一种基于柔性传动结构的全功率变速抽蓄机组拓扑制造技术

本发明专利技术涉及抽水蓄能技术领域，具体为一种基于柔性传动结构的全功率变速抽蓄机组拓扑；包括上水库

【技术实现步骤摘要】
一种基于柔性传动结构的全功率变速抽蓄机组拓扑


[0001]本专利技术涉及抽水蓄能
，具体为一种基于柔性传动结构的全功率变速抽蓄机组拓扑
。

技术介绍

[0002]抽水蓄能技术，即利用水作为储能介质，通过电能与势能相互转化，实现电能的储存和管理
。
利用电力负荷低谷时的电能抽水至上水库，在电力负荷高峰期再放水至下水库发电
。
在“双碳”目标的引领下，新能源装机容量及比例逐步提高给电力系统的安全稳定灵活运行带来了诸多不利影响，发展储能技术也就成为了当务之急
。
而抽水蓄能作为目前技术最为成熟，经济性最好的储能技术，受到了世界各国的广泛关注，也成为了我国重点扶持的对象
。
[0003]我国抽水蓄能电站几乎全部采用定速抽蓄机组，其工作模式较为固定，尚不足以应对电网近年来出现的大规模新能源快速功率波动的问题
。
相比传统的定速抽蓄机组，变速抽水蓄能机组效率更高
、
运行更灵活
、
响应更迅速
。
而在变速抽蓄机组中，又以全功率变速抽蓄机组调节范围最广，响应速度最快，因而其也受到了国际社会的普遍关注
。
[0004]然而，现有全功率变速抽蓄机组普遍存在以下问题
。
首先，现有机组均采用同轴连接方式，过渡过程中轴系两端的不平衡转矩容易导致轴系受损，进而诱发机组低频振荡；此外，现有机组发电电动机往往采用低速大转矩的水轮发电机，导致机组总重较大，规划建设及运输安装受到较多限制，不利于分布式抽蓄机组的发展；最后，传统机组只能实现单一工况下水泵水轮机最优转速与变流器最优频率的匹配，因此在另一工况下机组效率偏低，严重影响机组的经济性
。
综上所述，优化机组拓扑以实现其可靠性，灵活性及经济性的提升成为本领域的研究热点
。
[0005]因此，本专利技术提供一种基于柔性传动结构的全功率变速抽蓄机组拓扑，用于解决上述所提出的相关技术问题
。

技术实现思路

[0006]本专利技术的目的在于提供一种基于柔性传动结构的全功率变速抽蓄机组拓扑，进而能够有效提升机组的可靠性，灵活性及经济性
。
[0007]为实现上述目的，本专利技术提供如下技术方案：
[0008]本专利技术提供了一种基于柔性传动结构的全功率变速抽蓄机组拓扑，包括上水库
、
引水系统
、
水泵水轮机
、
下水库
、
磁齿轮
、
发电电动机和全功率变流器；
[0009]所述引水系统一端与上水库连通，另一端与下水库连通，所述引水系统用于为机组运行时水流流动提供通路；
[0010]所述水泵水轮机与引水系统连通，且水泵水轮机通过磁齿轮与发电电动机连接，所述水泵水轮机用于实现水流的重力势能与转子动能间的相互转化；
[0011]所述发电电动机通过导线与全功率变流器连接，所述发电电动机用于实现转子动
能与电能间的相互转化
。
[0012]本专利技术进一步的设置为：所述引水系统包括引水管道，所述引水管道上安装有调压井和球阀
。
[0013]本专利技术进一步的设置为：所述全功率变流器外接有电网
。
[0014]本专利技术进一步的设置为：所述全功率变流器为背靠背连接方式的变流器
。
[0015]本专利技术进一步的设置为：所述磁齿轮内设置有内转子
、
外转子及调制环，所述内转子连接发电电动机，所述外转子和调制环均连接水泵水轮机
。
[0016]本专利技术进一步的设置为：所述磁齿轮具有发电运行状况和抽水运行状况两种工况，实现双向变速柔性传动，两种工况运行过程为：
[0017]处于发电运行状况时，外转子锁定，内转子及调制环旋转；
[0018]处于抽水运行状况时，调制环锁定，内转子和外转子旋转
。
[0019]与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：
[0020](1)
本专利技术引入了柔性传动结构代替传统的同轴连接结构，能够实现过渡过程中机组轴系的保护，有效避免因轴系损伤引起的低频振荡，提升了机组的可靠性
。
[0021](2)
本专利技术磁齿轮的双向传动特性，使得发电电动机在抽水及发电工况下均能保持正转，进而可以采用设计制造成本更低，支撑能力更强的偏心支撑结构代替传统的中心支撑结构，实现了发电电动机支撑结构的优化
。
[0022](3)
本专利技术磁齿轮的变转矩特性，使得发电电动机可以采用高速小转矩的汽轮发电机代替传统的低速大转矩水轮发电机，进而极大减轻了机组总重，有效提升了其规划建设的灵活性
。
[0023](4)
本专利技术磁齿轮的变速特性，使得可以通过特定的极对数设计实现机组抽水及发电工况下，水泵水轮机的最优转速与全功率变流器最优频率的匹配，进而有效提升机组的整体效率及运行的经济性
。
附图说明
[0024]为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图
。
[0025]图1为本专利技术基于柔性传动结构的全功率变速抽蓄机组拓扑的结构示意图；
[0026]图2为本专利技术基于柔性传动结构的全功率变速抽蓄机组拓扑中磁齿轮的结构示意图；
[0027]图3为本专利技术的转矩曲线图
。
[0028]图例说明：
100、
上水库；
200、
引水系统；
300、
调压井；
400、
水泵水轮机；
500、
下水库；
600、
磁齿轮；
610、
内转子；
620、
外转子；
630、
调制环；
700、
发电电动机；
800、
全功率变流器
。
具体实施方式
[0029]下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚
、
完
整地描述；显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例，基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围
。
[0030]在本专利技术的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”、“内”、“外”、“顶
/
底端”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本专利技术和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位
、
以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种基于柔性传动结构的全功率变速抽蓄机组拓扑，其特征在于，包括上水库
(100)、
引水系统
(200)、
水泵水轮机
(400)、
下水库
(500)、
磁齿轮
(600)、
发电电动机
(700)
和全功率变流器
(800)
；所述引水系统
(200)
一端与上水库
(100)
连通，另一端与下水库
(500)
连通，所述引水系统
(200)
用于为机组运行时水流流动提供通路；所述水泵水轮机
(400)
与引水系统
(200)
连通，且水泵水轮机
(400)
通过磁齿轮
(600)
与发电电动机
(700)
连接，所述水泵水轮机
(400)
用于实现水流的重力势能与转子动能间的相互转化；所述发电电动机
(700)
通过导线与全功率变流器
(800)
连接，所述发电电动机
(700)
用于实现转子动能与电能间的相互转化
。2.
根据权利要求1中所述的一种基于柔性传动结构的全功率变速抽蓄机组拓扑，其特征在于：所述引水系统
(200)
包括引水管道，所述引水管道上安装有调压井
(300)
和球阀
...

【专利技术属性】
技术研发人员：栾一航，张远志，丁理杰，陈刚，孙建军，查晓明，史华勃，潘鹏宇，
申请(专利权)人：国网四川省电力公司电力科学研究院，
类型：发明
国别省市：