[发明专利]一种低水头坝体平流水力发电系统及控制系统

说明书

本发明公开了一种低水头坝体平流水力发电系统，包括主坝，主坝的两端分别连接河道的两端，主坝将河道分隔成上游河道和下游河道，河道的一侧或两侧开设有引水渠，引水渠位于河道的侧岸边，引水渠与河道之间架设有河道坝体，引水渠的入水口与上游河道相通，引水渠的出水口与下游河道相通，引水渠的入水口设置有引水闸，引水渠内设置有分水墙和发电组件，引水渠被分水墙分隔为主发电水道和副发电水道，副发电水道靠引水闸的入水口设置有调水闸，发电组件包括设置在主发电水道内的主发电组件和设置在副发电水道内的副发电组件。本发明利用水轮机自动离合多机组的结构设计，可满足径流河道在不同水量、流速情况下的最大程度地利用径流水流进行发电。

技术领域

本发明涉及水力发电技术领域，具体涉及一种低水头坝体平流水力发电系统及控制系统。

背景技术

溪流河道存在水能，特别是现在的河道经过长期的水利建设，基本上多建有平坝系统，由于这些坝体高度受安全泄洪局限，水头普遍不高，这些平坝系统用现有的传统水力发电技术根本无法给以发电利用，其应用基本为单一蓄水，限定了所投入的构筑物的建造成本，使得坝体结构强度等级受限容易造成洪水季节的冲刷损坏，维护成本高，使用寿命短，给国家各级水利管理部门造成很大的水利工程维修资金的安排压力和浪费。

一种侧斜坝全径流超低水头发电利用技术，提出“自动水闸+水轮机组+直流交流变换方式”的发电解决技术，解决了低水头直接交流并网流速慢的技术问题，但对低水头坝的全径流河水利用有一些特殊技术难题情况：

由于径流河道小，水流流量变化快，上游河道水流流速随河道水量变化大，水量越大流速越快,其中流量变化是明面变化，流速变化是隐性变化，而对水力发电而言，传统水力发电技术为管道和水流初速基本为零的重力静态加速能量的利用，流量和流速方便控制，而对径流全流量水能的利用为开放式引水渠，水能的变化既有流量的变化，更有流速的变化，根据水力发电的计算公式，其中流速的变化对水轮机发电输出功率影响更大，因此开放式引水渠水电输出功率水量和流速变化的应对控制为水电利用需要解决的关键技术问题；

同时要考虑洪水期泄洪的安全要求，水电利用需要以泄洪安全为基础要求，理论上，安装的自动引水闸可以起到控制水量的作用，实际上，自动引水闸在大流量情况下只能起到全部打开和全部关闭的作用，而不能起到部分关闭调节水量的作用，当上游河道水量过大，特别是洪水期，在外界水量过大时用关小闸门减少进水量，在强大洪水压力下会增快进水的速度，控制效果不明显，需要关闭很大的水量，但这种方法，全河道水能从引水闸部分开口引出会对出水口产生巨大的冲击压力，会对部分坝体产生额外的冲击压力，同时不符合坝体河道洪水期泄洪的安全要求；

保证安全是径流水能利用的第一基础安全的刚性要求，在大流量的河道洪水期间，最基本的抗洪措施是打开全部自动引水闸，让大流量洪水从引流槽通过，直接把河水的有害冲击能量转换成电能输出，相对的减少坝体泄洪的压力和坝体冲刷的冲击力，因此满足安全泄洪最大流量前提下的发电组件系统连续不间断发电的过载控制和各种意外情况的应急保护技术措施，应该是低水头河道全径流水力发电需要解决的技术难题。

另外，户外钢结构设备容易引发直接雷击，直接雷击是有害的超高电压，水车式发电机水轮机构件体积大，一般直接是户外暴露设施，容易引发直接雷击，而且低转速水力发电机直接三相异步交流并网变速箱成本高，多机组交流异步直接交流并网输出困难，需要间接采用AC/DC和DC/AC开关电源直流交流变换系统，这种变换开关电源系统设备很容易遭受雷击过电压的损坏，采用传统引雷泄放的富兰克林避雷针保护，增加雷击概率和隐患程度，要求起保护，就要产生直接雷击的隐患，因此必须有可靠的防雷措施给以解决，雷雨期间发电系统安全送电是系统的基础要求，否则这个系统无法保证系统雷雨天的正常运行送电，而达不成投资建设的效益发挥。

发明内容

为解决上述问题，本发明提供的技术方案为：