Пристрій резервного електропостачання відповідальних електроспоживачів промислових підприємств з компенсацією впливу несиметрії

Реферат: Пристрій резервного електропостачання відповідальних електроспоживачів промислових підприємств з компенсацією впливу несиметрії містить електричний генератор, обмоткою збудження з'єднаний з тиристорним випрямлячем, який колом змінного струму з'єднаний з вторинною обмоткою понижуючого трансформатора, понижуючий трансформатор первинною обмоткою з'єднаний з вторинною обмоткою силового трансформатора, паралельно з тиристорним випрямлячем до кола збудження синхронного генератора під'єднаний транзисторний перетворювач, який колом постійної напруги з'єднаний з конденсатором, причому синхронний генератор механічно з'єднаний з газопоршневою тепловою енергетичною установкою, вихід якої з'єднано з теплообмінником для відводу тепла, другий вхід - зі змішувачем з відповідними каналами підведення природного газу і попутних вуглеводневих фракцій основного виробничого процесу, перший вхід газопоршневої теплової енергетичної установки з'єднаний з третім виходом системи управління, перший вихід якої з'єднаний з блоком комутації, який першим виходом з'єднаний з керуючим входом першого вимикача, а другим з керуючим входом другого вимикача, другим виходом система управління з'єднана з входом блока керування збудженням, який першим виходом з'єднаний з тиристорним випрямлячем, другий вихід блока керування збудженням з'єднаний з транзисторним перетворювачем, перший вхід системи управління з'єднаний з датчиком напруги, який підключений між першим вимикачем та першим датчиком струму, який з'єднаний з відповідальним споживачем, паралельно з другим датчиком струму до датчика напруги під'єднаний другий датчик струму, який через другий вимикач з'єднаний з статорним колом синхронного генератора, другий датчик струму інформаційним виходом з'єднаний з другим входом системи управління, третій вхід якої з'єднаний з інформаційним виходом першого датчика струму, перший вимикач з'єднаний з вторинною обмоткою силового трансформатора, паралельно до якої приєднано несиметричне навантаження, первинна обмотка силового трансформатора з'єднана з мережею. UA 113686 U (12) UA 113686 U UA 113686 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Корисна модель належить до області електроенергетики і може бути використана для електропостачання відповідальних споживачів, тобто на підприємствах зі складними технологічними процесами. Відоме технічне рішення (Система збудження синхронного генератора із зовнішнім форсуванням, патент RU 2510698 С1, Н02Р9/14, Н02Р9/30, 10.10.2014, Бюл. №10, Сугаков В.Г., Хватов О.С, Малишев Ю.С, Тощев О.О.) Система збудження синхронного генератора із зовнішнім форсуванням, що містить синхронний генератор, підсумовуючий трансформатор і коректор напруги, вхід якого підключений до обмотки якоря генератора, а вихід - до обмотки управління підсумовуючого трансформатора, вторинна обмотка якого через перший випрямляч підключена до обмотки індуктора синхронного генератора, первинна обмотка струму трансформатора включена послідовно з обмоткою якоря генератора, а первинна обмотка напруги підключена до затискачів генератора, а паралельно обмотці індуктора генератора підключене зовнішнє джерело постійного струму через електронний ключ, керуючий електрод якого підключений до виходу елемента АБО, пов'язаного першим входом з шиною ПУСК, а другим входом - з прямим виходом тригера, скидний вхід якого через другий диференціатор з'єднаний з виходом елемента І, другий вхід якого через інвертор підключений до виходу формувача-обмежувача, вхід якого пов'язаний з виходом другого випрямляча, який підключений входом до потенційних затискачів шунта, включеного в ланцюг вторинної обмотки трансформатора струму, первинна обмотка котрого з'єднана послідовно з обмоткою якоря генератора, крім того, вихід другого випрямляча підключений до входу аналого-цифрового перетворювача, розряди виходу якого пов'язані з відповідними розрядами інформаційних входів першого і другого регістрів пам'яті, входи запису яких з'єднані відповідно з першим і другим виходом розподільника імпульсів, підключеного входом до виходу генератора імпульсів стабільної частоти, при цьому відповідні розряди виходів першого і другого регістрів пам'яті підключені відповідно до першого і другого входів дільника, з метою підвищення надійності шляхом зменшення числа елементів і їх зв'язків розряди виходу дільника з'єднані з відповідними розрядами входу дешифратора, молодші n виходи якого з'єднані з першим входом елемента І, а решта (mn) виходів пов'язані з одиничним входом тригера, причому число n відповідає коду гранично допустимого збільшення струму навантаження генератора. Спільними ознаками відомого технічного рішення із корисною моделлю, що заявляється, є: синхронний генератор, випрямляч, інвертор. Недоліками відомого технічного рішення є: відсутність блока керування збудженням генератора, що негативно впливає на якість електроенергії. Відоме технічне рішення (Спосіб форсування струму збудження синхронного двигуна та пристрій для його реалізації, UA патент 60652, Н02Р 9/12, 15.10.2003, Бюл. № 12, 2003 р. Нізімов В.Б., Нізімов Р.В., Сторожко B.C.), пристрій для форсування струму збудження синхронного двигуна, який містить пускозахисний ланцюг, підключений паралельно обмотці збудження синхронного двигуна, випрямляч з тиристорами в катодній групі і діодами в анодній групі, виходом підключений паралельно до пускозахисного ланцюга, комутуючий тиристор з керуючим ланцюгом, анодом підключений до анодів діодів випрямляча, і послідовно через форсуючий конденсатор, підключених до загальних катодів тиристорів випрямляча, датчики напруги і струму, входами зв'язані із силовими ланцюгами статора синхронного двигуна, зарядний блок і шунтуючий діод, які підключені паралельно форсуючому конденсатору, блок керування випрямлячем, виходом підключений через керуючі ключі до керуючих електродів тиристорів мостового випрямляча, а входом через датчик потужності до датчиків напруги і струму два граничних блоки, вхід граничного блока з'єднаний з виходом датчика напруги, вхід граничного блока з'єднаний з виходом датчика струму, виходи граничних блоків підключені до блока форсування збудження, перший вихід якого зв'язаний з керуючими ключами, а другий - з керуючим ланцюгом комутуючого тиристора. Спільними ознаками відомого технічного рішення із корисною моделлю, що заявляється, є: конденсатор, датчик струму та напруги, випрямляч, обмотка збудження. Недоліками відомого технічного рішення є: відсутність блока керування збудженням генератора, що негативно впливає на якість електроенергії; наявність додаткових силових перетворювачів. Найбільш близьким до корисної моделі, що заявляється, є технічне рішення (Система статичного збудника для генератора і спосіб її роботи, патент RU 2375812 С2, Н02Р 9/14, Н02Р 9/30, 10.12.2009, Бюл. №34, Йохо Райнхард), що містить систему статичного збудника для обмотки збудження генератора, яка підключена до системи енергопостачання через шину, яка містить перший засіб для отримання постійної напруги, який підключений до обмотки збудження і разом з обмоткою збудження формує коло збудника, другий засіб для подачі електроенергії, 1 UA 113686 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 причому другий засіб забезпечує короткострокову подачу додаткової енергії в коло збудника, коли це потрібно, перший засіб містить трансформатор збудника, який підключений до шини генератора, схему випрямляча, яка підключена до виходу трансформатора збудника, другий засіб сформовано за допомогою ємності, що заряджається, ємність містить один конденсатор або декілька конденсаторів, які включені послідовно і/або паралельно, містить модуль зарядки для зарядки ємності або конденсаторів. Спільними ознаками даного технічного рішення та пропонованої корисної моделі є: обмотка збудження, синхронний генератор, випрямляч, конденсатор, трансформатор, трансформатор збудника, модуль зарядки. Недолік даного технічного рішення полягає у відсутності блока керування збудженням генератора, який формує низькочастотну змінну складову струму для компенсації впливу несиметрії мережі на основний магнітний потік генератора. Дане технічне рішення за переліком спільних ознак та їх призначенням вибрано як прототип корисної моделі, що заявляється. В основу корисної моделі поставлена задача резервного електропостачання відповідальних електроспоживачів промислових підприємств з компенсацією впливу несиметрії на генератор шляхом регулювання збудження додатковою знакозмінною складовою струму з контролем параметрів режиму, забезпечити зниження пульсацій основного потоку синхронного генератора резервного електропостачання. Поставлена задача вирішується тим, що у відомому технічному рішенні, що містить електричний генератор, обмоткою збудження з'єднаний з тиристорним випрямлячем, який колом змінного струму з'єднаний з вторинною обмоткою понижуючого трансформатора, понижуючий трансформатор первинною обмоткою з'єднаний з вторинною обмоткою силового трансформатора, паралельно з тиристорним випрямлячем до кола збудження синхронного генератора під'єднаний транзисторний перетворювач, який колом постійної напруги з'єднаний з конденсатором, згідно з пропонованим технічним рішенням синхронний генератор механічно з'єднаний з газопоршневою тепловою енергетичною установкою, вихід якої з'єднано з теплообмінником для відводу тепла, другий вхід - зі змішувачем з відповідними каналами підведення природного газу і попутних вуглеводневих фракцій основного виробничого процесу, перший вхід газопоршневої теплової енергетичної установки з'єднаний з третім виходом системи управління, перший вихід якої з'єднаний з блоком комутації, який першим виходом з'єднаний з керуючим входом першого вимикача, а другим з керуючим входом другого вимикача, другим виходом система управління з'єднана з входом блока керування збудженням, який першим виходом з'єднаний з тиристорним випрямлячем, другий вихід блока керування збудженням з'єднаний з транзисторним перетворювачем, перший вхід системи управління з'єднаний з датчиком напруги, який підключений між першим вимикачем та першим датчиком струму який з'єднаний з відповідальним споживачем, паралельно з другим датчиком струму до датчика напруги під'єднаний другий датчик струму, який через другий вимикач з'єднаний з статорним колом синхронного генератора, другий датчик струму інформаційним виходом з'єднаний з другим входом системи управління, третій вхід якої з'єднаний з інформаційним виходом першого датчика струму, перший вимикач з'єднаний з вторинною обмоткою силового трансформатора, паралельно до якої приєднано несиметричне навантаження, первинна обмотка силового трансформатора з'єднана з мережею. Запропонована корисна модель пояснюється кресленням, де на кресленні: 1 - мережа; 2 силовий трансформатор; 3 - перший вимикач; 4 - датчик напруги; 5 - перший датчик струму; 6 відповідальний споживач; 7 - несиметричне навантаження; 8 - понижуючий трансформатор; 9 блок комутації; 10 - система управління; 11 - тиристорний випрямляч; 12 - блок керування збудженням; 13 - другий датчик струму; 14 - другий вимикач; 15 - синхронний генератор; 16 транзисторний перетворювач; 17 - накопичувальний конденсатор; 18 - газопоршнева теплова енергетична установка; 19 - теплообмінник для відводу тепла; 20 - змішувач з відповідними каналами підведення природного газу і попутних вуглеводневих фракцій основного виробничого процесу. У відповідності з технологічним регламентом і інструкцією по експлуатації газопоршневої теплової енергетичної установки 18 або, при наявності технологічної можливості, системою управління 10 шляхом подачі сигналів керування на вхід блока комутації 9. Після виходу відповідального споживача 6 на номінальні параметри (у випадку запуску від секції шин) система управління 10 здійснює автоматичний пуск газопоршневої теплової енергетичної установки 18, синхронізацію електричних параметрів синхронного генератора 15 з параметрами мережі 1 і переводить електропостачання відповідального споживача 6 в автономний режим 2 UA 113686 U 5 10 15 20 шляхом ввімкнення другого вимикача 14 і відімкнення першого вимикача 3. При цьому газопоршнева теплова енергетична установка 18 стає основним незалежним джерелом енергії. Система управління 10 оснащена системою швидкодіючих автоматичних електричних захистів, управління і блокувань, виконаних у відповідності з технічним завданням на технологічний регламент і вимогами виробничого процесу, що забезпечує своєчасний і безударний перехід електропостачання відповідального споживача 6 від газопоршневої теплової енергетичної установки 18 на шини мережі 1 при аварійних ситуаціях на газопоршневій тепловій енергетичній установці 18. Система управління 10 призначена не тільки для підтримання напруги на заданому рівні та генерованої або споживаної синхронним генератором реактивної потужності, а й для підвищення до максимально можливих рівнів статичної та динамічної стійкості вузла електричної мережі підприємства в цілому. Регулювальний вплив системи управління зумовлюється поточними параметрами режиму вузла, до якого він підключений: струму навантаження Іcn, який надходить з датчика струму 5 відповідального споживача 6, струму генератора Іген, який надходить з другого датчика струму генератора 13, та напруги мережі Uc яка контролюється датчиком напруги 4. Відповідно до призначення системи управління формування впливу за основним параметром, від якого залежить статична, динамічна і результуюча стійкість електропередачі - по куту  зсуву фаз між ЕРС Еq генератора і напругою Uc шин мережі. Додатково в системі управління за вказаними параметрами режиму визначаються: відхилення амплітуди або діючого значення напруги Uг від заданого значення Uг.пp; похідна напруги U  dUг / dt ; зміна f  d / dt і перша похідна f   df / dt ~ d2 / dt частоти f і похідна г струму збудження генератора I  dIзб / dt . зб Відхилення напруги Uг необхідно для забезпечення практично постійного (з точністю 25 30 35 40 статичної похибки регулювання) напруги Uг при змінах струму навантаження генератора або напруги на початку лінії електропередачі Uc  Uг  jIг Xг  сonst, (1) формованого на виході регулятора моделюванням падіння напруги jIг Xг . Використання сигналу по похідній регульованої величини напруги Uг представляє другий спосіб забезпечення стійкості функціонування системи управління, перший спосіб введення місцевого гнучкого негативного зворотного зв'язку, тобто стабілізації. Сигнал по похідній напруги стабілізує автоматичну систему регулювання збудження насамперед при холостому ході генератора. Сигнали, що відображають зміну і похідну частоти сумісно з сигналами по похідних напруги і струму збудження, тобто електрорушійної сили генератора, підвищують стійкість замкнутої автоматичної системи регулювання, що включає навантажену мережу електропередачі, забезпечуючи загасання електромеханічних перехідних процесів, - підвищуючи, статичну і динамічну стійкість паралельної роботи декількох електричних машин. Таким чином, алгоритм автоматичного регулювання збудження дії представляється у вигляді:  Uрег  k UU  k U  k f f  k f   kII (2) U f або в операторній формі у вигляді 45 50  pk f  Uрег (p )  (k U  pk  )U(p )   pk f  f (p )  pk Iзб (р ), (3) U l  pT.p  1    де f - відхилення частоти напруги генератора fг від синхронної fс ; f  fc  fг ; k  , k f , k f , U - коефіцієнти з розмірністю постійної часу. k l В результаті сигнал регулювання напруги подається з другого виходу системи управління на вхід блока управління збудженням 12, на виході якого формується заданий струм збудження, який подається на коло (обмотку збудження) генератора. Для забезпечення необхідного потоку активної потужності на підставі контрольованих параметрів визначається поточна активна потужність генератора: UU P  г c sin г , (4) Xc Яка порівнюється з активною потужністю за умов статичної стійкості синхронного генератора з внутрішнім опором X c : 3 UA 113686 U 2 UгUc Uc Xг sin    sin 2 . (5) Xc 2 X c ( Xг  X c ) Якщо Р