[发明专利]一种变频永磁水力发电系统及其控制方法

权利要求书

1.一种变频永磁水力发电系统的控制方法，其特征在于，所述变频永磁水力发电系统包括水轮机(1)、发电机(2)、矩阵变换器(3)、变压器(4)、机械保护装置(5)、电气保护装置(6)和主控制单元(7)，所述水轮机(1)的水流入口侧设有水流量综合控制器(11)，所述水轮机(1)上设有用于控制叶片的转轮叶片综合控制器(12)，所述水轮机(1)的主轴上安装有机械制动装置(13)和机械信号检测单元(14)，所述发电机(2)的主轴上安装有电气制动装置(21)且输出端安装有电气信号检测单元(22)，所述机械制动装置(13)和机械保护装置(5)相连，所述电气制动装置(21)和电气保护装置(6)相连，所述机械信号检测单元(14)、电气信号检测单元(22)的输出端分别与主控制单元(7)相连，所述主控制单元(7)的输出端分别与水流量综合控制器(11)、转轮叶片综合控制器(12)、机械保护装置(5)、电气保护装置(6)以及矩阵变换器(3)的矩阵变换控制器(31)相连，所述控制方法包括进行水轮机处理控制的步骤，详细实施步骤包括：

A1)采集发电量需求P₀、水轮机(1)的来水量、发电机(2)的转子速度信号，将水轮机(1)的来水量换算为水流流速V，根据发电机(2)的转子速度信号确定水轮机(1)的叶轮机速度ω，并根据叶轮机速度ω、水流流速V计算得到叶尖速比λ；

A2)计算水轮机(1)能够获取的能量P；

A3)判断发电量需求P₀大于水轮机(1)能够获取的能量P是否成立，如果成立则跳转执行步骤A4)；否则，跳转执行步骤A5)；

A4)判断发电量需求P₀是否超过变频永磁水力发电系统的调节能力，如果没有超过变频永磁水力发电系统的调节能力，则通过水流量综合控制器(11)调节水轮机(1)的进水量，然后跳转执行步骤A5)；否则执行水轮机出力异常报警并退出；

A5)计算叶尖速比λ、叶尖速比最佳参考值λ_opt之间的差值得到叶尖速比差值Δλ，根据叶尖速比差值Δλ判断通过调节叶轮桨距角是否能够达到最佳出力，当0＜|Δλ|≤λ_max时判定通过调节叶轮桨距角能够达到最佳出力，λ_max为水流量综合控制器(11)最大调节能力下能达到的叶尖速比，则启动转轮叶片综合控制器(12)进行叶轮位置调节，根据发电量需求P₀换算得到叶尖速比最佳参考值λ_opt以及最优获能系数C_P.opt(λ，β)，并根据最优获能系数C_P.opt(λ，β)和叶尖速比最佳参考值λ_opt计算最优叶片桨距角β_opt，将最优叶片桨距角β_opt与当前的桨距角β进行差值计算得到桨距角偏差Δβ，通过转轮叶片综合控制器(12)根据桨距角偏差Δβ来调节水轮机(1)的叶轮位置；否则执行水轮机出力异常报警并退出。

2.根据权利要求1所述变频永磁水力发电系统的控制方法，其特征在于，步骤A1)中根据叶轮机速度ω、水流流速V计算得到叶尖速比λ的函数表达式如式(1)所示；

λ＝ωR/V (1)

式(1)中，ω表示水轮机(1)的叶轮机速度，R表示水轮机(1)的叶轮机轮转半径，V表示水流流速。

3.根据权利要求1所述变频永磁水力发电系统的控制方法，其特征在于，步骤A2)中计算水轮机(1)能够获取的能量P的函数表达式如式(2)所示；

P＝0.5ρV³πR²C_P(λ，β) (2)

式(2)中，ρ表示水的密度，V表示水流流速，R表示水轮机(1)的叶轮机轮转半径，λ表示叶尖速比，β表示叶片桨距角，C_P(λ，β)表示获能系数。