Електрогенеруюча установка з багатообмотковим асинхронним генератором

Реферат: Електрогенеруюча установка з багатообмотковим асинхронним генератором містить вітротурбіну або гідротурбіну, що обертає генератор з короткозамкненим ротором і двома або більше обмотками статора, кожна обмотка статора підключена до індивідуального багатофункціонального вентильного перетворювача, зібраного за схемою мостового інвертора, до кожного перетворювача підключено індивідуальний накопичувач енергії. До вихідних клем постійного струму багатофункціональних вентильних перетворювачів під'єднано інвертори напруги. До клем накопичувачів енергії під'єднано єдині для кожної пари "багатофункціональний вентильний перетворювач - інвертор напруги" блоки живлення їх систем керування, що живляться від багатофункціональних вентильних перетворювачів або від акумуляторних батарей. До вихідних клем інверторів напруги під'єднано виводи первинних обмоток підвищуючих трансформаторів, вторинні обмотки яких з'єднані послідовно і через комутатор підключено до чотирипровідної лінії електропередач. До послідовно з'єднаних вторинних обмоток трансформаторів підключено батарею фільтрових конденсаторів. UA 105831 U (54) ЕЛЕКТРОГЕНЕРУЮЧА УСТАНОВКА З БАГАТООБМОТКОВИМ АСИНХРОННИМ ГЕНЕРАТОРОМ UA 105831 U UA 105831 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 система живлення [1] на основі асинхронного генератора (АГ) і керованого мостового випрямляча, де струми статора і вихідна потужність генератора контролюються ключовими елементами напівпровідникового перетворювача. Схема, за якою виконана система живлення, містить асинхронний генератор з короткозамкненим ротором і однією статорною обмоткою, який обертається від турбіни чи дизельного двигуна. До обмотки статора підключений вентильний перетворювач, вихідні клеми постійного струму якого шунтовано конденсатором. Від клем постійного струму живиться автономне навантаження. Система керування генератором здійснює амплітудно-фазове регулювання струмів АГ виходячи з виміряних значень струмів статора та вихідної напруги вентильного перетворювача. До недоліків даної схеми можна віднести складність виконання та високу вартість вентильного перетворювача в разі живлення віддалених споживачів великої потужності (від 1-2 МВт і більше) внаслідок того, що для зменшення втрат в лінії статорну обмотку необхідно виконувати високовольтною, що потребує виконання вентильного перетворювача на високовольтних напівпровідникових елементах високої вартості. Крім цього, якщо навантаження є навантаженням змінного струму, то зазначені недоліки будуть ще більш посилені через використання високовольтного інвертора великої потужності. Найбільш близьким до корисної моделі за технічною суттю є установка з вироблення електричної енергії [2], яка містить вітротурбіну або гідротурбіну, що обертає генератор з двома або більш обмотками статора. Кожна обмотка статора підключена до індивідуального випрямляча. До кожного випрямляча підключено індивідуальний накопичувач енергії. Усі накопичувачі енергії з'єднані послідовно, що забезпечує підвищену вихідну напругу без використання підвищуючого трансформатора. До недоліків прототипу слід віднести те, що, по-перше, для отримання високого рівня напруги, що зазвичай використовується при транспортуванні електроенергії від ВЕС чи малих ГЕС (близько 30-35 кВ) за стандартної напруги обмотки статора (690 В) генератор повинен виконуватись з великою кількістю обмоток статора і відповідною кількістю низьковольтних пасивних або активних випрямлячів, і, по-друге, на підстанції необхідно встановлювати додаткове обладнання для перетворення постійного струму в змінний, що є ознакою складності технічного обслуговування і невисокої надійності установки. Задачею корисної моделі є створення електрогенеруючої установки з багатообмотковим асинхронним генератором, в якій за рахунок використання в кожному каналі відбору потужності інверторів напруги (ІН), що підключаються до багатофункціональних вентильних перетворювачів (БВП) зібраних за схемою мостового інвертора, трансформаторів (Тр), вторинні обмотки яких з'єднано послідовно, єдиних для кожної пари "БВП - ІН" блоків живлення їх систем керування, вихідного фільтра на стороні вторинних обмоток трансформаторів, буде за меншої кількості статорних обмоток стандартної напруги і меншої кількості БВП, ніж в разі відбору потужності до підстанції від послідовно з'єднаних випрямлячів чи БВП, вироблятись електрична енергія високої напруги, що може з малими втратами транспортуватись високовольтною лінією передач від ВЕС чи малих ГЕС до підстанції без додаткового обладнання для перетворення постійного струму в змінний на стороні підстанції, в результаті чого досягається новий технічний результат: спрощення технічного обслуговування і підвищення надійності установки. Поставлена задача вирішується таким чином. Електрогенеруюча установка з багатообмотковим асинхронним генератором, яка містить вітротурбіну або гідротурбіну, що обертає генератор з короткозамкненим ротором і двома або більше обмотками статора, кожна обмотка статора підключена до індивідуального багатофункціонального вентильного перетворювача, зібраного за схемою мостового інвертора, до кожного перетворювача підключено індивідуальний накопичувач енергії, відрізняється тим, що до вихідних клем постійного струму багатофункціональних вентильних перетворювачів під'єднанні інвертори напруги, до клем накопичувачів енергії під'єднанні єдині для кожної пари "багатофункціональний вентильний перетворювач - інвертор напруги" блоки живлення їх систем керування, що живляться від багатофункціональних вентильних перетворювачів або від акумуляторних батарей, до вихідних клем інверторів напруги під'єднанні виводи первинних обмоток підвищуючих трансформаторів, вторинні обмотки яких з'єднані послідовно і через комутатор підключено до чотирипровідної лінії електропередач, до послідовно з'єднаних вторинних обмоток трансформаторів підключено батарею фільтрових конденсаторів. БВП працюють синхронно і виконують функції активного випрямляча і регулятора реактивної потужності АГ. Інвертори напруги також працюють синхронно і відбирають активну 1 UA 105831 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 потужність від БВП, яка надалі через трансформатори і вихідний комутатор (ВК) віддається в енергосистему. Завдяки наявності послідовно з'єднаних БВП, ІН і підвищуючих трансформаторів замість випрямлячів і накопичувачів енергії, які встановлені в прототипі в каналах відбору потужності кожної статорної обмотки, в установці за однакової з прототипом величини фазної напруги і однакових напруг на елементах БВП установки та випрямлячів прототипу, та меншої кількості обмоток статора і меншої кількості БВП, ніж кількість випрямлячів в прототипі, отримується вихідна високовольтна напруга, що підвищує надійність роботи установки і спрощує її обслуговування. Блоки живлення з АБ на виході БВП, що містить установка і не передбачені в прототипі, дозволяють за короткочасних аварійних ситуацій в мережі і за роботи на швидкостях вітру, що перевищують робочий діапазон, безперебійно живити БВП, IH та, в разі потреби, інше допоміжне обладнання, що сприяє підвищенню надійності роботи установки. За даними науково-технічної і патентної літератури авторам не відома заявлена сукупність ознак, направлена на вирішення 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 - спрощення технічного обслуговування і підвищення надійності установки. Суть корисної моделі пояснюється кресленнями, де зображено функціональну схему установки. Установка складається з приводної турбіни 1, асинхронного генератора, що містить короткозамкнений або фазний ротор 2 і дві або більш статорних обмоток 3, багатофункціональних вентильних перетворювачів 4 на повністю керованих вентилях, які підключені до виводів статорних обмоток, інверторів напруги 6 та накопичувачів енергії 5, що живляться від БВП 4, трифазних трансформаторів 7, первинні обмотки яких підключені до ІН 6, а вторинні з'єднані послідовно за схемою "зірка", батареї конденсаторів 8 і вихідного комутатора 9, які підключені до послідовно з'єднаних вторинних обмоток трансформаторів 7, та з блоків живлення 10 систем керування БВП 4 і ІН 6, що підключені до накопичувачів енергії 5 та АБ 11 малої ємності. 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 незбуджений, БЖ 10 живляться від АБ 11, ключі вихідного комутатора 9 розімкнуті. Якщо частота обертання ротора 2 АГ стає вищою за мінімально допустиму робочу частоту обертання, то БВП 4 збуджують АГ і стабілізують напругу на клемах накопичувачів енергії 5 на заданому рівні, БЖ 10 починають живитись від БВП 4. Безпосередньо після цього починають перемикатись ключі ІН 6 таким чином, щоб зрівняти амплітуди і синхронізувати напруги на клемах БК 8 і виході комутатора 9. Після вирівнювання частот, фаз і амплітуд напруг на вході і виході комутатора 9 його ключі замикаються. БВП 4 після замикання ключів комутатора 9, крім регулювання насичення в машині, відбирають від АГ активну потужність, величина якої задається оператором або визначається системою керування установки за певним алгоритмом. ІН 6 відбирають активну потужність від БВП 4 в такій кількості, щоб напруга на накопичувачах енергії 5 підтримувалась сталою. Викликані роботою ІН 6 вищі гармоніки струму вторинних обмоток трансформаторів 7 замикаються через БК 8, а на виході комутатора 9 формується трифазна напруга з відповідним до норм значенням коефіцієнта нелінійних спотворень. Таким чином, в порівнянні з прототипом електрогенеруюча установка має інвертори напруги, під’єднанні до клем постійного струму багатоканальних вентильних перетворювачів, зібраних за схемою мостового інвертора, підвищуючи трансформатори, первинні обмотки яких під'єднані до вихідних клем інверторів напруги, а вторинні обмотки включені послідовно і через комутатор підключені до чотирипровідної лінії електропередач, єдині блоки живлення систем керування кожної пари "багатофункціональний вентильний перетворювач - інвертор напруги", які живляться від багатофункціональних вентильних перетворювачів або від АБ, до послідовно з'єднаних вторинних обмоток трансформаторів підключено батарею фільтрових конденсаторів, через що установка за таких же величин сумарної площі перерізу проводів високовольтного кабелю і вихідної потужності, та за значно меншої кількості обмоток статора стандартної напруги (690 В) і багатофункціональних вентильних перетворювачів чи випрямлячів, ніж у випадку відбору потужності до енергосистеми від послідовно з'єднаних по колам постійного струму багатофункціональних вентильних перетворювачів чи випрямлячів, буде виробляти електричну енергію високої напруги, що може з малими втратами транспортуватись 2 UA 105831 U 5 високовольтною лінією передач від ВЕС чи малих ГЕС до підстанції без додаткового обладнання для перетворення постійного струму в змінний на стороні підстанції, що дозволяє застосовувати її в системах розподіленої генерації. Джерела інформації: 1. United States Patent 5483435 С1, Н02М 7/04, H02M 7/219, 14.03.1994. 2. Патент Российской Федерации RU 2499156 C2, F03D 9/02, F03B 13/10, H02M 7/00, 26.02.2009. ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 10 15 20 Електрогенеруюча установка з багатообмотковим асинхронним генератором, яка містить вітротурбіну або гідротурбіну, що обертає генератор з короткозамкненим ротором і двома або більше обмотками статора, кожна обмотка статора підключена до індивідуального багатофункціонального вентильного перетворювача, зібраного за схемою мостового інвертора, до кожного перетворювача підключено індивідуальний накопичувач енергії, яка відрізняється тим, що до вихідних клем постійного струму багатофункціональних вентильних перетворювачів під'єднано інвертори напруги, до клем накопичувачів енергії під'єднано єдині для кожної пари "багатофункціональний вентильний перетворювач - інвертор напруги" блоки живлення їх систем керування, що живляться від багатофункціональних вентильних перетворювачів або від акумуляторних батарей, до вихідних клем інверторів напруги під'єднано виводи первинних обмоток підвищуючих трансформаторів, вторинні обмотки яких з'єднані послідовно і через комутатор підключено до чотирипровідної лінії електропередач, до послідовно з'єднаних вторинних обмоток трансформаторів підключено батарею фільтрових конденсаторів. 3 UA 105831 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