Система керування виробленням електричної енергії

Реферат: Пропонований винахід належить до галузі електроенергетики та дозволить забезпечити високонадійне вироблення електричної енергії в екстремальних кліматичних умовах. Запропоновано систему керування виробленням електричної енергії, що включає енергоблоки, підключені до мережі за паралельною схемою, які включають силову установку, електричний генератор, вимикачі, програмовані засоби керування та захисту. До електричної мережі паралельно енергоблокам підключений щонайменше один активний навантажувальний пристрій. Програмовані засоби керування та захисту включають мікропроцесорну систему збудження з перетворювачем на біполярних транзисторах з ізольованим затвором, контролер автоматичного регулювання підсилення і контролер диференціального захисту електричного генератора. Контролери з'єднані між собою та з мікропроцесорною системою збудження, вимикачами та станційним комп'ютером керування енергоблоками, що є кінцевим пунктом двостороннього безпровідного каналу зв'язку з диспетчерським комп'ютером віддаленого керування та контролю енергоблоків. UA 104647 C2 (12) UA 104647 C2 UA 104647 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Запропонований винахід належить до галузі електроенергетики і може бути використаний для управління виробленням електроенергії в місцях з екстремальними кліматичними умовами. В якості найближчого аналога пропонованого винаходу обрано систему управління виробленням електричної енергії, описану в патенті US 5973481 (публікація 26.10.1999, National Bank of Alaska, Alaska Science and Technology Foundation). Система за US 5973481 включає систему енергоблоків, підключених до електричної мережі за паралельною схемою, до складу устаткування енергоблоку входить силова установка (дизель), електричний генератор, вимикачі, програмовані засоби управління та захисту. Програмовані засоби управління кожного енергоблоку, що включають контролер з користувальницьким інтерфейсом, з'єднані з кінцевим пунктом двостороннього безпровідного супутникового каналу зв'язку з диспетчерським комп'ютером віддаленого управління та контролю енергоблоків. Управління роботою всіх агрегатів енергоблоку здійснюється завдяки контролеру енергоблоку, оновлюване за необхідності програмне забезпечення контролера забезпечує необхідні режими роботи енергоблоку. Завдяки запропонованій у US 5973481 системі управління виробленням електричної енергії уможливлюється управління електричними станціями, розташованими у віддалених і важкодоступних місцях без обов'язкової присутності фахівців на об'єкті. Основним недоліком відомої системи є її недостатньо висока надійність при аварійних відключеннях устаткування та різкій зміні погодних умов, а також неможливість ручного контролю та управління енергоблоками в аварійних ситуаціях. Запропонований винахід дозволить усунути недоліки відомої системи і створити систему управління виробленням електричної енергії з підвищеною надійністю в аварійних ситуаціях, а також інших ситуаціях, не передбачених звичайним порядком обслуговування. Технічний результат, що досягається при використанні винаходу, забезпечується при роботі системи управління виробленням електричної енергії, що включає щонайменше два енергоблоки, кожний з яких підключений до електричної мережі за паралельною схемою і включає силову установку, електричний генератор, вимикачі, програмовані засоби управління та захисту, з'єднані з кінцевим пунктом двостороннього безпровідного каналу зв'язку з диспетчерським комп'ютером віддаленого управління та контролю енергоблоків; відповідно до запропонованого винаходу до електричної мережі паралельно енергоблокам підключено щонайменше один активний навантажувальний пристрій, програмовані засоби управління та захисту включають мікропроцесорну систему збудження з перетворювачем на біполярних транзисторах з ізольованим затвором, підключену безпосередньо до збуджувача електричного генератора, і контролер автоматичного регулювання підсилення і контролер диференціального захисту електричного генератора, з'єднані між собою і принаймні з мікропроцесорною системою збудження, вимикачами та станційним комп'ютером управління енергоблоками, що є кінцевим пунктом двостороннього безпровідного каналу зв'язку з диспетчерським комп'ютером віддаленого управління і контролю енергоблоків. У більшості випадків виконання запропонованої системи контролер диференційного захисту електричного генератора з'єднаний із щонайменше одним високовольтним вимикачем лінії електропередачі (фідером). Контролер автоматичного регулювання підсилення з'єднаний з мікропроцесорною системою збудження, збуджувачем електричного генератора і вакуумним вимикачем енергоблоку. У більшості випадків виконання системи контролери автоматичного регулювання підсилення і контролер диференціального захисту електричного генератора з'єднані між собою, мікропроцесорною системою збудження, вимикачами, станційним комп'ютером управління енергоблоками через провідні канали зв'язку, при цьому можуть бути використані і безпровідні канали зв'язку. Система збудження оснащується користувальницьким інтерфейсом, виконаним з можливістю управління її налаштуваннями. Основними регіонами використання запропонованої системи будуть райони з арктичним і різким континентальним кліматом, тому програмовані засоби управління та захисту можуть бути термостатовані, наприклад, розміщуватися в теплоізольованих шафах. В якості каналу зв'язку із засобами віддаленого управління енергоблоками в більшості випадків використовується супутниковий канал зв'язку, також припустимим є використання безпровідного каналу зв'язку інших типів (тобто каналів наземного радіозв'язку). В якості силової установки може бути використаний газотурбінний двигун або дизельний двигун, при цьому можуть бути використані рухомі установки типу використовуваних пересувних автоматичних електричних станцій (ПАЕС). Запропонована система управління виробленням електричної енергії пояснюється схемою. Основою системи є сукупність енергоблоків Ν, Ν+1, Ν+2, …, Ν+n, що забезпечують вироблення електричної енергії та підключені до електричної мережі за паралельною схемою (на схемі наведений приклад використання енергоблоків на прикладі пересувних автоматичних електричних станцій). До електричної мережі паралельно енергоблокам (Ν, Ν+1, Ν+2, Ν+n) 1 UA 104647 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 через трансформатори 8 підключені активні керовані навантажувальні пристрої 9. До складу кожного енергоблоку входить відоме устаткування: силова установка 6 (газотурбінний чи дизельний двигун, силова установка іншого типу), електричний генератор 5, вимикачі, програмовані термостатовані засоби управління та захисту 1, 2. Засоби управління і захисту 1, 2 з'єднані зі станційним комп'ютером управління енергоблоками 4, що є кінцевим пунктом двостороннього безпровідного каналу зв'язку з диспетчерським комп'ютером віддаленого управління та контролю енергоблоків 7 (переважно використовується супутниковий канал зв'язку). Запропонована система може бути масштабована в складі енергосистеми на території практично будь-якої площі та рельєфу. Програмовані засоби управління та захисту включають мікропроцесорну систему збудження 2 з перетворювачем на біполярних транзисторах з ізольованим затвором (систему збудження на IGBT перетворювачі) і контролери 1: контролер автоматичного регулювання підсилення (AGC) 1AGC, контролер диференціального захисту (MDR) 1 MDR. Система збудження 2 оснащена користувацьким інтерфейсом для ручної зміни налаштувань системи і підключена безпосередньо до збуджувача електричного генератора 5, контролер автоматичного регулювання підсилення і контролер диференціального захисту електричного генератора з'єднані між собою, а також з мікропроцесорною системою збудження 2, вимикачами 3, 10. Контролер диференціального захисту електричного генератора 1 MDR з'єднаний з високовольтними вимикачами ліній електропередачі (фідерами) 10. Контролер автоматичного регулювання підсилення 1AGC з'єднаний з мікропроцесорною системою збудження 2, збуджувачем електричного генератора і вакуумним вимикачем енергоблоку 3. Для підключення контролерів 1AGC і 1 MDR можуть бути використані провідні (відпрацьована технологія підключення) і безпровідні (за ймовірності ушкодження проводів) цифрові канали зв'язку. Спільна робота контролера автоматичного регулювання підсилення 1AGC і контролера диференціального захисту 1 MDR забезпечують безперебійне управління роботою системи при різких сезонних і добових перепадах температур і різних величинах зрушення фаз (накиди та скидання навантаження, короткі замикання). Контролер автоматичного регулювання підсилення 1AGC автоматично розподіляє навантаження між енергоблоками Ν, Ν+1, Ν+2,…, Ν+n пропорційно або відповідно до заданих налаштувань, і забезпечує всі види захистів силової установки 6 і електричного генератора 5. Контролер диференціального захисту 1 MDR забезпечує захист на ділянці від вакуумного вимикача 3, включаючи генератор. Система збудження 2 забезпечує включення енергоблоку в мережу методом точної синхронізації, автоматичну підгонку напруги електричного генератора 5 до напруги мережі, швидке відновлення напруги при змінах навантаження на генераторі 5, підтримка його у встановлених межах при плавному збільшенні та зниженні обертів електричного двигуна 5. У випадку аварійного виходу з ладу пристроїв споживчого навантаження і відключення високовольтних вимикачів 10 навантажувальні пристрої 8 забезпечують навантаженням енергоблоки Ν, Ν+1, Ν+2, Ν+n без спрацьовування захисту від зворотної потужності та розпаду паралельного підключення. Управління контролерами 1AGC, 1MDR і системою збудження 2, а також контроль поточного стану, протоколювання подій може здійснюватися через супутниковий канал зв'язку (або наземний радіоканал зв'язку) з диспетчерського комп'ютера віддаленого управління та контролю енергоблоків 7 або за необхідності управління енергоблоками в ручному режимі - зі станційного комп'ютера управління енергоблоками 4. Налаштування мікропроцесорної системи збудження 2 можуть бути змінені як через віддалені комп'ютери 4 і 7, так і безпосередньо через користувальницький інтерфейс системи. Отже, запропоновано високонадійну систему управління виробленням електричної енергії, що може бути використана для безперебійного виробництва електричної енергії в місцевостях з різким континентальним і арктичним кліматом. ФОРМУЛА ВИНАХОДУ 1. Система керування виробленням електричної енергії, що включає щонайменше два енергоблоки, кожний з яких підключений до електричної мережі за паралельною схемою і включає силову установку, електричний генератор, вимикачі, програмовані засоби керування та захисту, які з'єднані з кінцевим пунктом двостороннього безпровідного каналу зв'язку з диспетчерським комп'ютером віддаленого керування та контролю енергоблоків, яка відрізняється тим, що до електричної мережі паралельно енергоблокам підключено щонайменше один активний навантажувальний пристрій, програмовані засоби керування та захисту включають мікропроцесорну систему збудження з перетворювачем на біполярних транзисторах з ізольованим затвором, підключену безпосередньо до збуджувача електричного 2 UA 104647 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 генератора, і контролер автоматичного регулювання підсилення і контролер диференціального захисту електричного генератора, які з'єднані між собою і принаймні з мікропроцесорною системою збудження, вимикачами і станційним комп'ютером керування енергоблоками, що є кінцевим пунктом двостороннього безпровідного каналу зв'язку з диспетчерським комп'ютером віддаленого керування та контролю енергоблоків. 2. Система керування виробленням електричної енергії за п. 1, яка відрізняється тим, що контролер диференціального захисту електричного генератора з'єднаний із щонайменше одним високовольтним вимикачем лінії електропередачі, тобто фідером. 3. Система керування виробленням електричної енергії за п. 1, яка відрізняється тим, що контролер автоматичного регулювання підсилення з'єднаний з мікропроцесорною системою збудження. 4. Система керування виробленням електричної енергії за п. 1, яка відрізняється тим, що контролер автоматичного регулювання підсилення з'єднаний зі збуджувачем електричного генератора. 5. Система керування виробленням електричної енергії за п. 1, яка відрізняється тим, що контролер з'єднаний з вакуумним вимикачем енергоблока. 6. Система керування виробленням електричної енергії за п. 1, яка відрізняється тим, що контролер автоматичного регулювання підсилення і контролер диференціального захисту електричного генератора з'єднані між собою, мікропроцесорною системою збудження, вимикачами, станційним комп'ютером керування енергоблоками через провідні канали зв'язку. 7. Система керування виробленням електричної енергії за п. 1, яка відрізняється тим, що контролер автоматичного регулювання підсилення та контролер диференціального захисту електричного генератора з'єднані між собою, мікропроцесорною системою збудження, вимикачами, станційним комп'ютером керування енергоблоками через безпровідні канали зв'язку. 8. Система керування виробленням електричної енергії за п. 1, яка відрізняється тим, що система збудження оснащена користувальницьким інтерфейсом, виконаним з можливістю керування її налаштуваннями. 9. Система керування виробленням електричної енергії за будь-яким із пунктів 1-8, яка відрізняється тим, що програмовані засоби керування та захисту термостатовані. 10. Система керування виробленням електричної енергії за будь-яким із пунктів 1-8, яка відрізняється тим, що як канал зв'язку із засобами віддаленого керування енергоблоками використаний супутниковий канал зв'язку. 11. Система керування виробленням електричної енергії за будь-яким із пунктів 1-8, яка відрізняється тим, що як канал зв'язку із засобами віддаленого керування енергоблоками використаний безпровідний канал зв'язку, відмінний від супутникового. 12. Система керування виробленням електричної енергії за будь-яким із пунктів 1-8, яка відрізняється тим, що як силова установка використаний щонайменше один газотурбінний двигун. 13. Система керування виробленням електричної енергії за п. 12, яка відрізняється тим, що силова установка виконана рухомою. 14. Система керування виробленням електричної енергії за будь-яким із пунктів 1-8, яка відрізняється тим, що як силова установка використаний щонайменше один дизельний двигун. 15. Система керування виробленням електричної енергії за п. 14, яка відрізняється тим, що силова установка виконана рухомою. 3 UA 104647 C2 Комп’ютерна верстка Л. Бурлак Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 4