Реверсивная передача постоянного тока со сверхпроводящей кабельной линией

Авторы патента:

H02J1/00 - Схемы главных и распределительных сетей постоянного тока

Владельцы патента RU 2551123:

Открытое акционерное общество "Научно-технический центр Федеральной сетевой компании Единой энергетической системы" (RU)
Открытое акционерное общество "Научно-исследовательский институт по передаче электроэнергии постоянным током высокого напряжения" (RU)
Открытое акционерное общество "Федеральная сетевая компания Единой энергетической системы" (RU)

Использование: в области электротехники. Технический результат - снижение риска повреждения высокотемпературной сверхпроводящей (ВТСП) кабельной линии, работающей в составе реверсивной передачи постоянного тока (ППТ), в случае выхода ВТСП кабеля из сверхпроводящего состояния. Оконечные преобразовательные подстанции (1) и (2) с системами управления (3) и (4) связаны двухпроводной сверхпроводящей кабельной линией (5). На ее концах установлены датчики (6) и (7) постоянного напряжения. В схему ППТ введен блок (8) сравнения их показаний и двунаправленные коммутаторы (9) и (10), включенные между концами линии (5) на подстанциях (1) и (2). Блок (8) подключен с гальванической развязкой входами - к выходам датчиков (6) и (7), а выходом - к входам систем управления (3) и (4) подстанций (1) и (2) и к управляющим входам двунаправленных коммутаторов (9) и (10). 1 ил.

Область техники

Изобретение относится к преобразовательной технике и может быть использовано в электроэнергетике.

Уровень техники

Известны схемы построения передач постоянного тока (ППТ), в том числе с кабельными линиями постоянного тока [1, 2, 3]. В качестве прототипа выбрана схема ППТ, применение которой с подводным морским кабелем описано в [4].

Прототип содержит оконечные преобразовательные подстанции с системами управления, связанные двухпроводной кабельной линией и снабженные датчиками постоянного напряжения на ее концах. В системы управления входят комплекты защит, включая защиту оборудования оконечных подстанций от перенапряжений. Однако в случае использования сверхпроводящего кабеля на основе высокотемпературной сверхпроводимости (ВТСП-кабель), для которого характерны, с одной стороны, недопустимость сколько-нибудь длительного нагрева жил независимо от причины, его вызвавшей (ухудшение охлаждения или увеличение тока), а с другой, - высокая цена, прототип не обеспечивает защиту ВТСП-кабеля при нарушении его рабочего режима.

Сущность изобретения

Технический результат изобретения - снижение риска повреждения ВТСП кабельной линии, работающей в составе реверсивной ППТ, в случае выхода ВТСП кабеля из сверхпроводящего состояния.

Реверсивная ППТ содержит оконечные преобразовательные подстанции с системами управления, связанные двухпроводной сверхпроводящей кабельной линией и снабженные датчиками постоянного напряжения на ее концах.

В схему реверсивной ППТ со сверхпроводящим кабелем введен блок сравнения показаний датчиков и двунаправленные коммутаторы между концами линии на подстанциях, при этом блок сравнения подключен с гальванической развязкой входами - к выходам датчиков, а выходом - к входам систем управления каждой из подстанций и к управляющим входам двунаправленных коммутаторов.

Это позволяет получить вышеуказанный технический результат.

Осуществление изобретения

Сущность изобретения поясняет схема, изображенная на чертеже.

На чертеже показаны оконечные преобразовательные подстанции 1 и 2 с системами управления 3 и 4. Подстанции 1 и 2 связаны двухпроводной сверхпроводящей кабельной линией 5. На ее концах установлены датчики 6 и 7 постоянного напряжения. В схему ППТ введен блок 8 сравнения их показаний и двунаправленные коммутаторы 9 и 10, включенные между концами линии 5 на подстанциях 1 и 2. Блок 8 подключен с гальванической развязкой входами - к выходам датчиков 6 и 7, а выходом - к входам систем управления 3 и 4 подстанций 1 и 2 и к управляющим входам двунаправленных коммутаторов 9 и 10.

Заявляемое устройство работает следующим образом.

Одна из подстанций 1 или 2 преобразует напряжение своей сети переменного тока в постоянный ток, который передается по линии 5 на другую подстанцию. Датчики 6 и 7 контролируют напряжения на концах двухпроводной линии 5 (между точками a и b со стороны подстанции 1 и между точками c и d со стороны подстанции 2). В рабочем режиме линия 5 находится в сверхпроводящем состоянии и значения напряжений, измеряемых датчиками 6 и 7, практически одинаковы (разность напряжений определяется потерями в переходных кабельных муфтах).

При этом двунаправленные коммутаторы 9 и 10 не включены и не влияют на работу устройства.

Возникновение разности потенциалов ΔU=U₁-U₂, где U₁ - напряжение на одном конце линии 5, a U₂ - напряжение на ее втором конце, означает выход линии 5 из сверхпроводящего состояния. Причиной этого может быть как превышение температуры жилы кабеля сверх 78 K - верхней температуры существования сверхпроводимости, так и превышение плотности тока, выше которой не может существовать сверхпроводимость. В обоих случаях из-за падения напряжения на жилах кабеля возникает разность потенциалов, модуль которой $| Δ U | = | U 1 - U 2 | > 0$ .

Блок 8 сравнивает показания датчиков 6 и 7 в соответствии с выражением $| Δ U | = | U 1 - U 2 | > δ$ , где δ - ненулевой порог (уставка), срабатывает и выдает соответствующий сигнал. Этот сигнал воздействует на системы управления 3 и 4, которые снимают импульсы управления с преобразователей обеих подстанций, и включает коммутаторы 9 и 10.

Необходимость включения коммутаторов 9 и 10 вызвана тем, что после снятия импульсов управления преобразователи подстанций 1 и 2 мгновенно не прекращают выдавать и пропускать токи. Включение коммутаторов 9 и 10 одновременно с выдачей системам 3 и 4 сигналов на снятие импульсов управления преобразователями позволяет избежать протекания этих токов по ВТСП кабельной линии. Коммутаторы 9 и 10 могут представлять собой, например, двунаправленные высоковольтные тиристорные вентили, которые, включаясь, замыкают на себя ток от подстанций 1 и 2.

При этом независимо от направления передачи постоянного тока (от подстанции 1 к подстанции 2 или обратно), которое имело место в момент аварии, кабельная линия 5 обесточивается практически мгновенно и независимо от текущей фазы преобразуемого напряжения сети переменного тока.

Использование гальванических развязок для соединения блока 8 с удаленными от него блоками, размещенными на подстанциях 1 и 2, обеспечивает помехозащищенность этих соединений.

Как видно из изложенного, изобретение снижает риск повреждения ВТСП кабельной линии при ее выходе из сверхпроводящего состояния независимо от причины такого выхода.

Источники информации

1. Vassilisios G. Agelidis, Nicolas Flourentzou. Recent Advances in High-Voltage Direct-Current Power Transmission Systems // ABB AB Corporate Research SE-721 78 Vasteras.

2. J.P. Kjergaard and others. The new Storebaelt HVDC project for interconnecting eastern and western Denmark. // CIGRE 2008, B4-104.

3. Ronstrom L. and others. The Estlink HVDC Light Transmission Systems // CIGRE Regional Meeting, 2007, Tallinn, Estonia.

4. Йохен Кройзель. Линия передачи постоянного тока для крупнейшей в мире морской ветровой электростанции // АББ Ревю, №4, 2008, стр.40-43.

Реверсивная передача постоянного тока, содержащая оконечные преобразовательные подстанции с системами управления, связанные двухпроводной сверхпроводящей кабельной линией, датчики постоянного напряжения на ее концах и блок сравнения показаний датчиков, при этом между концами линии на подстанциях включены двунаправленные коммутаторы, указанный блок сравнения подключен с гальванической развязкой входами к выходам датчиков, а выходом - к входам систем управления подстанций и к управляющим входам двунаправленных коммутаторов.

Использование: в области электротехники. Технический результат - расширение функциональных возможностей.

Система электроснабжения // 2513025

Использование: в области электротехники. Технический результат - повышение эффективности использования конденсаторной батареи для усиления импульсной мощности электрической сети.

Система энергоснабжения водозаборных скважин берегового водозабора // 2507659

Использование: в ирригационных системах для электроснабжения водозаборных скважин. Технический результат заключается в повышении надежности работы системы и сокращении сети кабельной разводки.

Система электрического питания для трехфазного двигателя с постоянными магнитами // 2504066

Использование: в области электротехники для питания трехфазного двигателя (4) с постоянными магнитами, в частности, для железнодорожного транспортного средства. Технический результат - надежность и безопасность.

Комбинированное устройство для управления передачей мощности между двумя центрами сети постоянного тока и питания двигателя переменного тока // 2407128

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано в сетях постоянного тока на борту летательного аппарата и в любых типах бортовых сетей (морское судно, автомобиль и т.д.

Электрическое питание оборудования газотурбинного двигателя летательного аппарата // 2400900

Тяговая подстанция постоянного тока с емкостными накопителями энергии // 2365017

Изобретение относится к системе тягового электроснабжения электрифицированного транспорта, содержащей тяговые подстанции постоянного тока, и может быть использовано на железнодорожном транспорте.

Электронный блок полевого прибора и полевой прибор (варианты) // 2343554

Система распределения электроэнергии // 2334335

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано в системах распределения электроэнергии, например, в составе самолета, корабля или космического аппарата (КА).

Система распределения электроэнергии // 2331959

Система электроснабжения транспортной машины // 2596807

Изобретение относится к области электротехники. Техническим результатом является повышение ресурса работы электростартера и надежности системы электроснабжения. Система электроснабжения транспортной машины содержит электрическую сеть 1 с минусовым и плюсовым проводами, к которым подключены аккумуляторная батарея 2 и электростартер 3; конденсаторную батарею 4; обратимый преобразователь 5, включенный между конденсаторной батареей и электрической сетью; регулятор 6; термодатчик 11. На вход 10 регулятора подано напряжение конденсаторной батареи, дополнительный вход 12 регулятора подключен к термодатчику, выходы регулятора связаны с управляющими входами 7, 8, 9 обратимого преобразователя, который выполнен так, что по сигналу на управляющих входах может изменять параметры своей вольт-амперной характеристики на выводах со стороны электрической сети. Регулятор выполнен так, что величина максимального тока, протекающего от обратимого преобразователя в электрическую сеть, является убывающей функцией от температуры термодатчика. 5 з.п. ф-лы, 2 ил.

Оптическая система электропитания электронных устройств // 2615017

Изобретение относится к системам питания электронных устройств с помощью оптического излучения и может найти применение в измерительных устройствах с гальванической развязкой области измерений и области отображения информации, например в высоковольтных или взрывоопасных устройствах. Оптическая система электропитания электронных устройств содержит регулируемый источник 1 тока лазера 2, оптический тракт, (например, волоконно-оптический) передачи излучения от лазера 2 до фотовольтаического элемента 3, выход которого подключен к входу повышающего преобразователя 4 напряжения, питаемое электронное устройство 5, измеритель 6 напряжения, вход которого подключен к выходу фотовольтаического элемента 3 или к выходу повышающего преобразователя 4 напряжения, а выход измерителя 6 напряжения подключен к входу волоконно-оптической системы 7 передачи информации (ВОСПИ), выход которой подключен к управляющему входу регулируемого источника тока 1. Волоконно-оптическая система 7 передачи информации содержит источник 8 излучения и фотоприемник 9. Вход источника 8 излучения соединен с выходом измерителя 6 напряжения, а выход фотоприемника 9 соединен с управляющим входом регулируемого источника 1 тока. Излучение источника 8 передается на фотоприемник 9 посредством оптического тракта, который может быть выполнен как открытым, так и волоконно-оптическим. Измеритель 6 напряжения может быть выполнен в виде аналого-цифрового преобразователя (АЦП) или преобразователя напряжение - частота. Технический результат, достигаемый при применении предложенной оптической системы электропитания электронных устройств, состоит в уменьшении оптической мощности, необходимой для нормального функционирования питаемого электронного устройства. При этом по сравнению с прототипом повышается КПД системы питания, уменьшается нагрузка на лазер питания и фотовольтаический элемент, что обеспечивает увеличение ресурса работы системы питания. 2 з.п. ф-лы, 3 ил., 1 табл.

Уменьшение проблем, связанных с качеством электроэнергии, посредством гибридной сети // 2643796

Использование – в области электротехники. Технический результат – повышение качества электроэнергии, поставляемой потребителю. Данное изобретение относится к компоновке цепи для уменьшения проблем, связанных с качеством электроэнергии. Данная компоновка предлагает защиту чувствительных устройств, например, от кратковременных падений напряжения и перенапряжений. Система представляет для нагрузок, соединенных с источником (100) питания переменного тока (например, домашнего телевизора, подключенного к электроэнергетической сети), источник (102) питания постоянного тока, соединенный с управляемым инвертором (114) и управляемым переключающим механизмом (106). Путем переключения в последовательную конфигурацию источник (102) питания постоянного тока (например, фотогальванический источник питания) может либо поглощать, либо подавать электроэнергию с целью уменьшения проблемы, связанной с качеством электроэнергии. В нормальном режиме работы путем переключения в параллельную конфигурацию источник (102) питания постоянного тока может питать нагрузку. 3 н. и 6 з.п. ф-лы, 7 ил., 3 табл.

Способ и устройство для управления гибридной системой аккумулирования энергии // 2644415

Использование – в области электротехники. Технический результат – оптимизация управления гибридной системой аккумулирования энергии. Согласно изобретению устройство управления и соответствующий способ управления используют фильтрование для отдельного модуля в ряде контроллеров распределения мощности, чтобы получить командный сигнал распределения мощности для соответствующего модуля из множества различных модулей аккумулирования энергии в гибридной системе аккумулирования энергии. Гибридная система аккумулирования энергии включает в себя два или более типов модулей аккумулирования энергии, при этом командный сигнал распределения мощности для каждого из модулей аккумулирования энергии получают путем фильтрования входного сигнала, используя фильтр, имеющий характеристику фильтра, которая адаптирована к характеристикам аккумулирования энергии модуля аккумулирования энергии. Входной сигнал отражает изменения нагрузки на электрическую сеть и может генерироваться локально или обеспечиваться удаленным узлом. Несмотря на то что контуры регулирования распределения мощности, используемые для каждого модуля аккумулирования энергии, предпочтительно могут быть одинаковыми в смысле архитектуры и реализации, каждый такой контур использует адаптированное индивидуальное фильтрование и, возможно, индивидуализированные значения одного или более других параметров управления, так что каждый модуль аккумулирования энергии управляется таким образом, что дополняются его характеристики аккумулирования энергии. 2 н. и 16 з.п. ф-лы, 11 ил.

Способ управления сетью электрического питания летательного аппарата // 2646012

Изобретение относится к способу электрического питания летательного аппарата. Для питания электрических нагрузок летательного аппарата подают питание от главной силовой установки (MPS1, MPS2) класса двигателя в нормальном режиме ее работы с помощью распределительной шины (ACBUS1, ACBUS2, DCBUS1, DCBUS2) или от генератора (G1, G2) тягового двигателя в аварийном режиме, а также обеспечивается питание подсети аварийного питания (EEPDC) от независимого аварийного источника (S) энергии в случае неисправности генератора (G1, G2) тягового двигателя в аварийном режиме работы. Переключение питания осуществляется с помощью модуля управления, выполненного с возможностью управлять контакторами (С1-С18), которые осуществляют переключение источников питания. Обеспечивается безопасность полета летательного аппарата за счет различных вариантов его электрического питания. 6 з.п. ф-лы, 10 ил.

Система распределения энергии постоянного тока // 2648288

Использование – в области электротехники. Технический результат – повышение эффективности электропитания. Согласно изобретению система распределения энергии постоянного тока для распределения энергии постоянного тока к одному или нескольким электрическим устройствам содержит электрическое устройство (2) для приема энергии постоянного тока через электрический проводник (4) от устройства (3) электропитания с блоком (5) управления электропитанием и для передачи сигнала блоку управления электропитанием для запроса меньшего количества энергии или большего количества энергии. Устройство электропитания выполнено с возможностью работать в режиме большого количества мощности и в режиме малого количества мощности, и блок управления электропитанием управляет режимом работы устройства электропитания в зависимости от принятого сигнала. Это позволяет адаптировать электропитание к энергии, которая действительно необходима системе распределения энергии постоянного тока технически, относительно простым способом. В частности, работа в режиме ожидания может быть более эффективной. 3 н. и 5 з.п. ф-лы, 6 ил.