变速恒频水力发电技术及其发展研究

变速恒频水力发电技术及其发展研究

摘要：由于目前我国现有水电站在电能产生过程中，大多数使用恒速发电运

转系统，但是此种系统不仅会对水利能量的应用和收集效率产生不良影响，严重

甚至会造成水利发展设备和机组运转环境逐渐恶化。本文首先详细介绍了水电站

种类，并且以此作为基础，进一步总结出变速恒频水力发电技术发展重点。

关键词：变速恒频水力发电技术；抽水蓄能水电站；大功率跟踪技术；机组

转速

传统水力发电站在运转过程中，为了进一步满足电力网络运转频率基础要求，水轮设备以及发电设备需要始终保证匀速运转，同时由于水轮机设备能量转化特点，当水流流量产生变化后，其设备的最佳运转效率同样随之产生转变。

一、水电站种类

（一）抽水蓄能水电站

在变速恒频水力发电技术应用过程中，其抽水蓄能水电站普遍具有调整数据

峰值、提升填谷数值以及处理安全风险问题的特殊形态水电站，并且抽水蓄能水

电站在发电过程中，普遍局域大规模能量储存能力，并且根据电力网络基础负荷

曲线针对电能进行详细调整。所以当电网达到低负荷情况后，电站则完全处于水

泵运转模式，将低位置水库的水资源抽取到高位置水库中，从而保证水利能源的

储存，而电网负荷整体达到高峰数值时，电站设备将自动切换为基础发电模式，

进而为设备开展放水发电，进而有效满足电力网络高峰数据负荷需求，对保障电

网安全稳定和经济高效运行有着重要的作用。

（二）海洋发电站

在变速恒频水力发电实施过程中，其海洋电站运转主要指的是利用海水波动

所产生的海水运动势能差距，进而实现发电的新型电站模式，其中海洋能量大多

数主要由太阳能量辐射、月球引力进入产生，其中主要包含温度差距能量、海洋

波浪能量、潮汐能量等。同时，海洋能量受到了太阳能量辐射，进而造成了海洋表面分层，致使水温不断提升，最终与底层海水之间构成了温度差距能量。除此之外，海洋波浪能量在运转过程中，主要由于海洋波浪所产生能量会由于太阳能的分布不均匀，导致海面空气产生大范围流动，进而产生波浪运动并且通过发电站将波动能量转化为电力能量。

二、变速恒频水力发电技术发展重点

（一）大功率跟踪技术

在变速恒频水力发电技术应用过程中，水电大功率跟踪技术以及数据跟踪控制技术在实际操作过程中，水电最大功率位置点在实际跟踪过程中，主要利用水轮设备运转速度调整水电站运转效率和质量，是一种现阶段水力发电常见的技术之一，被广泛的应用在光线与风力发电的重要环境中。但是由于自然环境中的能源本身存在着明显的差异性，所以根据不同自然能源在能量转化方面上所存在的差异性，需要针对水利发电实际情况，引进MPPT系统控制技术开展详细技术研究和探索，进而使用科学技术手段构建出水轮效率回归模型数据，并且根据现阶段变速恒频水力发电技术进行综合分析，当电站连接位置距离为1.5米左右时，水轮机设备的最高运转效率和质量会随着水流的增加而提升。同时当设备机组始终处于开启和运行状态下，能够根据电站的水土连接情况、水流流量以及叶片开合角度进行设备求解，进而获取相应的运转效率数据模型，从而得到最佳效率转速等。同时在实际研究过程中，同样需要使用自我适应计算方式进而求得叶片最佳旋转速度，此时技术人员需要利用专业计算方式，通过给稳定状态设备施加叶片转速干扰，并且以此作为基础，详细观察设备运转功率反馈情况，进而选择下一步速度调整措施，直至设备搜索出自身运转的最佳速度和效率，此种技术方式在实际操作过程中无需开展实施数据测量就可以获取准确的运转数值。

（二）设备优化调整技术

水电站在运转过程中，通常需要搭配多种发电设备和机组，不断提升水能使用效率，而传统恒速设备仅需要通过不断调整叶片阀门的开合程度进而不断调整设备系统输出功率，但是设备高速运转以及叶片整体开度，一定程度上可以保证

设备在运行过程中，有效避免出现严重偏离最佳运转状态，进而造成水利能源的

严重损失和浪费。除此之外，机组的优化调度技术能够保证变速设备通过合理方

案配置，将设备开机数量、开启时间、开启流程、机组转速等方面进行综合分析，进而完成电站综合效能的目标优化和完善，为此本次研究将以电站运转最高输出

功率和效果作为设备优化方向和最终目标，为此设计人员将根据变速恒频水力发

电实际情况，设计出不同流量的两台设备进行详细调整，保证该设计方案能够确

保水库正常运转的基础情况下，增加电站发电经济效益。

结束语：

由此可见，在水力发电系统结构中，由于传统水力发电设备大多数为恒速运转，所以普遍存在运转效率较低、运行基础条件恶劣等问题，为此水力发电企业

应该积极引进全新发电技术，保证发电质量和水平。

参考文献：

[1]变速恒频水力发电技术及其发展[J]. 戴理韬,高剑,黄守道,唐祥龙. 电

力系统自动化. 2020(24)

[2]基于组合磁极的无轴承永磁同步电机转子优化设计[J]. 朱熀秋,程一峰. 电机与控制学报. 2020(03)

[3]基于有限元法和田口法的同步发电机设计与效率优化[J]. 程鹏,杨新九,

兰海,洪颖怡,戴群. 电机与控制学报. 2019(02)

[4]非对称V型内置式永磁同步电机的多目标优化设计[J]. 刘国海,王艳阳,

陈前. 电工技术学报. 2018(S2)

[5]基于等效磁路法的轴向永磁电机效率优化设计[J]. 黄允凯,周涛. 电工

技术学报. 2015(02)

[6]双三相永磁同步电机电磁性能解析计算[J]. 郭思源,周理兵,齐歌. 电工

技术学报. 2014(05)

[7]基于解析模型的永磁球形电机永磁体优化设计[J]. 信建国,夏长亮,李洪凤,史婷娜. 电工技术学报. 2013(07)

[8]高速永磁电机的损耗计算与温度场分析[J]. 孔晓光,王凤翔,邢军强. 电工技术学报. 2012(09)

[9]Taguchi方法在内嵌式正弦波永磁同步电机优化设计中的应用[J]. 兰志勇,杨向宇,王芳媛,郑超迪. 电工技术学报. 2011(12)

作者简介：1.毛世娥，女 1979年3月，湖北省恩施市，国家能源集团恩施水电开发有限公司，助理工程师，电气检修专工，大学本科，研究方向：水力发电技术，电气检修。

2.熊德朝，男，1971年4月，湖北省恩施市，国家能源集团恩施水电开发有限公司，工程师，生产主管，大学本科，研究方向：水力发电技术，生产技术管理。