高油壓控制水輪機的槳葉電液調節(jié)方法及裝置的制造方法
【技術領域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種高油壓控制水輪機的槳葉電液調節(jié)方法及裝置，介于轉槳式水輪 機和定槳式水輪機之間的調槳式水輪機，采用高油壓調速器系統(tǒng)控制，動態(tài)調節(jié)槳葉運行 角度，使得水輪發(fā)電機組在不同的運行工況區(qū)域，選取適合的角度運行，始終獲得較高的水 能轉化效率。
【背景技術】
[0002] 當今，能源局勢緊張。石油、煤炭等不可再生資源日益枯竭，使人們對可再生資源 的依賴日益增加。這正是水電、風電、太陽能發(fā)電得以蓬勃發(fā)展的主要原因。而在諸多的可 再生能源中，水電的經(jīng)濟性最優(yōu)。隨著中高水頭電站的廣泛開發(fā)，可開發(fā)的資源正在日益減 少。近年來，水頭H< 50m，其機組型式主要為貫流式水輪發(fā)電機組、軸流定槳及軸流轉槳式 機組，已逐漸成為水電資源開發(fā)的主流。
[0003] 水輪機是水力發(fā)電設備的核心設備，轉輪是實現(xiàn)水能轉化為機械能的心臟部件。 軸流定槳式水輪發(fā)電機組，其葉片安放角度不可調節(jié)，只在單一流量時可獲得較高的水能 轉化效率，當機組偏離最優(yōu)工況時，進口水流在葉片頭部產(chǎn)生沖擊，在葉片的背面產(chǎn)生脫流 和空蝕，產(chǎn)生較大的水力損失，引起振動，水能轉化效率會急劇下降。
[0004] 轉槳式水輪機的導水葉和槳葉開度保持協(xié)聯(lián)關系，始終獲得較高的水能轉化效 率。但其槳葉通過受油器調節(jié)，受油器因其結構復雜，密封困難，常常存在或多或少的漏油、 竄油問題污染環(huán)境。同時導致調速器油壓裝置中的油泵啟動頻繁，對油泵磨損嚴重，且損耗 大量廠用電。
[0005] 在能源十分緊缺的今天和明天，水電站開發(fā)設計中環(huán)境和安全問題擺在了一個比 較重要的位置，需降低工程造價與減少運行費，提高資源利用率，通過對水電資源均衡開發(fā) 和持續(xù)發(fā)展以及技術進步的不斷探索挖掘水電能源技術的巨大潛力。
[0006] 為了克服現(xiàn)有定槳式水輪機以及轉槳式水輪機技術上的不足，需要一種簡單、方 便、經(jīng)濟、實用、環(huán)保的高油壓控制水輪機槳葉電液調節(jié)裝置。采用先進的槳葉角度計算方 法的數(shù)學模型，解決了調槳式水輪機的最優(yōu)運行問題，即隨水頭和流量變化通過調節(jié)轉輪 槳葉合適角度，提高機組運行工況的適應能力，解決定槳式水輪機組高效率區(qū)狹窄的問題， 擴大機組的應用范圍，確保不同流量時轉輪均在較優(yōu)工況下運行，始終獲得較高水能轉化 效率。而高油壓控制水輪機槳葉電液調節(jié)裝置，與導葉沒有協(xié)聯(lián)關系，槳葉調節(jié)采用高油壓 控制系統(tǒng)，調速器體積小、重量輕、成本降低，同時改變了轉槳式水輪機的槳葉操作系統(tǒng)，取 消了受油器和相應的操作油管、輪轂潤滑油管等，從而使機組轉輪在運行中實現(xiàn)無油狀態(tài)。 采用標準的旋轉接頭球頭浮動密封，解決因漏油造成的環(huán)境污染及油泵頻繁啟動等問題， 節(jié)省廠用電，簡化控制環(huán)節(jié)，為電站節(jié)省了人工費及設備投入和維修費用，給電站帶來可觀 的經(jīng)濟效益，杜絕漏油對河水的環(huán)境污染。且運行更方便、安全、可靠。該高油壓控制水輪 機槳葉電液調節(jié)裝置技術在國內(nèi)外沒有應用先例，填補了水電站轉槳式水輪機組使用高油 壓調速器系統(tǒng)控制的技術空白，對水輪發(fā)電機組結構設計實現(xiàn)重大的技術創(chuàng)新，具有較大 的經(jīng)濟潛力和推廣價值。
[0007] 特別有些電站的水文參數(shù)集中在三到四個工況運行，對應的相當于轉輪葉片調整 三、四個角度，這種電站，采用高油壓控制水輪機的槳葉電液調節(jié)裝置，有著十分重要的經(jīng) 濟和社會效益。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008] 本發(fā)明的目的之一是提供一種始終獲得較高的水能轉化效率的高油壓控制水輪 機的槳葉電液調節(jié)方法。
[0009] 本發(fā)明的目的之二是提供一種始終獲得較高的水能轉化效率的高油壓控制水輪 機的槳葉電液調節(jié)裝置。
[0010] 為了實現(xiàn)上述目的之一，本發(fā)明提供的技術方案為：提供一種高油壓控制水輪機 的槳葉電液調節(jié)方法，水輪機槳葉角度調節(jié)控制系統(tǒng)上，采用高油壓調速器控制系統(tǒng)，通過 槳葉角度的模糊數(shù)學模型計算方法，水輪發(fā)電機組不同運行工況下，槳葉開度進行動態(tài)調 節(jié)控制，調節(jié)至合適的槳葉角度運行，解決了定槳式水輪機組高效率區(qū)運行狹窄的問題，擴 大機組的運行范圍。實現(xiàn)機組在不同的運行工況下，獲得較高的水能轉化效率，充分利用水 能。包括以下步驟：
[0011] (1)建立水輪機轉輪模型綜合特性曲線的數(shù)據(jù)庫；
[0012] (2)將水輪機轉輪模型綜合特性曲線導入數(shù)據(jù)庫；
[0013] (3)導入發(fā)電站長年日徑流量序列及水頭數(shù)據(jù)；
[0014] (4)建立槳葉角度調節(jié)計算的模糊數(shù)學模型，通過數(shù)據(jù)訓練，模型滿足足夠精度要 求；
[0015] (5)以槳葉角度0為待求參數(shù)，綜合步驟（3)導入的水文數(shù)據(jù)，建立以效率n為 中間變量，以年發(fā)電量E最大為目標函數(shù)的優(yōu)化模型。根據(jù)目標函數(shù)和安全穩(wěn)定限制條件， 采用優(yōu)化算法，求得槳葉角度(Pj:...);
[0016] (6)在線采集水輪發(fā)電機組運行的實時工況參數(shù)：凈水頭H，機組引用流量Q從而 確定槳葉角度的切換點；
[0017] (7)采用高油壓調速器控制轉輪槳葉的接力器，在動態(tài)的情況下，可以人為手動或 電動控制方式，使位于發(fā)電機側的高壓油槳葉調節(jié)電液執(zhí)行器運動，調整葉片的轉角，當達 到所需的轉角后，投入機械或液壓鎖錠，將葉片固定，從而實現(xiàn)槳葉角度調節(jié)的目的。
[0018] 所述模糊數(shù)學模型為：
【主權項】
I. 一種高油壓控制水輪機的槳葉電液調節(jié)方法，水輪機槳葉角度調節(jié)控制系統(tǒng)上，采 用高油壓調速器控制槳葉電液調節(jié)裝置，通過槳葉角度的模糊數(shù)學模型計算方法，水輪發(fā) 電機組在不同運行工況下，對槳葉開度進行動態(tài)調節(jié)控制，調節(jié)至合適的槳葉角度運行，其 特征在于，包括以下步驟： (1) 建立水輪機轉輪模型綜合特性曲線的數(shù)據(jù)庫； (2) 將水輪機轉輪模型綜合特性曲線導入數(shù)據(jù)庫； (3) 導入發(fā)電站長年日徑流量序列及水頭數(shù)據(jù)； (4) 建立槳葉角度調節(jié)計算的模糊數(shù)學模型，通過數(shù)據(jù)訓練，模型滿足足夠精度要求； (5) 以槳葉角度β為待求參數(shù)，綜合步驟（3)導入的水文數(shù)據(jù)，建立以效率τι為中間 變量，以年發(fā)電量E最大為目標函數(shù)的優(yōu)化模型。根據(jù)目標函數(shù)和安全穩(wěn)定限制條件，采用 優(yōu)化算法，求得槳葉角度(丨31，丨<…)； (6) 在線采集水輪發(fā)電機組運行的實時工況參數(shù)：凈水頭H，機組引用流量Q從而確定 槳葉角度的切換點； (7) 采用高油壓調速器控制轉輪槳葉的接力器，在動態(tài)的情況下，可以人為手動或電動 控制方式，使位于發(fā)電機側的高壓油槳葉調節(jié)電液執(zhí)行器運動，調整葉片的轉角，當達到所 需的轉角后，投入機械或液壓鎖錠，將葉片固定，從而實現(xiàn)槳葉角度調節(jié)的目的。 所述模糊數(shù)學模型為：
在上述模糊數(shù)學模型中： i為槳葉分檔數(shù)； ε為收斂精度； Ei為在特定水文過程中，槳葉分成i檔時的最大發(fā)電量； β為槳葉角度； H (t)為t時刻水頭； Q (t)為t時刻流量； Q11為水輪機單位流量； nn為水輪機單位轉速； n (Qn，Hn，β)為槳葉開度為β時對應工況點的效率； Di為槳葉分成i檔時，所有i個槳葉角度組合構成的集合； { β ^ β 2，…β J為i個槳葉角度構成的組合； a emin為槳葉開度為β時，導葉的最小開度； α 為槳葉開度為β時，導葉的最大開度； a e為槳葉開度為β時，導葉的開度。
2. 如權利要求1所述的高油壓控制水輪機的槳葉電液調節(jié)方法，其特征在于，槳葉運 行角度的調節(jié)計算方法，包括所述步驟（1)、（2)、（3)、（4)、（5)，（6)，其步驟（4)中所述模糊 數(shù)學模型采用具有自學習功能神經(jīng)網(wǎng)絡模型，根據(jù)運行狀態(tài)，不斷自適應更新優(yōu)化數(shù)據(jù)庫， 提高精度；所述步驟（5)中的所述目標函數(shù)要求為發(fā)電量最大；所述步驟(6)中水輪發(fā)電 機組槳葉角度的切換點，以效率最大為目標進行制定。
3. 如權利要求1所述的高油壓控制水輪機的槳葉電液調節(jié)方法，其特征在于，包括用 于調節(jié)水輪機槳葉角度的控制系統(tǒng)，所述控制系統(tǒng)通過所述模糊數(shù)學模型計算，對水輪發(fā) 電機組不同運行工況下，槳葉開度進行動態(tài)調節(jié)控制，調節(jié)至計算的槳葉角度運行。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種高油壓控制水輪機槳葉電液調節(jié)方法，根據(jù)水電站水文資料及機組參數(shù)建立的一種選擇槳葉角度計算方法的模糊數(shù)學模型。即隨水頭和流量變化通過高油壓控制槳葉調節(jié)電液執(zhí)行器調節(jié)轉輪槳葉至計算角度，獲得較高水能轉化效率，實現(xiàn)高油壓控制槳葉角度快調式水輪發(fā)電機組年發(fā)電量最大的目標。其關鍵技術為：水輪機槳葉調節(jié)執(zhí)行器采用高油壓控制系統(tǒng)，采用標準的球頭浮動密封，完全克服了高油壓轉動密封裝置漏油問題。填補了轉槳式水輪機組使用高油壓調速器系統(tǒng)控制槳葉調節(jié)的技術空白，對水輪機結構設計實現(xiàn)重大的技術創(chuàng)新。
【IPC分類】F03B15-00
【公開號】CN104879270
【申請?zhí)枴緾N201510209569
【發(fā)明人】鄭程遙, 劉安平, 范遠明, 劉鈺, 文北福
【申請人】深圳市恩萊吉能源科技有限公司
【公開日】2015年9月2日
【申請日】2014年3月29日
【公告號】CN103939273A