CN118300170A - 基于抽水蓄能电站的分布式控制系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种基于抽水蓄能电站的分布式控制系统，其属于水利蓄电技术领域，其包括呈梯级分布且相连的多个抽水蓄电子系统，抽水蓄电子系统均包括上水库、下水库和厂房；上水库为位于相对高处的第一蓄电子系统的水库，下水库为位于相对低处的第二蓄电子系统的水库；厂房中设有抽水蓄能机组；上水库与第一蓄电子系统之间通过蓄电子系统管路相连通，第一蓄电子系统与下水库之间通过河道相连通；第一抽水蓄电子系统的下水库与相邻第二抽水蓄电子系统的上水库为同一个水库。本发明解决现有机组效率低、发电效率及经济性不佳等问题，实现了调度运行更加灵活、高效，有效减少电能和水能的浪费，更好地为电网服务。

Description

基于抽水蓄能电站的分布式控制系统

技术领域

本发明属于水利蓄电技术领域，具体地涉及一种基于抽水蓄能电站的分布式控制系统。

背景技术

目前的常规蓄电/发电系统结构简单而言主要具有一个水库和一个具有水轮机等设备的厂房，水库的海拔高度高于厂房，二者通过管道进行连接。水库中的水通过管道流入水轮机，重力势能转化为动能，进而进行发电。水库中水的来源一般仅为雨水及自上游河道流入的水，水只能单向地向低处流动。

现有的蓄电/发电系统中均采用定速机组，从技术角度讲，其不能承受较大的水头变化，例如丰水期雨水充沛，水库水位高、水头高、流入机组的水的能量也高；枯水期雨水少，随着蓄电系统的运行，水库输出多、输入少，水位就会降低。水头过高或过低都不能使定速机组在理想状态运行，此时为了避免机组受损，通常会直接停机，等待水头适宜时再工作。再从应用角度讲，定速机组的发电功率固定，需要与电网的要求相匹配才能够接入电网，不匹配则无法应用。因此目前普遍存在水利水电工程发电效率及经济性不佳的问题。此外，抽水蓄电系统的具体布局方面也有诸多因素影响着机组效率、建设成本等。综上所述，目前急需设计一种便于应用的、运行效率较高的、且经济性较好的抽水蓄电系统方案。

发明内容

基于现有技术存在的技术问题，本发明提供一种基于抽水蓄能电站的分布式控制系统，解决现有技术方案机组效率低、发电效率及经济性不佳等问题，实现调度运行更加灵活、高效，有效减少电能和水能的浪费，更好地为电网服务。

依据本发明的技术方案，本发明提供一种基于抽水蓄能电站的分布式控制系统，包括呈梯级分布且相连的多个抽水蓄电子系统，每一个抽水蓄电子系统均包括上水库、下水库和厂房；上水库为位于高处的第一蓄电子系统的水库，下水库为位于低处的第二蓄电子系统的水库；上水库依次通过引水管路、厂房及尾水管路连通至下水库；厂房位于上水库的斜下方，且厂房中设有抽水蓄能机组；上水库与第一蓄电子系统之间通过蓄电子系统管路相连通，第一蓄电子系统与下水库之间通过河道相连通；高处的抽水蓄电子系统的下水库与低处的相邻一级抽水蓄电子系统的上水库为同一个水库；

厂房中的抽水蓄能机组包括变速可逆式水泵水轮机机组、水泵水轮机用全功率变流器和变压器，变速可逆式水泵水轮机机组、水泵水轮机用全功率变流器、变压器及电网依次相连接；

变速可逆式水泵水轮机机组包括就地控制单元、二级控制模块、调速器、励磁系统、变速可逆水泵水轮机和发电电动机；就地控制单元与电网、电网调度系统、二级控制模块分别相连接；二级控制模块与调速器、励磁系统及水泵水轮机用全功率变流器分别相连接；调速器与变速可逆水泵水轮机相连接；励磁系统与发电电动机相连接；变速可逆水泵水轮机与发电电动机同轴设置；发电电动机与水泵水轮机用全功率变流器相连接。

进一步地，多个抽水蓄电子系统中，一部分抽水蓄电子系统采用具有变速可逆式水泵水轮机机组的厂房，另一部分抽水蓄电子系统采用具有变速水泵的厂房。

进一步地，具有变速水泵的厂房中的抽水蓄能机组中的变速水泵与电网相连接。

进一步地，具有变速水泵的厂房中包括水泵用全功率变流器，变速水泵、水泵用全功率变流器及电网依次相连接。

进一步地，就地控制单元同时还与调速器直接地相连接。

进一步地，水泵水轮机用全功率变流器包括电机侧变流器、电网侧变流器及直流母线，电机侧变流器主要用于根据二级控制模块下发的有功指令调节发电电动机的输出有功，电网侧变流器用于保持直流母线电压的恒定以及根据电网需求发送无功功率。

进一步地，二级控制模块包括电源模块、控制器、通讯模块、IO模块和接线端子。

进一步地，二级控制模块布置在一个机柜内，机柜的上部设置有铜母线排，铜母线排下方依次排列设置电源模块、控制器、通讯模块、IO模块和接线端子。

进一步地，在一个厂房中，二级控制模块的机柜布置于就地控制单元旁边。

进一步地，抽水蓄电子系统的数量为三个以上。

与现有技术相比，本发明的有益技术效果如下：

1、本发明的基于抽水蓄能电站的分布式控制系统在一条河流上利用多座梯级蓄电子系统水库建设多座变速混合式抽水蓄电子系统，实现较大的装机容量，联合调度运行时调节范围大，更加灵活。

2、本发明的基于抽水蓄能电站的分布式控制系统可选为利用已建成的水库建设抽水蓄电子系统，抽水蓄电子系统为多个，不再需要新建上、下水库，可不对现有水库进行加固、增加大坝高度、扩大库容，一个水库可能作为多个抽水蓄电子系统的上、下水库，降低了抽水蓄电子系统的造价，极大的缩短了抽水蓄电子系统的建设周期。

3、本发明的基于抽水蓄能电站的分布式控制系统可新增变速恒频可逆式水泵水轮机机组，新型的变速恒频可逆式水泵水轮机的运行效率更高，更好适应水库上下游水位的大幅度变化并能调节输出功率，解决电能消纳，减少电能浪费的问题。

4、本发明的基于抽水蓄能电站的分布式控制系统不新增变速恒频可逆式水泵水轮机，只新增用于向上水库抽水的变速水泵，降低抽水蓄电子系统的造价，且水泵只按抽水工况进行设计，相比需同时考虑抽水和发电工况的可逆式水泵水轮机的运行效率更高；由于可只需考虑向上水库抽水的工况，抽水时间可设计的更长，这样可减小水道的直径，降低造价，同时缩短建设周期。

5、本发明的基于抽水蓄能电站的分布式控制系统建设为具有单独输水系统的可逆式变速抽水蓄能机组，与原有定速常规机组的压力钢管等分开，这样建成的抽水蓄能机组能不受原机组的影响，调度运行更加灵活，可增加混合式抽水蓄电系统的每年不少于800小时的年有效发电小时数，更好的利用峰谷价差进行储能和发电，提高混合式抽水蓄电子系统的经济效益，并能更好的发挥调频、调相、事故备用和黑启动功能，更好的为电网服务。

6、常规抽水蓄能经济评价都是按照获得容量电价倒推6.5%的经济收益率，如果没有容量电价，仅依靠抽水蓄电自身，不能盈利。本发明不需要容量电价，仅依靠梯级变速混合式的方案自身，就能实现盈利，且收益率不少于8%。

附图说明

图1是依据本发明一实施例的梯级变速混合式抽水蓄电系统的结构示意图。

图2是依据本发明一实施例的机组与电网连接结构示意图。

图3是依据本发明另一实施例的机组与电网连接结构示意图。

图4是依据本发明优选实施例的变速可逆式水泵水轮机机组的结构框图。

图5是依据本发明优选实施例的二级控制模块的机柜内设备布置示意图。

附图中的附图标记说明：

1、抽水蓄电子系统；2、上水库；3、下水库；4、厂房；5、第一蓄电子系统；6、第二蓄电子系统；7、引水管路；8、尾水管路；9、蓄电子系统管路；10、河道；11、变速水泵；12、水泵用全功率变流器；13、电网；14、变速可逆式水泵水轮机机组；15、水泵水轮机用全功率变流器；16、变压器；17、就地控制单元；18、二级控制模块；19、调速器；20、励磁系统；21、变速可逆水泵水轮机；22、发电电动机；23、电网调度系统；24、常规水轮机机组。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施方式，实施方式的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施方式是示例性的，仅用于解释本发明，而不能解释为对本发明的限制。

本技术领域技术人员可以理解，除非特意声明，这里使用的单数形式“一”、“一个”、“所述”和“该”也可包括复数形式。应该进一步理解的是，本发明的说明书中使用的措辞“包括”是指存在所述特征、整数、步骤、操作、元件和/或组件，但是并不排除存在或添加一个或多个其他特征、整数、步骤、操作、元件、组件和/或它们的组。应该理解，当我们称元件被“连接”或“耦接”到另一元件时，它可以直接连接或耦接到其他元件，或者也可以存在中间元件。此外，这里使用的“连接”或“耦接”可以包括无线连接或耦接。这里使用的措辞“和/或”包括一个或更多个相关联的列出项的任一单元和全部组合。

本技术领域技术人员可以理解，除非另外定义，这里使用的所有术语（包括技术术语和科学术语）具有与本发明所属领域中的普通技术人员的一般理解相同的意义。还应该理解的是，诸如通用字典中定义的那些术语应该被理解为具有与现有技术的上下文中的意义一致的意义，并且除非像这里一样定义，不会用理想化或过于正式的含义来解释。

为便于对本发明实施例的理解，下面将结合附图以几个具体实施例为例做进一步的解释说明，且各个实施例并不构成对本发明实施例的限定。

本发明提供一种基于抽水蓄能电站的分布式控制系统，其属于水利水电技术领域，其包括呈梯级分布且相连的多个抽水蓄电子系统，抽水蓄电子系统均包括上水库、下水库和厂房；上水库为位于相对高处的第一蓄电子系统的水库，下水库为位于相对低处的第二蓄电子系统的水库；厂房中设有抽水蓄能机组；上水库与第一蓄电子系统之间通过蓄电子系统管路相连通，第一蓄电子系统与下水库之间通过河道相连通；第一抽水蓄电子系统的下水库与相邻第二抽水蓄电子系统的上水库为同一个水库。本发明所述的“梯级变速混合式抽水蓄电系统”中，“变速混合式”即是指与现有的常规定速机组系统相对；简单而言其能够通过控制系统进行更为智能化的控制、调节机组的输入和输出，从而提高系统运行效率，并且将单独的抽水和蓄电这两个过程相混合、融合，能够根据需要分别同时进行。因此，本发明的方案运行调节范围灵活、高效，能够有效减少电能和水能的浪费，更好地为电网服务。

本发明的主要原理及构思如下。现有的蓄电系统中均采用定速机组，其不能承受较大的水头变化，蓄电系统的水头即指蓄电系统上、下游水位的差值，单位一般以米计。由于例如干旱等自然条件变化情况，不可避免地会造成水头变化，若机组在水头不理想的条件下运行，就会产生波动，存在机组损坏的风险。因此需要采用变速的机组，进而需要能够调频，实现灵活调节以适用于不同工况，并且能够调节输出功率。为此，本发明设计提供一种新型的变速恒频可逆式水泵水轮机机组，以解决上述问题。另一方面，现有抽水蓄电系统采用仅有一条引水管路的方式，仅能够单一地选择进行抽水还是发电，水头不理想时通常只能选择停机，因此常规抽水蓄电系统的发电利用小时数较少，按2016-2021年的统计数据，平均发电小时数约1100多小时。本方案设计为在水库下直接新建引水管路连接至抽水蓄电子系统的厂房，其与蓄电子系统的发电用放水管路完全独立，从而运行方式更为灵活，也便于进行水头的调节，可有效增加抽水蓄电系统的每年不少于800小时的年有效发电小时数。再一方面，本方案设计在一条河流上利用多座梯级蓄电子系统水库建设多座变速混合式抽水蓄电子系统，实现较大的装机容量，联合调度运行时调节范围更大，并且可以充分利用国内现有的水库资源，显著减低建设抽水蓄电子系统的选址难度以及对周边环境的影响，具有重大的实用价值和指导意义。

请参阅图1，本发明一实施例的一种基于抽水蓄能电站的分布式控制系统，包括呈梯级分布且相连的一个或多个抽水蓄电子系统1，每一个抽水蓄电子系统1均包括上水库2、下水库3和厂房4等。上水库2为位于相对高处的第一蓄电子系统5的水库，下水库3为位于相对低处的第二蓄电子系统6的水库。相对高处的抽水蓄电子系统1的下水库3与相对低处的相邻一级抽水蓄电子系统的上水库2为同一个水库。

上水库2依次通过新建的引水管路7、厂房4及尾水管路8连通至下水库3，厂房4位于上水库2的斜下方的地下，厂房4中设有抽水蓄能机组；厂房4可根据地形、地质条件选用已建或新建的地上厂房、半地下厂房或地下厂房等。上水库2与第一蓄电子系统5之间通过蓄电子系统管路9（如压力钢管）相连通，第一蓄电子系统5与下水库3之间通过河道10相连通。例如河道10位于地上，新建的引水管路7及尾水管路8位于地下，两条水路系统相独立、互不影响。第一蓄电子系统5、第二蓄电子系统6等蓄电子系统中例如设有常规（定速）机组。

本方案在流域中利用多个梯级蓄电子系统的水库，可建成包含多个变速混合式抽水蓄电子系统的梯级变速混合式抽水蓄电系统，并且建设具有单独输水系统的抽水蓄能机组，与原有机组的压力钢管等分开。如果增设抽水蓄能机组时在原有的压力钢管处引出支管作为水道，那形成的抽水蓄电子系统的机组在调度时会受到较大限制，原有机组在发电时抽水蓄电子系统的机组只能处于发电状态或者停机状态，原有机组停机不发电时抽水蓄电子系统的机组才有向上水库2抽水的可能性。本发明由于输水系统独立，抽水蓄电子系统的机组能够不受原机组的影响，调度运行灵活，可增加混合式抽水蓄电子系统的年有效发电小时数，更好地利用峰谷价差进行储能和发电，提高混合式抽水蓄电子系统的经济效益，并能更好地发挥调频、调相、事故备用和黑启动功能，更好地为电网服务。

在一些实施例中，厂房4中的抽水蓄能机组包括变速水泵11，变速水泵11与电网13直接相连接。如图2所示优选实施例中，厂房4中的抽水蓄能机组包括变速水泵11和水泵用全功率变流器12，变速水泵11、水泵用全功率变流器12及电网13依次相连接。第一蓄电子系统5中的常规水轮机机组24沿用现有常规方式直接与电网13相连接。通过全功率变流器可以灵活调节输入变速水泵11的功率，使水泵更好地适应水头的变化。本方案尤其适用于周边电力系统不需要增加发电能力的情况，只新增用于向上水库2抽水的变速水泵11，且变速水泵11只需考虑向上水库抽水的工况进行设计，运行效率更高，抽水时间可设计得更长，同时可减小引水管路7、尾水管路8等水道的直径，降低造价，以及缩短建设周期。

请参阅图3，在又一些实施例中，厂房4中的抽水蓄能机组包括变速可逆式水泵水轮机机组14、水泵水轮机用全功率变流器15和变压器16，变速可逆式水泵水轮机机组14、水泵水轮机用全功率变流器15、变压器16及电网13依次相连接。第一蓄电子系统5中的常规水轮机机组24沿用现有常规方式直接与电网13相连接；或者，可将现有的常规水轮机机组24改造替换成变速可逆式水泵水轮机机组。变速可逆式水泵水轮机机组14能够在用电抽水和放水发电中选择，与前述采用变速水泵11的方案相比，尤其适用于周边电力系统需要增加发电能力的情况，并且其运行方式更为多样，例如可与已建蓄电子系统相独立地工作，或者同时放水发电等。此外，本发明的变速可逆式水泵水轮机机组14的运行效率更高，能够更好地适应水库上下游水位的大幅度变化并能调节输出功率，有效解决电能消纳问题，减少电能浪费。在抽水蓄能机组接入电网13之前加入了全功率变流器，确保抽水蓄能机组变速运行时，输出频率50HZ不变，使变速可逆式水泵水轮机机组14能适用更大的最大扬程与最小水头比值，扩大了采用梯级蓄电子系统水库建设抽水蓄电系统的可选范围，并且可以灵活调节输入、输出功率，提高了效率。

可选地，多个抽水蓄电子系统1中，（周边电力系统需要增加发电能力的）一部分抽水蓄电子系统1采用具有变速可逆式水泵水轮机机组的厂房4；另一部分（周边电力系统不需要增加发电能力的）抽水蓄电子系统1采用具有变速水泵11的厂房4；即，可以将前述两种机组设置方案进行组合，便于基于具体情况进行灵活的优化选择，从而能够因地制宜、实现更低的成本及工期，便于实际工程应用。

需要说明的是，如果采用发电厂房和抽水厂房分别建设的方式，水泵、水轮机、电动机和发电机分开布置，占地多，工程投资大；如果仅将发电机和电动机结合在一个电机内，工程投资也较大；如果采用定速的二机可逆式水泵水轮机，水泵、水轮机和发电机、电动机分别合为一体，布置虽然简化，但效率有所降低，水头的变化范围限制更大，因此需研制新型的变速恒频可逆式水泵水轮机，在降低投资的同时也能提高效率、更好适应水库上下游水位的大幅度变化并能调节输出功率。

现有技术中，常规的水泵水轮机是定速的，存在并网慢、启动过程存在振动区、无法一直运行在最佳工作点、实际运行效率较低等问题。变速恒频抽水蓄能机组可以实现转速宽范围变化，功率调节能力强，有效改善电网频率，抑制可再生能源发电波动，解决电网面临的稳定性问题。由于变速恒频可逆式抽水蓄能机组在国内尚未进行推广应用，目前的控制系统仍以传统的控制方式为主，即由机组的就地控制单元（LCU）对机组各个部分进行控制。现有的控制方式和控制策略单一且响应速度较慢，很难达到本发明中机组变流器、调速器和励磁系统的寻优控制，无法寻求最优运行曲线，实际应用不具备友好性、准确性，限制了变速恒频可逆式抽水蓄能机组的运行效率，发挥不出变速恒频可逆式抽水蓄能机组的优势。

请参阅图4，本发明优选实施例中，变速可逆式水泵水轮机机组14主要包括就地控制单元17、二级控制模块18、调速器19、励磁系统20、变速可逆水泵水轮机21和发电电动机22。就地控制单元17与电网13、电网调度系统23、二级控制模块18分别相连接，根据需要，就地控制单元17还连接控制机组综保系统、机组外围设备等。可选的另一实施例中，就地控制单元17同时还与调速器19直接连接实现反馈及调节控制，例如能够更好地适用于一些预设的工作模式，提高控制效率。本方案的主要改进点之一在于通过增设二级控制模块18实现对部分机组设备的分级控制。

二级控制模块18与调速器19、励磁系统20及水泵水轮机用全功率变流器15分别相连接，二级控制模块18能够接受调速器19、励磁系统20及水泵水轮机用全功率变流器15的信号并进行控制调节。二级控制模块18的硬件主要由电源模块、控制器、通讯模块、IO模块和接线端子组成，例如图5所示，二级控制模块布置在一个机柜内，机柜的上部设置有铜母线排，铜母线排下方依次排列设置电源模块、控制器、通讯模块、IO模块和接线端子。在一个厂房中，二级控制模块的机柜布置于就地控制单元17旁边，优选采用此种现场布置，便于查看情况以及线缆连接等。调速器19与变速可逆水泵水轮机21相连接，用于调节变速可逆水泵水轮机21的转速。励磁系统20与发电电动机22相连接。变速可逆水泵水轮机21与发电电动机22的转子同轴设置，发电电动机22的定子与水泵水轮机用全功率变流器15通过交流电缆相连接。

本方案的主要发明构思如下。为了更好地实现水泵水轮机始终工作在对应水头/扬程下转速-功率、开度-功率最优曲线上，从而实现抽水蓄能机组最大效率运行，同时提升机组功率的快速响应能力，本发明根据变速恒频可逆式抽水蓄能机组的运行特点和调节特性，采用了具有专门用于变速恒频可逆式抽水蓄能机组的二级控制模块，对机组的水泵水轮机及调速器、电动发电机、励磁系统及全功率变流器进行控制，通过专门针对三个设备的控制策略，进行寻优控制，可以提高机组的运行效率和快速响应能力。

变速可逆水泵水轮机21转轮正向旋转时作为泵使用，反向旋转时作为水轮机使用，与变速可逆水泵水轮机21相配合的调速器19接收系统实时给定的最优转速指令，改变抽水蓄能机组的运行转速。发电电动机22为同步电机，既可以作发电机使用，又可作为电动机运行。水泵水轮机用全功率变流器15由电机侧变流器、电网侧变流器及直流母线构成，电机侧变流器根据二级控制模块18下发的有功指令，调节发电电动机22的输出有功，达到跟踪目标值的目的；电网侧变流器的控制目标为保持直流母线电压的恒定，同时根据电网需求发送无功功率。本方案的变速可逆式水泵水轮机机组14在发电电动机22定子与电网13之间连接了一个与发电电动机22功率相同的水泵水轮机用全功率变流器15。发电时，将发电电动机22发出的电压、频率不同的电能，经过交/直/交变换后，变成与电网电压、频率相同的电能，输入电网13；反之，电动运行时发电电动机22作为电动机，功率流向相反，从电网13吸收电能从而驱动进行抽水作业。

综上所述，本发明的变速可逆式水泵水轮机机组14相较于常规定速机组和交流励磁（双馈）变频变速机组具备快速平稳启/停、全运行范围高效稳定安全运行的能力，具备对电网AGC及频率波动一次调频的快速响应能力，具有满足抽水蓄电子系统运行个性特点和电网运行调控需求的多种运行模式，很好地解决了现有技术方案采用就地控制单元控制方式策略单一、难以寻优、响应速度较慢等问题。二级控制模块18通过分析研究可逆式抽水蓄能机组变速特性，确定最优运行模式，基于变转速、变导叶开度双寻优的原则，调节水泵水轮机用全功率变流器15，实现机组快速平稳便捷启停、可运行范围内的最佳高效平稳运行。同时，可以接收就地控制单元17的指令，进行变速可逆水泵水轮机21及调速器19、发电机电动22、励磁系统20及水泵水轮机用全功率变流器15的控制，不用修改现有就地控制单元的控制逻辑，也可实现拓展变速恒频可逆式抽水蓄能机组的运行模式、满足抽水蓄电子系统个性化运行调控需求，进而全面提升变速恒频抽水蓄能机组并网运行高效平稳性和对电网频率的快速响应能力。

根据本发明上述技术方案及发明构思，为进一步体现本发明的有益效果，以下简述本发明优选的一种基于抽水蓄能电站的分布式控制系统的建造方法，其主要特点在于：基于梯级蓄电子系统及其水库进行建设，新建厂房4、新建引水隧洞或引水管道形成引水管路7、新建尾水隧洞或尾水管道形成尾水管路8，不对水库进行加固或扩容，引水管路7及尾水管路8与蓄电子系统管路9及河道10相独立。由于形成了具有两条独立水路的“混合式”结构，新建的抽水蓄能机组能不受原机组的影响，调度运行更加灵活，可增加抽水蓄电子系统的年有效发电小时数，更好地利用峰谷价差进行储能和发电，提高经济效益，并能更好地发挥调频、调相、事故备用和黑启动功能，更好地为电网服务。由于不需要对水库进行土建工作，降低了抽水蓄电子系统的造价，极大地缩短了抽水蓄电子系统的建设周期，并且由于水库淹没范围不变，抽水蓄电子系统的建设不会受到周边环境等因素的制约。

根据本发明上述技术方案及发明构思，为进一步体现本发明的有益效果，以下简述本发明优选的一种基于抽水蓄能电站的分布式控制系统的工作方式，其主要特点在于：在电力系统负荷低谷时，海拔最低的一级抽水蓄电子系统1先开始抽水，由其下水库3向其上水库2抽水，当其下水库3的水量减少至预定的库容后，相邻的海拔更高的一级的抽水蓄电子系统1开始抽水；如此往复，按海拔由低至高依次调度多级抽水蓄电子系统1进行抽水蓄能，起到填谷作用；在电力系统负荷高峰时，海拔最高的一级抽水蓄电子系统1先开始放水，由其上水库2向其下水库3放水，当其上水库2的水量减少至预定的库容后，相邻的海拔更低的一级的抽水蓄电子系统1开始放水；如此往复，按海拔由高至低依次调度多级抽水蓄电子系统1进行放水发电，起到调峰作用。优选地，抽水蓄电子系统的数量为三个以上，在一定程度上，依次相连的抽水蓄电子系统的数量越多则本方案梯级储能的效果更好，例如对于由天气引起的水头变化能够更灵活地处理，且增加有效运行时间。进一步优选地，以本发明优选的采用变速可逆式水泵水轮机机组14的方案为例，在枯水期时，存在一时间段，在进行将水由上水库2依次通过蓄电子系统管路9、第一蓄电子系统5及河道10排入下水库3的放水过程的同时，下水库3的一部分水依次通过尾水管路8、厂房4及引水管路7抽至上水库2；从而调节水头，使机组能够正常运行的时间更长，更好地为电网提供服务。和/或，在丰水期时，存在一时间段，在进行将水由上水库2依次通过蓄电子系统管路9、第一蓄电子系统5及河道10排至下水库3的放水过程的同时，上水库2的水还依次通过引水管路7、厂房4及尾水管路8排至下水库3；从而能够调节水头以及增加发电量。上述运行方式根据具体情况进行选择，能显著提高抽水蓄电子系统的调峰调频等作用效果以及经济效益。

本发明方案与现有常规系统方案的综合技术效果对比如下表所示：

表1 综合技术效果对比表

综上所述，本发明的基于抽水蓄能电站的分布式控制系统与现有方案相比，抽水蓄电子系统优选为多个，不再需要新建上、下水库，可不对现有水库进行加固、增加大坝高度、扩大库容，一个水库可能作为多个抽水蓄电子系统的上、下水库，降低了抽水蓄电子系统的造价，极大的缩短了抽水蓄电子系统的建设周期。本发明在一条河流上利用多座梯级蓄电子系统水库建设多座变速混合式抽水蓄电子系统，实现较大的装机容量，联合调度运行时调节范围大，更加灵活。为实现对更大的水头变化范围的适应性，以便能更大范围利用现有水库，本发明采用变速恒频可逆式水泵水轮机机组，新型的变速恒频可逆式水泵水轮机的运行效率更高，更好适应水库上下游水位的大幅度变化并能调节输出功率，解决电能消纳，减少电能浪费的问题。本发明也可不新增变速恒频可逆式水泵水轮机，只新增用于向上水库抽水的变速水泵，降低抽水蓄电子系统的造价，且水泵只按抽水工况进行设计，相比需同时考虑抽水和发电工况的可逆式水泵水轮机的运行效率更高；由于可只需考虑向上水库抽水的工况，抽水时间可设计的更长，这样可减小水道的直径，降低造价，同时缩短建设周期。本发明建设为具有单独输水系统的可逆式变速抽水蓄能机组，与原有定速常规机组的压力钢管等分开，这样建成的抽水蓄能机组能不受原机组的影响，调度运行更加灵活，可增加混合式抽水蓄电子系统的年有效发电小时数，更好的利用峰谷价差进行储能和发电，提高混合式抽水蓄电子系统的经济效益，并能更好的发挥调频、调相、事故备用和黑启动功能，更好的为电网服务。

Claims (10)

1.一种基于抽水蓄能电站的分布式控制系统，其特征在于，其包括呈梯级分布且相连的多个抽水蓄电子系统，每一个抽水蓄电子系统均包括上水库、下水库和厂房；上水库为位于高处的第一蓄电子系统的水库，下水库为位于低处的第二蓄电子系统的水库；上水库依次通过引水管路、厂房及尾水管路连通至下水库；厂房位于上水库的斜下方，且厂房中设有抽水蓄能机组；上水库与第一蓄电子系统之间通过蓄电子系统管路相连通，第一蓄电子系统与下水库之间通过河道相连通；高处的抽水蓄电子系统的下水库与低处的相邻一级抽水蓄电子系统的上水库为同一个水库；

厂房中的抽水蓄能机组包括变速可逆式水泵水轮机机组、水泵水轮机用全功率变流器和变压器，变速可逆式水泵水轮机机组、水泵水轮机用全功率变流器、变压器及电网依次相连接；

变速可逆式水泵水轮机机组包括就地控制单元、二级控制模块、调速器、励磁系统、变速可逆水泵水轮机和发电电动机；就地控制单元与电网、电网调度系统、二级控制模块分别相连接；二级控制模块与调速器、励磁系统及水泵水轮机用全功率变流器分别相连接；调速器与变速可逆水泵水轮机相连接；励磁系统与发电电动机相连接；变速可逆水泵水轮机与发电电动机同轴设置；发电电动机与水泵水轮机用全功率变流器相连接。

2.根据权利要求1所述的基于抽水蓄能电站的分布式控制系统，其特征在于，多个抽水蓄电子系统中，一部分抽水蓄电子系统采用具有变速可逆式水泵水轮机机组的厂房，另一部分抽水蓄电子系统采用具有变速水泵的厂房。

3.根据权利要求2所述的基于抽水蓄能电站的分布式控制系统，其特征在于，具有变速水泵的厂房中的抽水蓄能机组中的变速水泵与电网相连接。

4.根据权利要求3所述的基于抽水蓄能电站的分布式控制系统，其特征在于，具有变速水泵的厂房中包括水泵用全功率变流器，变速水泵、水泵用全功率变流器及电网依次相连接。

5.根据权利要求1所述的基于抽水蓄能电站的分布式控制系统，其特征在于，就地控制单元同时还与调速器直接地相连接。

6.根据权利要求1所述的基于抽水蓄能电站的分布式控制系统，其特征在于，水泵水轮机用全功率变流器包括电机侧变流器、电网侧变流器及直流母线，电机侧变流器主要用于根据二级控制模块下发的有功指令调节发电电动机的输出有功，电网侧变流器用于保持直流母线电压的恒定以及根据电网需求发送无功功率。

7.根据权利要求1-6中任一权利要求所述的基于抽水蓄能电站的分布式控制系统，其特征在于，二级控制模块包括电源模块、控制器、通讯模块、IO模块和接线端子。

8.根据权利要求7所述的基于抽水蓄能电站的分布式控制系统，其特征在于，二级控制模块布置在一个机柜内，机柜的上部设置有铜母线排，铜母线排下方依次排列设置电源模块、控制器、通讯模块、IO模块和接线端子。

9.根据权利要求8所述的基于抽水蓄能电站的分布式控制系统，其特征在于，在一个厂房中，二级控制模块的机柜布置于就地控制单元旁边。

10.根据权利要求1-6中任一权利要求所述的基于抽水蓄能电站的分布式控制系统，其特征在于，抽水蓄电子系统的数量为三个以上。