量，通过变流器变速运行调节水泵水轮机入力。
[0029]进一步地，所述可变速抽水蓄能机组包括本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种可变速抽水蓄能水机电控制耦合的物理模型实验装置，其特征在于：包括模型实验管道系统、供回水系统、可变速抽水蓄能机组、调速器系统、变流器系统、协联控制装置、调相压水系统、数据采集系统、智能负载系统和监控系统；所述供回水系统与所述模型实验管道系统相连，用于实现物理模型实验装置的水流循环流动；所述可变速抽水蓄能机组与所述模型实验管道系统相连，通过所述模型实验管道系统为所述可变速抽水蓄能机组提供实验用水，所述模型实验管道系统用于观测所述可变速抽水蓄能机组水力瞬变特性，所述可变速抽水蓄能机组用于测试能量特性、空化特性和压力脉动特性；所述调速器系统与所述可变速抽水蓄能机组的水泵水轮机导叶连接，用于调节所述可变速抽水蓄能机组流量；所述变流器系统与所述可变速抽水蓄能机组的双馈异步电机连接，用于发电电动机的交流励磁和并网调节；所述调相压水系统与可变速抽水蓄能机组的水泵水轮机相连，用于水泵自启动工况的调相压水；所述数据采集系统用于实时采集整个物理模型实验装置的传感器信号；所述智能负载系统与所述可变速抽水蓄能机组的双馈异步电机定子出口连接，用于测试可变速抽水蓄能机组在孤网运行的动态特性；所述监控系统用于对整个物理模型实验装置实施运行管理、数据处理、实时监视和控制功能；所述协联控制装置与所述监控系统、所述调速器系统和所述变流器系统相连，接受所述监控系统指令，通过工况点寻优，分别将最优开度信号和最优转速信号传递给所述调速器系统和所述变流器系统。2.根据权利要求1所述的可变速抽水蓄能水机电控制耦合的物理模型实验装置，其特征在于：所述模型实验管道系统包括上游封闭式压力罐、上游侧有压引水管道、下游侧尾水管道、多功能下游水箱和调压室，所述上游侧有压引水管道一端与所述上游封闭式压力罐相连，另一端与所述可变速抽水蓄能机组的水泵水轮机相连，所述可变速抽水蓄能机组的水泵水轮机与所述下游侧尾水管道的一端相连，所述下游侧尾水管道的另一端与多功能下游水箱相连，所述下游侧尾水管道上设置调压室。3.根据权利要求2所述的可变速抽水蓄能水机电控制耦合的物理模型实验装置，其特征在于：所述模型实验管道系统还包括伸缩节，第一伸缩节设在尾水管扩散段与下游侧尾水管道之间，第二伸缩节布置在蜗壳与上游侧有压引水管道之间，所述伸缩节用于缓解管道对可变速抽水蓄能机组的水击压力。4.根据权利要求2所述的可变速抽水蓄能水机电控制耦合的物理模型实验装置，其特征在于：所述的供回水系统由变频泵系统、总供水管道、上游供水管道、上游排水管道、下游供水管道、下游排水管道、补泄水管道、下游溢流管道、地下水库和供水泵，所述变频泵系统用于给上游封闭式压力罐提供恒定的可调的上游水压，所述供水泵通过总供水管道给所述上游封闭式压力罐和所述多功能下游水箱供水，所述上游供水管道和所述上游排水管道分别用于给所述上游封闭式压力罐供水和排水，所述下游供水管道和所述下游排水管道用于
所述多功能下游水箱的供水和排水，所述补泄水管道与所述多功能下游水箱相连用于波浪扰动下所述多功能下游水箱流量的补充和外泄，所述下游溢流管道与所述多功能下游水箱的溢流栅相连，用于所述多功能下游水箱水位跟踪溢流栅运动，多余流量从所述下游溢流管道溢出。5.根据权利要求2所述的可变速抽水蓄能水机电控制耦合的物理模型实...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵志高，杨建东，杨桀彬，王学武，马伟超，彭涛，杨威嘉，郑贵桥，
申请(专利权)人：武汉大学，
类型：发明
国别省市：