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水力发电 控制系统

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水力发电控制系统,水力发电,控制系统

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水能、小水力发电与控制技术综述同济大学电子信息与工程学院自动化1班孟欣1352698 相关背景介绍 近二三百年由于人类对化石能源的过度依赖，致使化石能源面临日益枯竭的微机。对于人来未来能源可持续供应来说，必须重新进入利用新能源和节约能源的时代。新能源利用包括可再生能源：风能、太阳能、生物质能、水能、海洋能等。这些能源在自然界中可以不断再生、永续利用。我们利用系能源转换与控制技术可以用可再生能源和清洁能源发电以获得二次清洁的电能，还可以通过对电能进行变换和控制，满足高质量的终端能源消费需求和电力的高效管理。 水能是自然界中的水体在流动过程中产生的能量，它包括位能、压能和动能三种形式。它最重要的应用就是水立发电。水立发电是利用河流、湖泊中的水在流经不同高度地形时产生的能量来发电，是由水立发电机组中的水轮机和发电机实现水的位能向机械能再向电能的二次转换。 水力发电控制系统小水电是指装机容量在50000KW以下的水电站及配套电网的统称。水立发电机组主要由水轮机和发电机组成，多种不同种类的水轮机在小水电中均有应用。而水力发电机主要是同步发电机。小水电技术主要以发电机组的控制为发展重点，而控制内容又以频率及功率控制为主。现在的计算机监控系统可用于小型水电站的自控监测、控制和保护，可以实现水电站的现场监控和远程监控。目前的水立发电机组一般由水轮机、发电机、调速器、励磁系统、冷却系统和电站控制设备等组成。其中调速器的作用是调节水轮机转速，以保证输出电能的频率符合供电要求，并实现机组操作如开机、停机、变速、增减负荷等。励磁系统的控制则是实现电能的调压、功率调节以提高输出电能的质量。电站控制设备目前主要以微机为主，实现水力发电机的并网、调压、调频、功率因数的调节和保护等。制动装置则是为额定容量超过一定值的水力发电机而设的，它可在发电机停机的过程中对转子实施连续制动以避免推力轴承因低转速下油膜破坏而烧坏轴瓦。 水力发电机组的工作原理水力发电机组的能量转换过程分为两个阶段 ：首先由水轮机将水失去的位能转换为机械能，再由发电机将水轮机的机械能转换为电能。具体的过程为：在水流的冲击作用下，水轮机开始旋转，将水的位能转换为机械能；水轮机又带动同轴相连的发电机旋转，在励磁电流的作用下，旋转的转子带动励磁磁场旋转，发电机的定子绕组切割励磁磁力线在其中产生感应电动势，在输出电能的同时会在转子上产生一个与其旋转方向相反的电磁制动转矩。由于水流不间断地作用于水轮机，水轮机从水流中获得的旋转力矩用于克服电机转子上产生的电磁制动转矩，当两个力矩达到平衡时，水力发电机组将以某一恒定的转速运转，稳定地发出电力，实现能量的转换。 小水力发电机组控制系统小水力发电机组将水能转换为电能直接供给负载或并入电网后负载使用，要求电能的电压和频率应为额定值且波动小。发电机发出电能的电压、频率或并网电压、频率的稳定度分别取决于发电机或电网内无功功率与有功功率的平衡。其中频率波动的原因是发电机输入功率和输出功率之间的不平衡。当发电机的负载增大时，发电机输入的机械转矩小于输出的电磁转矩，电机转速下降，从而引起电能频率的下降。水力发电机组控制的直奔任务就是根据负载的变化不断地调整水力发电机组的有功和无功输出，并维持机组转速和输出端电压在规定范围内。 水力发电的经济效益和环境效益小水电具有经济、社会和环境等多种效益。从经济角度来讲，近年我国主要发电方式中，水电的毛利率相对较高。我国水力发电的盈利水平相较于其他发电方式有一定的竞争优势，水电开发仍有市场空间，“十二五”和“十三五”正是中国大水电投产的高峰期，水电优先上网，消纳有支撑，投资虽然没有暴利，但回报平稳且长期可持续。水电站担任电网的调峰、调频（维持电网规定的周波水平）和事故备用等，提高电网生产运行的经济性、安全性和可靠性所产生的经济效益。兴建水电站后，可相应少建火电站，因而减少火力发电所需燃料用量和相应的开采与运输费用，与传统的火力发电站相比，水力发电站的所需后期维护费用远少于火力发电燃料的费用。水电站水库还具有灌溉、供水、航运、水产养殖和发展旅游等一项或几项功能，可带来相应的经济效益。从社会效益上讲，水电站提供电力能源，促进地区国民经济发展，改善人民的物质与文化生活条件；当水电站水库具有防洪功能时，可减轻或防止下游有关地区的洪涝灾害，有利社会经济的稳定发展；在偏僻地区建设水电站，可促进当地的经济开发等。而从环境效益来看，利用水能发电，可减少燃煤发电对大气的污染，有利于环境保护。水电站的水库能改善和调节局部小气候，有利于农林作物的生长。 水力发电未来发展趋势水力发电由于其巨大的经济收益和社会及环境效益，未来很可能成为我国主要的发电方式。未来的水力发电发展，可以朝着实现设备集成化的方向发展，将控制、维护、管理三个功能集成为一个整体，使整体最优、整体效益最大。还可以将水力发电与其他可再生资源结合利用，如风水互补。在枯水期利用太阳能和风能进行发电，随季节互补利用，可以收获更多效益。当然，水力发电站的建立也要更多地考虑对生态环境的影响，尽量地做到在对生态环境无影响或最小伤害的情况下利用水能。水力发电的未来还是有很大的空间的。引用、参考文献：1. 中国产业调研. 2015年版中国水力发电市场专题研究分析与发展前景预测报告 2. 惠晶，方光辉. 新能源发电与控制技术. 北京:机械工业出版社,20123. 张悦国. 刍议农村小微型水力发电技术的进展及发展趋势. 工业C（中国科技期刊数据库 工业C） 4. Zhang, S; Andrews-Speed, P; Perera, P. The evolving policy regime for pumped storage hydroelectricity in China: A key support for low-carbon energy联接：1. /p-1286643487.html2. /firsttransfer.jsp?enc=818e542e17d9b96dd80702c96e2d0d92dc1953665860d8a22cc9053db1997a6582edbfa23d4c0ec686c7a0845ccd2a09486323dee6f1df91a611a2dc119f6237bec9cd297ee3978727b251ec93ce0a15324b6f56c754c99b8d003253c593c4bcdb05263e014822fac8b21abbf0644c1624085c47aaac5701677953747e8b5b5624f6e2c5d80fe5e1fc5dad3169e13d74&unitid=1203. /read/detail.aspx?ID=10000000072294. /?ctx_ver=Z39.88-2004&ctx_enc=info%3Aofi%2Fenc%3AUTF-8&rfr_id=info:sid/&rft_val_fmt=info:ofi/fmt:kev:mtx:journal&rft.genre=article&rft.atitle=The+evolving+policy+regime+for+pumped+storage+hydroelectricity+in+China%3A+A+key+support+for+low-carbon+energy&rft.jtitle=Applied+Energy&rft.au=Zhang%2C+Sufang&rft.au=Andrews-Speed%2C+Philip&rft.au=Perera%2C+Pradeep&rft.date=2015-07-01&rft.issn=0306-2619&rft.eissn=1872-9118&rft.vol