專利名稱：一種模擬抽水蓄能發電系統的試驗裝置的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及新能源發電技術領域，尤其涉及一種模擬抽水蓄能發電系統的試
驗裝置。
背景技術：
隨著人類社會的高速發展，世界性的能源日益短缺以及人類對化石能源的大量使用，由此造成的能源危機和環境污染使得人類的生存環境面臨嚴峻的挑戰。為此，世界各國大力發展太陽能、風能和水能等新能源，來解決能源危機以及環境污染等問題。雖然太陽能與風能的優點很多，但其受自然因素的變化影響很大。太陽能的能量·密度較低，大規模使用時，需要占用很大面積；而且在晚上或陰雨天時，太陽能發電量會嚴重不足。風能是目前正得到大規模發展的新能源，但自然風存在隨機性等特點，大比重的風電接入電網會對電網的安全穩定運行造成潛在危害。隨著越來越多風電場的并網，加重了電網的無功負擔，更加重了電力系統的調峰、調頻壓力。目前，水力資源的開發和利用技術不存在任何問題。水力發電主要利用水體中勢能與動能的轉換，進而推動原動機進行發電，不僅效率高而且啟動、操作靈活方便，它可以在幾分鐘內從靜止狀態迅速啟動投入運行。由于水流按照一定的水文周期不斷循環，平穩流動，因此水力資源作為電網調峰的優質能源，在電網中的重要作用越來越突出。對于電網的調峰，一般采取抽水蓄能的方法，在發電廠附近建立上、下兩個蓄水池，在用電低谷時，下水池水泵機組將水抽到上水池，進而將多余電能用掉；在用電高峰時，上水池放水，為用戶提供足夠的電能。雖然現有技術中有大規模常規水電建設所積累的經驗，然而抽水蓄能技術的發展才剛剛開始，對于建廠初期某些重要的技術參數，還無法直接從實際中獲得；并且大多數抽水蓄能電站建立在其他發電廠的附近，對于常規水電站建設的經驗也只能是部分借鑒。
發明內容針對現有技術的不足，本實用新型的目的是提供一種模擬抽水蓄能發電系統的試驗裝置，采用水泵與水輪機直接相連的方式來達到減少裝置體積和水流循環使用的目的。本實用新型的技術方案是這樣實現的一種模擬抽水蓄能發電系統的試驗裝置，包括抽水蓄能發電單元、檢測單元和控制單元。所述的抽水蓄能發電單元，包括水泵、水箱和水輪機；所述的水泵與水箱的底面在同一平面上，水泵與水箱的距離不超過lm，否則會增加阻力系數，增大誤差；所述的水箱頂部設置有進水口，水箱側面底部設置有出水口 ；所述的水泵的進水口通過第一輸水管道與水箱的出水口相連接；所述的水輪機放在水箱上，水泵的出水口通過第二輸水管道與水輪機的進水口相連接，水輪機的出水口連接水箱的進水口，保證水輪機出水口流出的水直接進入水箱內；所述的檢測單元用于檢測第二輸水管道內水流情況和水輪機發電情況，該單元包括壓力表、流量計、電壓互感器、電壓表和三相負載，壓力表和流量計安裝在水泵與水輪機相連的第二輸水管道上，壓力表用于檢測第二輸水管道的水流壓力，流量計用于檢測第二輸水管道的水流量；三相負載用作水輪機的負載，與水輪機的電壓輸出端相連，在三相負載與水輪機的連接線路上還設置有電壓互感器，所述電壓互感器的輸出端連接電壓表，電壓表用于檢測水輪機的輸出電壓；所述控制單元包括上位機、PLC和變頻器，上位機與PLC的輸入端相連，PLC的輸出端與變頻器的輸入端相連，變頻器的輸出端與水泵的電源端相連，PLC通過控制變頻器，來實現控制水泵電機的工作。采用上述模擬抽水蓄能發電系統的試驗裝置進行試驗的過程如下根據水輪機的額定轉數和設定要模擬的抽水蓄能發電系統上水池的高度，通過上位機設定水泵電機的轉數，并將設定的水泵電機的轉數作為參數送至PLC;通過設定不同的水泵電機轉數，來調節水泵出水口的壓力，從而模擬出不同高度的上水池中水的重力勢倉泛。PLC根據設定的水泵電機轉數，計算變頻器的輸出電壓及頻率，并將計算結果送至變頻器。變頻器根據PLC的計算結果，輸出相應頻率的三相電壓，使水泵按照設定的參數進行抽水作業，將水箱中的水抽到水輪機的進水口，水流沖擊水輪機葉輪使水輪機正常發電。現場人員通過壓力表和流量計觀察水流情況，通過電壓表觀察水輪機作用在三相負載上的電壓。本實用新型的模擬抽水蓄能發電系統的試驗裝置，有以下有益效果I、水泵、水輪機和水箱通過輸水管道一體化連接，裝置運行時，水泵從水箱中抽出來的水通過輸水管道和水輪機又流到水箱內部，這樣實現了水流的循環流動，不會造成水資源的浪費；2、采用水泵直接連到水輪機的方式，通過調節水泵出水口不同的壓力，來模擬不同高度的上水池中的水壓力對水輪機的作用，即實現模擬上水池的水流過水輪機而發電，而不必建立真正的上下兩個蓄水池來模擬抽水蓄能發電，大大減少裝置的體積，節省所占空間；3、根據壓力表和流量計實時監控系統運行狀態，根據實際需求來改變運行參數，大大增加了系統的可觀性；4、通過控制器控制水泵電機的轉數，進而調節水泵出水口的水壓力，來模擬出不同高度的上水池中水的重力勢能，不必為了模擬不同高度的上水池而更換水泵等設備，減少試驗成本。本實用新型適用于實驗室使用，與風力發電機配套使用效果更好。
圖I本實用新型具體實施方式
模擬抽水蓄能發電系統的試驗裝置結構框圖；[0027]圖2本實用新型具體實施方式
模擬抽水蓄能發電系統的試驗裝置整體結構示意圖；圖3本實用新型具體實施方式
抽水蓄能發電單元的結構示意圖；圖4本實用新型具體實施方式
抽水蓄能發電單元的俯視圖；圖5本實用新型具體實施方式
抽水蓄能發電單元的主視圖；圖6本實用新型具體實施方式
抽水蓄能發電單元的左視圖；圖7本實用新型具體實施方式
抽水蓄能發電單元的部分檢測單元；圖8本實用新型具體實施方式
剩余部分檢測單元；圖9本實用新型具體實施方式
控制單元；其中，I-抽水蓄能發電單元，2-檢測單元，3-控制單元，4-水泵，5-水輪機，6_水箱，7-壓力表，8-流量計，9-三相負載，10-電壓互感器，11-電壓表，12-上位機，13-PLC，14-變頻器。
具體實施方式
以下結合附圖對本實用新型的具體實施做詳細說明。如圖I所示，本實施方式的模擬抽水蓄能發電系統的試驗裝置，包括抽水蓄能發電單元I、檢測單元2和控制單元3。抽水蓄能發電單元I如圖3所示，包括水泵4、水箱6和水輪機5 ;抽水蓄能發電單元I的俯視圖如圖4所示,主視圖如圖5所示,左視圖如圖6所示。水泵4采用型號為Y160M-2的臥式水泵。水箱6采用5mm厚鋼板結構，尺寸為1500mmX 700mmX 1700mm，箱體內部至少有6
根鋼條加以固定，并且鋼板和鋼條涂有防銹樹脂，以免水箱6內部生銹，產生雜質增大實驗誤差，水箱6頂部設置有進水口，水箱6側面底部設置有出水口，水箱6的進水口與水輪機5出水口口徑大小相同。水輪機5采用型號為SLF-6的斜擊式水輪機，該水輪機5的出水口位于底部，水輪機5進水口與水輪機5葉輪成60度角。水泵4與水箱6的底面在同一平面上，水泵4與水箱6的距離不超過lm，否則會增加阻力系數，增大誤差。水泵4的進水口通過第一輸水管道與水箱6的出水口相連接；水輪機5放在水箱6上，水泵4的出水口與第二輸水管道的一端通過法蘭固定連接，第二輸水管道的另一端與水輪機5的進水口通過法蘭固定連接，水輪機5的出水口與水箱6的進水口連接，保證水輪機5出水口流出的水直接進入水箱6內；第一輸水管道和第二輸水管道均采用5mm厚白鋼材料，白鋼材質不易生銹，不必做防銹處理。檢測單元2用于檢測第二輸水管道內水流情況和水輪機發電情況，如圖I所示，該單元包括壓力表7、流量計8、電壓互感器10、電壓表11和三相負載9，壓力表7型號為DWP-800M3，流量計8型號為LWGY-10，壓力表7和流量計8安裝在水泵4與水輪機5相連的第二輸水管道上，壓力表7用于檢測第二輸水管道的水流壓力，流量計8用于檢測第二輸水管道的水流量；電壓互感器10為簡單的線圈纏繞式互感器，電壓表11型號為DH3-AV200，如圖8所示，三相負載9采用3000W電阻3根，采用星型連接方式，三相負載9與水輪機5的電壓輸出端相連接，電壓互感器10接在三相負載9與水輪機5的電壓輸出端的線路上，且電壓互感器10的輸 出端連接電壓表11,電壓表11用于檢測水輪機5輸出的電壓；控制單元3如圖9所示，包括上位機12、PLC 13和變頻器14，PLC 13型號為PLC200，變頻器14型號為EM303A-9R0G/011P-3BB，上位機12與PLC 13的輸入端相連，PLC13的輸出端與變頻器14的輸入端相連，變頻器14的輸出端與水泵4的電源端相連，PLC 13通過控制變頻器14，來實現控制水泵4電機的工作。上述模擬抽水蓄能發電系統的試驗裝置整體結構如圖2所示。采用上述模擬抽水蓄能發電系統的試驗裝置進行試驗過程為根據水輪機的額定轉數和設定要模擬的抽水蓄能發電系統上水池的高度，通過上位機設定水泵電機的轉數，并將設定的水泵電機的轉數作為參數送至PLC ；本實施方式中，水輪機的額定轉數為1000r/min，要模擬的抽水蓄能發電系統上水池的高度為8m;通過設定不同的水泵電機轉數，可以調節水泵出水口的壓力，從而模擬出不同高度的上水池中水的重力勢能；PLC根據設定的水泵電機轉數，計算變頻器的輸出電壓及頻率，并將計算結果送至變頻器；經計算，當水泵電機轉速為1400r/min時，變頻器輸出的電壓為380V，頻率為25Hz ;當水泵電機轉速為500r/min時，變頻器輸出的電壓為380V，頻率為IOHz ;由于變頻器頻率在O-IOHz時，水泵電機處于靜止狀態，而頻率接近IOHz時水泵電機處于不確定的低轉速狀態，因此水泵電機能夠穩定運行的最低轉速為500r/min變頻器輸出的最低穩定頻率為IOHz。變頻器的輸出電壓及頻率送至水泵電機，使水泵電機按照設定的電機轉數進行抽水作業，將水箱中的水抽到水輪機的進水口，水流沖擊水輪機葉輪使水輪機正常發電；現場人員通過壓力表和流量計觀察水流情況，通過電壓表觀察水輪機的輸出電壓。
權利要求1.一種模擬抽水蓄能發電系統的試驗裝置，其特征在于包括抽水蓄能發電單元(I)、檢測單元(2)和控制單元(3)； 所述的抽水蓄能發電單元(1)，包括水泵(4)、水箱(6)和水輪機(5)； 所述的水泵(4)與水箱(6)的底面在同一平面上； 所述的水箱(6)頂部設置有進水口，水箱(6)側面底部設置有出水口 ； 所述的水泵(4)的進水口通過第一輸水管道與水箱(6)的出水口相連接； 所述的水輪機(5)放在水箱(6)上，水泵(4)的出水口通過第二輸水管道與水輪機(5)的進水口相連接，水輪機(5)的出水口連接水箱(6)的進水口 ； 所述的檢測單元(2)包括壓力表(7)、流量計(8)、電壓互感器(10)、電壓表(11)和三相負載(9)，壓力表(7)和流量計(8)安裝在水泵(4)與水輪機(5)相連的第二輸水管道上，三相負載(9)與水輪機(5)的電壓輸出端相連，在三相負載(9)與水輪機(5)的連接線路上還設置有電壓互感器(10)，所述電壓互感器(10)的輸出端連接電壓表(11)； 所述控制單元(3)包括上位機(12)、PLC (13)和變頻器(14)，上位機(12)與PLC (13)的輸入端相連，PLC (13)的輸出端與變頻器(14)的輸入端相連，變頻器(14)的輸出端與水泵(4)的電源端相連。
2.根據權利要求I所述的模擬抽水蓄能發電系統的試驗裝置，其特征在于所述水泵(4)與水箱(6)的距離不超過lm。
專利摘要一種模擬抽水蓄能發電系統的試驗裝置，包括抽水蓄能發電單元、檢測單元和控制單元；抽水蓄能發電單元包括水泵、水箱和水輪機；水泵的進水口通過第一輸水管道與水箱的出水口相連接；水輪機放在水箱上，水泵的出水口通過第二輸水管道與水輪機的進水口相連接，水輪機的出水口連接水箱的進水口；檢測單元包括壓力表、流量計、電壓互感器、電壓表和三相負載，壓力表和流量計安裝在水泵與水輪機相連的第二輸水管道上，三相負載與水輪機的電壓輸出端相連；控制單元包括上位機、PLC和變頻器。本實用新型采用水泵與水輪機直連的方式來達到減少裝置體積的目的，以便水流循環使用。
文檔編號G01R31/00GK202735442SQ201220385858
公開日2013年2月13日 申請日期2012年8月6日 優先權日2012年8月6日
發明者張化光, 孫秋野, 鄒顯明, 楊珺, 劉鑫蕊 申請人:東北大學