无功补偿装置用于水电站发电系统中

本实用新型提供了一种提高交流发电机过负荷能力的装置，其是在原动机出力具有一定裕量的前提下，在保持发电机的电压U，电流I，视在功率S等主要参数不超过额定值运行为条件，使发电机超发有功功率达20－25％的一种新型的装置。以水电站（特别是径流式水电站）为例，丰水期大量弃水，造成能源的浪费，采用本技术可以用很少的改造投资，换来大量的电力，为社会提供大量绿色清洁能源。该研究成果采用技术先进并具有创造性，改造工程量小，投入资金少，经济回报高。水电站充分挖掘现有设备发电潜力，发电机能效发挥到了极致。

水电站发电机所带的负荷决定于发电机的额定功率，发电机正常运行时是不允许过负荷运行的，按照《水轮发电机运行规程》（ DL/T 751-2001）规定，事故情况下发电机过负荷1.15倍时的允许时间为15分钟，过负荷1.25倍时的允许时间为5分钟，而且规定对运行年久的发电机应当适当限制短时间过负荷电流的倍数和时间，由于事故过负荷对发电机的寿命影响极大，所以几乎所有的发电机都严格按照名牌规定的有功功率控制其输出功率，不敢超过额定有功功率运行。

水电站丰水期出现弃水造成能源的浪费，可以将水力发电机组和相应的配套设备更新为大容量的，但其改造投资非常大，费时费力，得不偿失，经济上不划算，一般不予采用，应该寻求一种低投入，高效率，简便易行的办法。

一般情况下水电站在设计阶段对设备选型时，水轮机的设计出力都要比发电机稍大一些，所以通常情况下水轮机或多或少都有一定的过负荷裕量，而且对于老电站的水轮机都可以花很少的投资更换高效率转轮提高效率和输出功率（现在研制的转轮型号多，且效率比前十年的转轮效率高很多），为发电机过负荷运行创造了条件，一般水电站通过小规模改造例如更换高效率转轮，丰水期平均过负荷15％以上是完全可行的。

“一种提高交流发电机过负荷能力的装置”实用新型专利科技成果，发明了一种全新的方法，采用了一种新型的装置使发电机能安全超负荷运行，从而使发电机在确保电压、电流及视在功率不超过额定值的前提下过负荷20－25％。

该专利特别适用于水电站，特别是径流式水电站以及风力发电站，在丰水期或者大风时节，发电机满负荷运转，但仍然弃水弃风造成能源的大量浪费，采用本技术，可以充分利用废弃的水能、风能等能源，多发电能，为经济社会，也为电力企业提供清洁能源，创造财富。

经济效益分析

该研究成果在某装机容量仅为2500KW的小水电站通过了4年试验，取得了成功，积累了宝贵的经验。投入的改造费用仅仅才25万元，但是仅在2010－2012三年丰水期间超负荷增加有功电能达694.32 万kw.h，新增加利润108.98万元，年均增加发电量达16％，经济效益良好。已经成功地应用了四年时间，丰水期发电机充分利用弃水超发有功功率达20－25％，为经济社会提供大量绿色环保能源。该研究成果采用技术先进并具有创造性，改造工程量小，投入资金少，经济回报高。水电站充分挖掘现有设备发电潜力，发电机能效发挥到了极致，利用丰水期弃水为电网提供大量廉价清洁能源。对于节能减排，保护环境，保护森林，减少化石能源的消耗，促进地方经济的发展有着重大社会意义，对于社会经济可持续发展有着较大的推动作用。


市场前景分析：

我国水电资源非常丰富，根据第五次全国水能资源普查的结果，中国的理论水能资源蕴藏量为6.878亿千瓦，年发电量为6.025万亿千瓦时。技术可开发水能资源为4.47亿千瓦，年发电为2.14万亿千瓦时。截止2012年中国水电装机容量2.3亿千瓦，2011年水力发电总量6205亿千瓦时。

   保守的估计，如对现有的水电装机容量2.3亿千瓦的20％采用本技术进行改造，按照年发电量增加8％计算，则年增加电量为：

6205亿kw.h×0.2×0.08＝99.28亿kw.h

按照全国平均上网电价0.35元/kw.h计算，每年创造经济效益：

99.28亿kw.h×0.35元＝34.748亿元

利用本技术可以对老旧电站进行改造设计或改造施工（可以成立公司专门对电站（电厂）进行改造设计或改造施工服务），经济效益非常高。

本技术还可以用于火力发电、风力发电，甚至于核电厂，发电机过负荷能力提高后，其对电网的调峰能力也可得到加强，其作用不容低估。

该项目技术先进，经济和社会效益显著，具有很大的推广价值。
竞争技术分析：
该项技术属于国内首创，目前还没有类似的研究成果。由于该项技术理论研究充分， 技术本身不是非常复杂，实施较简单，又有4年的实践经验，经过分析论证，该技术是唯一的，不会有近似的技术与其竞争。