Электроэнергетический комплекс

Использование: в области электроэнергетики. Технический результат - обеспечение возможности поддерживать в заданных пределах отклонения напряжения и частоты переменного тока на сборных шинах электроэнергетического комплекса. Электроэнергетический комплекс содержит дизельный генератор (1) и ветроэнергетичекие установки (2), соединенные сборными шинами (3), к которым подключены регулируемая балластная нагрузка (4) и синхронный компенсатор (5), снабженный автоматическим регулятором возбуждения (6). Для удержания частоты в заданных пределах при переходных процессах на коротких интервалах времени (1÷3 с) используются инерционные свойства ротора синхронного компенсатора (5). Момент инерции и число пар полюсов ротора компенсатора (5) выбираются согласно условию, приведенному в описании. Для обеспечения требуемой величины вращательного момента инерции на валу ротора компенсатора (5) может быть установлен маховик (7). Балластная нагрузка (4) может быть выполнена в виде электробойлера, связанного с потребителями тепла. 2 з.п. ф-лы, 1 ил.

 

Область техники

Изобретение относится к электроэнергетике и может найти применение в автономных электроэнергетических комплексах, использующих нестабильные источники энергии.

Уровень техники

Известен электроэнергетический комплекс, содержащий дизельные генераторы и ветроэнергетичекие установки, работающие на сборные шины [RU 75793].

В качестве прототипа выбран электроэнергетический комплекс, содержащий дизельные генераторы и ветроэнергетические установки, работающие на сборные шины, а также регулируемую балластную нагрузку [Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук. Хошнау Зана Пешанг Халил. Автономные системы электроснабжения на основе энергоэффективных ветродизельных электростанций. Томск. 2012].

Общий недостаток, присущий вышеуказанным аналогу и прототипу, - низкое качество вырабатываемой электроэнергии, напряжение и частота которой значительно отклоняются от номинальных значений при возникновении дисбаланса между вырабатываемой и забираемой потребителями мощности. В прототипе этот недостаток проявляется в переходных режимах при кратковременных нарушениях баланса, которые не успевают отслеживать соответствующие регуляторы дизельного генератора и балластной нагрузки.

Раскрытие изобретения

В отличие от прототипа в предлагаемом комплексе к сборным шинам дополнительно подключен синхронный компенсатор, снабженный автоматическим регулятором возбуждения, при этом параметры подключенного компенсатора соответствуют условию

где J - момент инерции ротора компенсатора, кг·м2,

N - число пар полюсов компенсатора,

ΔW - максимально допустимый для данного комплекса дисбаланс энергии, Дж,

Δf - допустимое отклонение частоты от fном. , Гц.

Это позволяет поддерживать в заданных пределах отклонения напряжения и частоты переменного тока на сборных шинах комплекса как при плавных (статических), так и при кратковременных (динамических) дисбалансах вырабатываемой и потребляемой энергии.

Изобретение имеет развития.

В соответствии с одним из развитий изобретения на валу компенсатора 6 установлен маховик, с помощью которого обеспечивается требуемый момент инерции ротора компенсатора.

В соответствии с другим развитием изобретения балластная нагрузка может быть выполнена в виде электробойлера, связанного с потребителями тепла.

Осуществление изобретения с учетом его развитий

На фигуре показан пример структуры предлагаемого электроэнергетического комплекса. Комплекс содержит дизельный генератор 1 и ветроэнергетичекие установки 2, соединенные сборными шинами 3, к которым подключены регулируемая балластная нагрузка 4 и синхронный компенсатор 5, снабженный автоматическим регулятором возбуждения 6.

На валу компенсатора 5 установлен маховик 7, с помощью которого обеспечивается требуемая величина вращательного момента инерции J ротора компенсатора 5.

Балластная нагрузка 4 представляет собой электрический бойлер, в который отводятся излишки электроэнергии, используемые, например, на нагрев воды для отопления отдельных помещений или поселка.

Работает комплекс следующим образом.

Ветроэнергетические установки (ВЭУ) 2 работают постоянно, используя дешевую энергию ветра. При избытке этой энергии баланс вырабатываемой и потребляемой электроэнергии, необходимый для поддержания частоты, обеспечивается за счет ступенчатого регулирования балластной нагрузки, а при недостаточности энергии ВЭУ - включается дизельный генератор 1.

Поддержание напряжения и частоты на сборных шинах 3 комплекса должно обеспечиваться в допустимых пределах (при заданных ограничениях на величину дисбаланса мощностей) независимо от скорости ветра и величины потребительской нагрузки.

Для статического поддержания напряжения на сборных шинах 3 в заданных пределах используется регулировка возбуждения дизельного генератора 1 и синхронного компенсатора 5.

Синхронный компенсатор 5 представляет собой ненагруженный синхронный электродвигатель, снабженный широкодиапазонным автоматическим регулятором 6, изменяющим величину тока возбуждения электродвигателя так, что напряжение на сборных шинах, к которым подключены выводы компенсатора 5, остается неизменным. При этом компенсатор 5 функционирует по основному назначению - в качестве источника реактивной энергии, компенсирующего потери от реактивной составляющей тока нагрузки.

Номинальная (установленная) реактивная мощность компенсатора 5, необходимая для выполнения этой функции, как правило, в несколько раз меньше суммы номинальных активных мощностей всех генераторов комплекса.

Баланс активной мощности и, следовательно, поддержание частоты при медленных изменениях скорости ветра и/или потребительской нагрузки (в статических режимах) обеспечивается регулированием подачи топлива в дизельные двигатели генераторов 1 и балластной нагрузки 4. Однако в силу инерционности такого регулирования, оно не обеспечивает удержания частоты в заданных пределах при переходных процессах на коротких интервалах времени (1÷3 с).

Для этой цели, согласно изобретению, используются инерционные свойства синхронного компенсатора 5, параметры которого выбираются согласно условию (1), которое может быть обосновано и пояснено следующим образом.

Энергия W, запасенная вращающимся ротором компенсатора, связана с его угловой скоростью вращения ω и угловым моментом инерции J известным выражением . Учитывая, что допустимые отклонения частоты переменного тока, вырабатываемого комплексом, и вызывающий их допустимый дисбаланс энергии не превышают 1-2%, можно получить приближенное соотношение (1) для параметров ротора компенсатора 5, обеспечивающих за счет инерции его вращения удержание кратковременных колебаний частоты в пределах заданных требований к качеству энергии.

При выполнении условия (1) качество электроэнергии (по отклонению частоты) сохраняется в заданных пределах при допускаемой величине кратковременных дисбалансов активной энергии (связанных с колебаниями скорости ветра и потребляемой нагрузки), возникающих из-за инерционности регулирования мощностей дизельного генератора и балластной нагрузки.

Для выполнения условия (1) компенсатор 5 может быть выбран из номенклатурного ряда выпускаемых синхронных компенсаторов по значениям параметров N и J (информация о J может быть представлена производителем по запросу). При этом номинальная реактивная мощность компенсатора 5, выбранного по условию (1), оказывается численно близкой к суммарной активной мощности всех генераторов комплекса. Другая возможность выполнить условие (1) - установить соответствующий маховик на валу компенсатора 5 меньшей мощности, выбранного для компенсации потерь от реактивной составляющей тока нагрузки.

1. Электроэнергетический комплекс, содержащий по меньшей мере один дизельный генератор и по меньшей мере одну ветроэнергетическую установку, соединенные сборными шинами, к которым подключены регулируемая балластная нагрузка и синхронный компенсатор, снабженный автоматическим регулятором возбуждения, при этом параметры синхронного компенсатора соответствуют условию
J/N2≥ΔW/4fномπ2Δf,
где J - момент инерции ротора компенсатора, кг·м2,
N - число пар полюсов компенсатора,
ΔW - максимально допустимый для данной электростанции дисбаланс энергии, Дж,
Δf - допустимое отклонение частоты от fном., Гц.

2. Электроэнергетический комплекс по п.1, в котором для получения требуемого момента инерции J на валу ротора компенсатора установлен маховик.

3. Электроэнергетический комплекс по п.1, в котором балластная нагрузка выполнена в виде электробойлера, связанного с потребителями тепла.



 

Похожие патенты:

Использование: в области электроэнергетики. Технический результат - повышение точности определения момента включения выключателя и автоматический контроль идентичности чередования фаз двух электроэнергетических систем.

Изобретение касается установки по производству электроэнергии. Установка (1) содержит, по меньшей мере, частично погруженные в воду устройства (14, 16, 18, 20) производства электроэнергии.

Изобретение относится к электротехнике и, в частности, к системам электроснабжения. Многоканальная система электроснабжения содержит N идентичных каналов генерирования переменного тока, каждый из которых состоит из последовательно соединенных двигателя, m-фазного генератора, основных фидеров, выпрямителя, инвертора и силового фильтра.

Использование: в области электротехники. Технический результат - обеспечение возможности соразмерного ввода мощности в сеть от независимых друг от друга питающих блоков.

Область применения - в системах оценки корректности функционирования автоматических регуляторов возбуждения (АРВ) и систем возбуждения (СВ) генераторов электростанций.

Использование: в области электротехники. Технический результат - увеличение выходной мощности и повышение надежности.

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано для управления множеством силовых преобразователей, в частности электронных частотных преобразователей, посредством беспроводной связи.

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано в системе электроснабжения потребителей, расположенных вдоль трасс. .

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано в серийно выпускаемых асинхронных двигателях с короткозамкнутым ротором, используемых в качестве генераторов энергетических установок для преобразования механической энергии в электрическую.

Использование: в области энергетики и электротехники. Технический результат - повышение надежности установки и стабильности напряжения на шине постоянного тока. Автономная мультимодульная установка генерирования электрической энергии ограниченной мощности состоит из четного количества "n" идентичных модулей генерации, выходы каждых двух модулей генерации попарно соединены с модулем общей шины питания полезной нагрузки, подключенной к модулю полезной нагрузки, модуля общей системы управления, модуля общего внешнего пускового устройства, подключенного к модулю общей шины питания полезной нагрузки. При этом каждый модуль генерации включает по меньшей мере последовательно соединенные свободнопоршневой двигатель Стирлинга с интегрированным линейным генератором с постоянными магнитами, настроечную резонансную емкость и выпрямительный блок, параллельно подключенные к линейному генератору и настроечной резонансной емкости блок балластной нагрузки, вторичную цепь модуля общего внешнего пускового устройства, собственную систему управления, выполненную с возможностью контроля тока и напряжения линейного генератора, тока выпрямительного блока, температуры тепловой головки двигателя Стирлинга, управления включением вторичной цепи модуля общего внешнего пускового устройства в функции температурного режима тепловой головки двигателя Стирлинга регулирования блока балластной нагрузки и управления включением выпрямительного блока при достижении температуры, при которой линейный генератор вырабатывает номинальную мощность. Выходы выпрямительного блока являются выходами модуля генерации. Выходы отрицательной полярности всех выпрямительных модулей объединены, формируя шину отрицательного потенциала модуля общей шины питания полезной нагрузки. Выходы положительной полярности каждого из двух выпрямительных блоков модулей генерации соединены с первым и вторым крайним выводами уравнительного дросселя, а средний вывод уравнительного дросселя подключен к общей точке положительного потенциала модуля общей шины питания полезной нагрузки. Модуль общей системы управления выполнен с возможностью контроля собственных систем управления каждого модуля генерации и тока модуля общей шины питания полезной нагрузки, напряжения модуля полезной нагрузки, управления включением питания модуля полезной нагрузки и управления включением модуля общего внешнего пускового устройства и управления первичной цепью модуля общего внешнего пускового устройства в функции температурного режима тепловой головки двигателя Стирлинга. Модуль общего внешнего пускового устройства выполнен с возможностью одновременного запуска каждого модуля генерации. 1 з.п. ф-лы, 2 ил.

Использование: в области электроснабжения. Технический результат - повышение надежности электроснабжения и уменьшение установленной мощности электрооборудования. Ветродизельная система автономного электроснабжения содержит ветрогенератор, дизель-генератор, два выпрямительно-зарядных устройства, аккумуляторную батарею, инвертор, причем выходы ветрогенератора и дизель-генератора присоединены к входам выпрямительно-зарядных устройств, выходы которых подключены к аккумуляторной батарее и образуют шину постоянного тока. Система дополнительно содержит распределительное устройство для подключения электроприемников, датчики мощности ветрогенератора, дизель-генератора и нагрузки, сумматор, элементы сравнения, задатчики номинальных мощностей электроприемников, блоки разрешения включения с кнопками управления. Входы датчиков мощностей ветрогенератора и дизель-генератора соединены с информационными выходами ветрогенератора и дизель-генератора соответственно, выходы подключены к входам сумматора, выход которого соединен с первым входом первого элемента сравнения, второй вход которого подключен к выходу датчика мощности нагрузки, который включен между шиной постоянного тока и входом инвертора. Выход инвертора соединен с входом распределительного устройства и образует шину переменного тока, распределительное устройство выполнено в виде коммутаторов, имеющих управляющие входы, которые подключены к выходам блоков разрешения включения, входы которых соединены с выходами элементов сравнения по числу электроприемников, первые входы элементов сравнения подключены к выходам задатчиков номинальных мощностей электроприемников, вторые подключены к выходу первого элемента сравнения. 2 ил.

Использование: в области электроэнергетики. Технический результат - уменьшение степени использования электрохимической энергетической установки для питания оборудования и как следствие увеличение срока службы электрохимической энергетической установки и автономности системы электропитания. Питание электрооборудования (5), такого как телекоммуникационная станция, осуществляется преимущественно за счет нестабильного источника питания (6) с минимальным использованием батарей (31) и электрохимической энергетической установки (4) с топливными элементами. Оборудование и энергетическая установка питаются за счет источника для вырабатывания и накопления топлива в энергетической установке, когда мощность источника превосходит рабочую мощность оборудования, а батареи полностью заряжены. Расход топлива в энергетической установке, питание оборудования за счет энергетической установки и заряд батарей за счет энергетической установки осуществляется, когда мощность батарей достигает порогового значения мощности при разряде и пока батареи не достигнут полного заряда. 5 н. и 14 з.п. ф-лы, 3 ил.

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано в гидроэлектрических турбинах. Техническим результатом является обеспечение оптимизации производительности отдельных турбин и группы турбин. Система массива гидроэлектрических турбин содержит массив турбинных систем и управляющий контроллер. Каждая турбинная система массива содержит гидроэлектрическую турбину и систему управления. Система управления содержит: систему преобразователя, выполненную с возможностью преобразования мощности переменного тока, подаваемой генератором, соединенным с гидроэлектрической турбиной, и имеющей напряжение и частоту, которые зависят от скорости вращения гидроэлектрической турбины, в мощность переменного тока, имеющую напряжение и частоту системы передачи, для передачи мощности переменного тока к приемной подстанции; и модуль управления, выполненный с возможностью взаимодействия с системой преобразователя для регулирования напряжения переменного тока, подаваемого генератором. Управляющий контроллер определяет уровень производительности множества гидроэлектрических турбин в пределах массива и инструктирует модуль управления по меньшей мере одной из турбинных систем для регулирования напряжения переменного тока, подаваемого генератором, для изменения мощности, генерируемой по меньшей мере одной из турбинных систем, чтобы управлять, таким образом, всей мощностью, генерируемой массивом. 10 з.п. ф-лы, 13 ил.

Использование: в области электротехники. Технический результат – обеспечение стабильной работы при максимально возможно низком отношении короткого замыкания. Способ управления парком (200) ветроустановок, содержащим несколько ветросиловых установок (202), заключается в подаче трехфазного тока в точке (204) общего присоединения, идентификации напряжения (UN) электросети в точке общего присоединения, сравнении напряжения (UN) электросети, которое идентифицировано в точке (204) общего присоединения, по меньшей мере, с одним предварительно определенным заданным значением, определении заданных значений для ветросиловых установок (202) в зависимости от сравнения, проведенного, чтобы удовлетворять критерию стабильности в точке (204) общего присоединения, передаче определенных заданных значений в модули (212) управления станций отдельных ветросиловых установок (202) и выработке электрического тока в каждой из ветросиловых установок (202) в зависимости от предварительно определенных заданных значений, которые должны объединенным образом подаваться в точке (204) общего присоединения. 3 н. и 11 з.п. ф-лы, 13 ил.

Использование: в области электротехники. Технический результат – повышение эксплуатационных характеристик внутри ветряной фермы и повышение КПД ее работы. Ветряная ферма (1) для выработки электроэнергии из ветра содержтит: по меньшей мере две ветряные турбины (2) для выработки электроэнергии и общее устройство (8) подачи для подачи выработанной электроэнергии или ее части в сеть (14) электропитания, при этом ветряные турбины (2) и устройство (8) подачи соединены через электрическую сеть (4) напряжения постоянного тока, для того чтобы подавать электроэнергию, вырабатываемую соответствующими ветряными турбинами (2) в виде постоянного электрического тока, в общее устройство (8) подачи, при этом сеть (4) напряжения постоянного тока имеет напряжение постоянного электрического тока в диапазоне 5-10 кВ, и каждая ветряная турбина (2) содержит следующие элементы: генератор (18) для генерирования переменного электрического тока, выпрямитель (20) для выпрямления сгенерированного переменного электрического тока в первый постоянный ток, имеющий первое напряжение постоянного тока, и повышающий преобразователь (30) для повышения первого постоянного тока и первого напряжения постоянного тока до второго постоянного тока и второго напряжения постоянного тока, которое выше, чем первое напряжение постоянного тока, при этом сеть напряжения постоянного тока включает в себя шину (6) и множество соединений линий, и при этом второе напряжение постоянного тока подается в сеть напряжения постоянного тока ветряной фермы. 2 н. и 4 з.п. ф-лы, 2 ил.

Изобретение относится к области электротехники и может быть использован многоступенчатыми полупроводниковыми преобразователями. Техническим результатом является уменьшение доли верхних гармоник выходного переменного напряжения. Осуществляется способ управления несколькими включенными параллельно своими контактными выводами (21) переменного напряжения многоступенчатыми полупроводниковыми преобразователями (2), содержащими каждый последовательную схему из двухполюсных подмодулей. При этом каждый из подмодулей содержит по меньшей мере два управляемых электронных переключателя и накопитель энергии, при этом управляемые электронные переключатели включены последовательно с образованием последовательной схемы. Последовательная схема расположена параллельно накопителю энергии. В способе на соответствующем контактном выводе (21) переменного напряжения многоступенчатых полупроводниковых преобразователей (2) создается ступенчатое изменение напряжения. При этом изменение напряжения второго многоступенчатого полупроводникового преобразователя смещается во времени относительно изменения напряжения первого многоступенчатого полупроводникового преобразователя. Преобразовательный узел (1) содержит средства для задержки во времени изменения переменного напряжения по меньшей мере одного многоступенчатого полупроводникового преобразователя (2) относительно изменения переменного напряжения другого многоступенчатого полупроводникового преобразователя (2). 2 н. и 11 з.п. ф-лы, 6 ил.

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано для подачи электрической мощности в электрическую сеть энергоснабжения. Способ подачи электрической мощности (Ps) в электрическую сеть энергоснабжения осуществляют (120) посредством по меньшей мере первого и второго ветровых парков (112). Первая электрическая мощность (PP1) ветрового парка предоставляется посредством первого ветрового парка (112) для подачи в электрическую сеть энергоснабжения (120), и вторая электрическая мощность (PP2) ветрового парка предоставляется посредством второго ветрового парка (112) для подачи в электрическую сеть энергоснабжения (120), а из упомянутых по меньшей мере первой и второй мощностей (PP1, PP2) ветровых парков генерируется суммарная отдаваемая мощность (Ps), которая подается в электрическую сеть (120) энергоснабжения, причем центральный блок (2) управления предназначен для управления суммарной подаваемой мощностью и управляет предоставлением по меньшей мере первой и второй мощностей (PP1, PP2) ветровых парков. 2 н. и 9 з.п. ф-лы, 3 ил.

Изобретение относится к области электротехники. Технический результат – обеспечение поддержки сети посредством ветроэнергетических установок или ветряных парков. Согласно способу ввода электрической мощности по меньшей мере одной ветроэнергетической установки (100) или ветряного парка (112) в электрическую сеть (120) электроснабжения с сетевым напряжением (U) и сетевой частотой (f), причем способ предназначен для ввода электрической активной мощности (Р) и электрической реактивной мощности (Q), и вводимая активная мощность (Р) может регулироваться через управление (R1, R2) активной мощностью в зависимости от сетевого состояния (U, f) сети и/или вводимая реактивная мощность (Q) может регулироваться через управление реактивной мощностью в зависимости от по меньшей мере одного сетевого состояния (U, f), и управление (R1, R2) активной мощностью или управление реактивной мощностью задают вводимое заданное значение, которое, соответственно, устанавливается посредством функции (Fs) регулирования в зависимости от по меньшей мере одного сетевого состояния (U, f), причем функция (Fs) регулирования задается с помощью опорных точек (ST1, ST2, ST3), которые определяются парой значений ([Pi, fi]) из, соответственно, одного значения для активной мощности (Р) или реактивной мощности (Q) и значения для сетевого состояния (U, f). 3 н. и 6 з.п. ф-лы, 5 ил.

Использование: в области электротехники. Технический результат – обеспечение взаимного резервирования питания секций сборных шин при питании одной из секций от сети с изолированной нейтралью, а другой – от сети с резисторно-заземленной нейтралью. На подстанции трехфазного переменного тока, содержащей две секции сборных шин, к каждой из которых через коммутационные аппараты подключены питающая линия электропередачи (ЛЭП) и отходящие линии электропередачи (ЛЭП), а также перемычку, подключенную через два выключателя к секциям сборных шин, и устройства измерения и релейной защиты, установленные в цепях ЛЭП, установлено устройство с пороговой вольтамперной характеристикой, подключенное между перемычкой и землей, при этом первая секция сборных шин питающей линией электропередачи соединена с сетью с изолированной нейтралью, а вторая секция сборных шин другой питающей линией соединена с сетью с резисторно-заземленной нейтралью. В качестве устройства с пороговой вольтамперной характеристикой использован разрядник вакуумный управляемый (РВУ) с блоком управления. 1 з.п. ф-лы, 1 ил.

Использование: в области электроэнергетики. Технический результат - обеспечение возможности поддерживать в заданных пределах отклонения напряжения и частоты переменного тока на сборных шинах электроэнергетического комплекса. Электроэнергетический комплекс содержит дизельный генератор и ветроэнергетичекие установки, соединенные сборными шинами, к которым подключены регулируемая балластная нагрузка и синхронный компенсатор, снабженный автоматическим регулятором возбуждения. Для удержания частоты в заданных пределах при переходных процессах на коротких интервалах времени используются инерционные свойства ротора синхронного компенсатора. Момент инерции и число пар полюсов ротора компенсатора выбираются согласно условию, приведенному в описании. Для обеспечения требуемой величины вращательного момента инерции на валу ротора компенсатора может быть установлен маховик. Балластная нагрузка может быть выполнена в виде электробойлера, связанного с потребителями тепла. 2 з.п. ф-лы, 1 ил.

Наверх