Електрогенеруюча установка з регулятором напруги внутрішньої мережі

Реферат: Електрогенеруюча установка з регулятором напруги внутрішньої мережі містить вітротурбіну або гідротурбіну, що обертає асинхронний генератор з короткозамкненим ротором, перший головний силовий перетворювач частоти для відбору потужності до мережі та допоміжний перетворювач частоти меншої потужності для живлення внутрішньої мережі установки. Додатково установка має щонайменше другий головний силовий перетворювач частоти і багатообмотковий силовий трансформатор. UA 105830 U (54) ЕЛЕКТРОГЕНЕРУЮЧА УСТАНОВКА З РЕГУЛЯТОРОМ НАПРУГИ ВНУТРІШНЬОЇ МЕРЕЖІ UA 105830 U UA 105830 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Корисна модель належить до енергетики, зокрема до машино-вентильних генеруючих комплексів, і може знайти застосування в системах розподіленої генерації. Відома електрогенеруюча установка [1], в якій відбір потужності від генератора та регулювання вихідної потужності здійснюється напівпровідниковим перетворювачем частоти (ПЧ). Схема, за якою виконана установка, містить багатофазний генератор, приводом якого є гідро- або вітрова турбіна зі змінною частотою обертання. До обмотки статора підключено напівпровідниковий перетворювач змінного струму в постійний (AC/DC), до вихідних клем якого під'єднано накопичувач енергії або джерело постійного струму, та напівпровідниковий перетворювач постійного струму в змінний (DC/AC). Перетворювач DC/AC через фільтр підключено до мережі. Системи керування перетворювачами регулюють їх активну і реактивну потужність. До недоліків даної схеми можна віднести відсутність засобів забезпечення електроживлення допоміжного електроустаткування та високу вартість і складність виконання перетворювача за значних вихідних потужностей установки (від 2…2,5 МВт) внаслідок прямого підключення вихідного інвертора до мережі. Найбільш близькою до корисної моделі за технічною суттю є вітроустановка з вироблення електричної енергії [2], яка містить вітротурбіну, генератор, потужний головний перетворювач частоти, малопотужний допоміжний перетворювач частоти, що може працювати як на внутрішню мережу установки, так і на централізовану електричну мережу, комутатори та трансформатори на виході кожного з перетворювачів. До недоліків прототипу слід віднести те, що, по-перше, ПЧ під'єднані паралельно до виводів фаз статорної обмотки, що буде призводити до їх взаємного впливу і виникнення аварійної ситуації за їх несинхронної роботи, і, по-друге, висока вартість і складність виконання силового перетворювача за значних вихідних потужностей установки (від 2…2,5 МВт) внаслідок необхідності виконання генератора і ПЧ високовольтними для обмеження площі перерізу з'єднувальних проводів і статорної обмотки (номінальний фазний струм статорної обмотки за номінальної потужності генератора 2 МВт і стандартної фазної напруги 690 В складає близько 1000 А), що є ознакою невисокої надійності і складності проектування установки. Задачею корисної моделі є створення електрогенеруючої установки з асинхронним генератором, в якій за рахунок використання багатообмоткового трансформатора, одна з обмоток якого під'єднана до статорної обмотки, друга - до напівпровідникового регулятора реактивної потужності, третя - до батареї конденсаторів компенсації реактивної потужності (БККРП), четверта - до перетворювача частоти, що живить внутрішню мережу установки, наступні дві або більш - до перетворювачів частоти, що живлять індивідуальні підвищувальні трансформатори, вторинні обмотки яких з'єднані послідовно і підключені до високовольтної лінії електропередач, буде відсутній гальванічний зв'язок між вентильними перетворювачами по колам змінного струму, і ПЧ, що регулюють відбір потужності до мережі, будуть більш низької напруги і не потребуватимуть проектування через наявність серійних зразків з необхідними характеристиками і параметрами, в результаті чого досягається новий технічний результат: підвищення надійності і спрощення проектування установки з вироблення електричної енергії. Поставлена задача вирішується таким чином. Електрогенеруюча установка з регулятором напруги внутрішньої мережі містить вітротурбіну або гідротурбіну, що обертає асинхронний генератор з короткозамкненим ротором, перший головний силовий перетворювач частоти для відбору потужності до мережі та допоміжний перетворювач частоти меншої потужності для живлення внутрішньої мережі установки, відрізняється тим, що має щонайменше другий головний силовий перетворювач частоти і багатообмотковий силовий трансформатор, перша обмотка якого є високовольтною і через комутатор статорної обмотки під'єднана до статорної обмотки генератора, друга обмотка під'єднана до напівпровідникового регулятора реактивної потужності, до третьої обмотки під'єднано конденсаторну батарею компенсації реактивної потужності, четверта обмотка живить через допоміжний перетворювач частоти внутрішню мережу установки, інші дві або більше обмоток зазначеного трансформатора під'єднанні до головних перетворювачів частоти, виходи яких підключені до первинних обмоток підвищувальних трансформаторів, кількість зазначених підвищувальних трансформаторів і головних перетворювачів частоти однакова, вторинні обмотки зазначених підвищувальних трансформаторів з'єднано послідовно, шунтовано батареєю фільтрових конденсаторів і підключено до високовольтної лінії передач електричної енергії. Оскільки генератор є високовольтним, то трансформатори і перетворювачі можуть розташовуватись на віддаленій відстані від генератора і з'єднуватись з ним високовольтним 1 UA 105830 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 кабелем малої площі перерізу, що спрощує їх технічне обслуговування. Завдяки тому, що, на відміну від прототипу, установка містить багатообмотковий трансформатор, замість одного головного перетворювача відбір енергії від генератора здійснюється декількома гальванічно розв'язаними головними перетворювачами більш низької напруги, що спрощує їх проектування і підвищує надійність роботи. Окрім цього, через те, що в порівнянні з прототипом, установка містить батарею конденсаторів компенсації реактивного струму і регулятор реактивної потужності, головні перетворювачі не завантажені реактивним струмом, що спрощує алгоритм керування головними перетворювачами та зменшує струмові навантаження на їх ключові елементи і, в результаті, підвищує надійність їх роботи і надійність роботи установки в цілому. За даними науково-технічної і патентної літератури авторам не відома заявлена сукупність ознак, спрямована на досягнення поставленої задачі. Таким чином, всі заявлені ознаки технічного рішення електрогенеруючої установки з багатообмотковим асинхронним генератором є суттєвими і в своїй сукупності є необхідними і достатніми для досягнення технічного результату, який забезпечується корисною моделлю, а саме - підвищення надійності і спрощення проектування установки з вироблення електричної енергії. Суть корисної моделі пояснюється кресленнями, де зображено функціональну схему установки. Установка складається з приводної турбіни 1, асинхронного генератора, що містить короткозамкнений ротор 2 і одну обмотку в пазах статора 3, багатообмоткового трансформатора 4, на осерді якого намотано обмотки 5-9, перша з зазначених обмоток 5 є високовольтною і під'єднана до обмотки статора 3 через комутатор статорної обмотки 15, інші обмотки меншої напруги, друга обмотка 6 трансформатора 4 під'єднана до напівпровідникового регулятора реактивної потужності 10 виконаного за схемою мостового інвертора напруги, третя обмотка 7 під'єднана до батареї конденсаторів компенсації реактивної потужності 11 генератора, четверта обмотка 8 живить через перетворювач частоти 12 пристрої, що підключаються до внутрішньої мережі установки, інші дві або більш обмоток 9 (показано три) зазначеного трансформатора через індивідуальні перетворювачі частоти 13 під'єднані до первинних обмоток підвищувальних трансформаторів 14, вторинні обмотки зазначених трансформаторів з'єднано послідовно і підключено до батареї фільтрових конденсаторів 16 і високовольтної лінії передач. Установка працює наступним чином. Якщо приводна турбіна 1 не обертається або частота обертання ротора 2 АГ нижча за мінімально допустиму робочу частоту обертання, то АГ не збуджений, ключі комутатора статорної обмотки 15 розімкнуті, РРП 10 вимкнено, внутрішня мережа установки живиться від централізованої мережі через підвищувальні силові трансформатори 14, перетворювачі частоти 13, багатообмотковий трансформатор 4, перетворювач частоти 12. За умови перевищення поточною частотою обертання ротора 2 АГ рівня мінімально допустимої робочої частоти обертання ключі КСО 15 замикаються, РРП 10 вмикається в роботу і збуджує АГ, активна потужність від обмотки статора 3 через КСО 15, трансформатор 4, ПЧ 13, трансформатори 14 віддається до високовольтної лінії передач. Окрім цього активна потужність від АГ після його збудження споживається і внутрішньою мережею через КСО 15, високовольтний трансформатор 4, ПЧ 12. Вихідні інвертори ПЧ 13 працюють синхронно і таким чином, щоб підтримувалась постійна напруга на їх входах постійного струму. Оскільки БККРП 11 має ємність, величина якої недостатня для збудження, вона лише частково компенсує реактивну потужність АГ і зменшує завантаженість РРП 10. Фільтрація вищих гармонік вихідної напруги установки здійснюється БФК 16. Таким чином, в порівнянні з прототипом електрогенеруюча установка має багатообмотковий трансформатор, перша обмотка якого є високовольтною і через комутатор статорної обмотки під'єднана до статорної обмотки генератора, друга обмотка під'єднана до напівпровідникового регулятора реактивної потужності, до третьої обмотки під'єднано конденсаторну батарею компенсації реактивної потужності генератора, четверта обмотка живить через перетворювач частоти внутрішню мережу установки, інші дві або більш обмоток зазначеного трансформатора під'єднані до індивідуальних перетворювачів частоти, виходи яких підключені до первинних обмоток підвищувальних трансформаторів, вторинні обмотки зазначених трансформаторів з'єднано послідовно та підключено до батареї фільтрових конденсаторів і високовольтної лінії передач, через що установка без гальванічного зв'язку по колах змінного струму між всіма ПЧ та за більш низької, ніж у випадку одиничного головного перетворювача, напруги на ключах ПЧ, що регулюють відбір потужності від генератора до мережі, в результаті чого останні можуть виконуватись на основі серійних зразків з необхідними характеристиками і параметрами та не 2 UA 105830 U 5 потребуватимуть проектування, буде живити пристрої, що підключено до внутрішньої мережі зазначеної установки та виробляти електричну енергію високої напруги, яка може з малими втратами транспортуватись високовольтною лінією передач до підстанції, що дозволяє застосовувати її в системах розподіленої генерації. Джерела інформації: 1. United States Patent 5225712, H02P 9/00, F03D 7/00, 27.11.1991. 2. United States Patent 8188610 B2, F03D 9/00, 8.09.2012. ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 10 15 20 25 Електрогенеруюча установка з регулятором напруги внутрішньої мережі, яка містить вітротурбіну або гідротурбіну, що обертає асинхронний генератор з короткозамкненим ротором, перший головний силовий перетворювач частоти для відбору потужності до мережі та допоміжний перетворювач частоти меншої потужності для живлення внутрішньої мережі установки, яка відрізняється тим, що має щонайменше другий головний силовий перетворювач частоти і багатообмотковий силовий трансформатор, перша обмотка якого є високовольтною і через комутатор статорної обмотки підключена до статорної обмотки генератора, друга обмотка підключена до напівпровідникового регулятора реактивної потужності, до третьої обмотки під'єднано конденсаторну батарею компенсації реактивної потужності, четверта обмотка живить через допоміжний перетворювач частоти внутрішню мережу установки, інші дві або більше обмоток зазначеного трансформатора підключені до головних перетворювачів частоти, виходи яких підключені до первинних обмоток підвищувальних трансформаторів, кількість зазначених підвищувальних трансформаторів і головних перетворювачів частоти однакова, вторинні обмотки зазначених підвищувальних трансформаторів з'єднано послідовно, шунтовано батареєю фільтрових конденсаторів і підключено до високовольтної лінії передач електричної енергії. 3 UA 105830 U Комп’ютерна верстка О. Рябко Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Василя Липківського, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут інтелектуальної власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 4