RU155652U1 - ELECTRIC ENERGY STORAGE SYSTEM AND ELECTRIC NETWORK OPTIMIZATION - Google Patents

Abstract

Система накопления электрической энергии и оптимизации параметров электрической сети, содержащая аккумулятор, реверсивный инвертор, выключатели, отличающаяся тем, что содержит синхронный генератор с приводным двигателем и обмоткой возбуждения, блок компаундирования, синхронный компенсатор с обмоткой возбуждения, блок точной синхронизации, блок автоматического регулирования, трансформатор, понижающий напряжение и соединенный с реверсивным инвертором и аккумулятором, причем блок автоматического регулирования соединен с синхронным генератором и с синхронным компенсатором с возможностью регулирования величины частоты и напряжения на зажимах синхронного генератора и синхронного компенсатора, а синхронный компенсатор соединен с устройством точной синхронизации через генераторный выключатель синхронного компенсатора и с сетью потребителей через шинный выключатель синхронного компенсатора.A system for accumulating electrical energy and optimizing the parameters of an electrical network, containing a battery, a reversible inverter, switches, characterized in that it contains a synchronous generator with a drive motor and an excitation winding, a compounding unit, a synchronous compensator with an excitation winding, a precise synchronization unit, an automatic control unit, a transformer , a step-down voltage and connected to a reversible inverter and a battery, and the automatic control unit is connected to a synchronous generator and a synchronous compensator with the ability to regulate the frequency and voltage at the terminals of the synchronous generator and the synchronous compensator, and the synchronous compensator is connected to a precise synchronization device through a generator switch of the synchronous compensator and with the consumer network through the busbar switch of the synchronous compensator.

Description

Система накопления электрической энергии и оптимизации параметров электрической сети.The system of accumulation of electric energy and optimization of the parameters of the electric network.

Полезная модель относится к преобразовательной технике и предназначена для создания накопителя электрической энергии и оптимизации режимов работы электрической сети.The utility model relates to a conversion technique and is intended to create an electrical energy storage device and optimize the operating modes of the electrical network.

Известно большое количество схем систем накопления электрической энергии и оптимизации параметров сети во всех диапазонах нагрузок.A large number of circuits of electric energy storage systems and optimization of network parameters in all load ranges are known.

Наиболее близким аналогом по совокупности признаков, принятым в качестве прототипа, является система накопления энергии на базе аккумуляторных батарей и суперконденсатора с функцией улучшения качества сети (Патент РФ на изобретение №2512880, опубликован 27.04.2014). Данная система накопления электрической энергии содержит аккумуляторные батареи, предохранители, двунаправленные инверторы, систему управления инверторами, систему управления системой накопления, контактор системы накопления, контактор сети переменного тока, сеть переменного тока, автономную нагрузку. Дополнительно система содержит батареи суперконденсаторов, двунаправленный инвертор суперконденсаторов, модуль предзаряда суперконденсаторов, двунаправленный инвертор сети постоянного тока, контактор сети постоянного тока, сеть постоянного тока, модуль контроля качества сети, систему управления активным восстановителем качества сети, тиристорный коммутатор компенсирующих конденсаторов, батарею компенсирующих конденсаторов, модуль контроля качества сети. Батарея суперконденсаторов подключена к двунаправленному инвертору суперконденсаторов, подключенному к контактору системы накопления. Тиристорный коммутатор компенсирующих конденсаторов подключен к контактору сети переменного тока и к системе управления системой накопления. Двунаправленный инвертор сети постоянного тока подключен к контактору системы накопления, системе управления инверторами и к контактору сети постоянного тока, который подключен к сети постоянного тока и системе управления системой накопления.The closest analogue in terms of features adopted as a prototype is an energy storage system based on rechargeable batteries and a supercapacitor with a function to improve network quality (RF Patent for the invention No. 2512880, published 04/27/2014). This electric energy storage system contains rechargeable batteries, fuses, bi-directional inverters, an inverter control system, an accumulation system control system, an accumulation system contactor, an AC mains contactor, an alternating current main, an autonomous load. Additionally, the system contains supercapacitor batteries, a bi-directional supercapacitor inverter, a supercharger precharge module, a bi-directional DC network inverter, a DC contactor, a DC network, a network quality control module, an active network quality restorer control system, a thyristor switch of compensating capacitors, a compensating capacitor bank, network quality control module. The supercapacitor battery is connected to a bi-directional supercapacitor inverter connected to the storage system contactor. The thyristor switch of compensating capacitors is connected to the AC contactor and to the storage system control system. The bidirectional inverter of the DC network is connected to the contactor of the storage system, the control system of the inverters and to the contactor of the DC network, which is connected to the DC network and the control system of the storage system.

Недостатками данной системы является:The disadvantages of this system are:

Лавинообразный рост напряжения при его повышении, что ведет к возможному выходу из строя энергоустановок потребителей и их отключение.An avalanche-like voltage increase when it increases, which leads to a possible failure of consumers' power plants and their shutdown.

Недостаточное устранение колебаний напряжения и частоты на зажимах статора генератора и в распределительной сети.Inadequate elimination of voltage and frequency fluctuations at the terminals of the stator of the generator and in the distribution network.

Отсутствие возможности плавного регулирования компенсации реактивной мощности в сети нагрузкиThe inability to smoothly control reactive power compensation in the load network

Задачей настоящей полезной модели является обеспечение достаточного накопления энергии, устранение колебаний напряжения и частоты на зажимах статора генератора и устранение лавинообразного роста напряжений. Поставленная задача решается за счет того, что заявляемая система накопления электрической энергии и оптимизации параметров электрической сети содержит аккумулятор, реверсивный инвертор, выключатели, синхронный генератор с приводным двигателем и обмоткой возбуждения, блок компаундирования, синхронный компенсатор с обмоткой возбуждения, блок точной синхронизации, блок автоматического регулирования, трансформатор, понижающий напряжение и соединенный с реверсивным инвертором и аккумулятором. Блок автоматического регулирования соединен с синхронным генератором и с синхронным компенсатором и регулирует величину частоты и напряжения на зажимах синхронного генератора и синхронного компенсатора. Синхронный компенсатор соединен с устройством точной синхронизации через генераторный выключатель синхронного компенсатора, и с сетью потребителей через шинный выключатель синхронного компенсатора.The objective of this utility model is to ensure sufficient energy storage, eliminate voltage and frequency fluctuations at the terminals of the generator stator, and eliminate the avalanche-like voltage increase. The problem is solved due to the fact that the inventive system for storing electric energy and optimizing the parameters of the electric network contains a battery, a reversing inverter, switches, a synchronous generator with a drive motor and an excitation winding, a compounding unit, a synchronous compensator with an excitation winding, an exact synchronization unit, an automatic block regulation, a voltage transformer and connected to a reversing inverter and battery. The automatic control unit is connected to the synchronous generator and to the synchronous compensator and regulates the magnitude of the frequency and voltage at the terminals of the synchronous generator and synchronous compensator. The synchronous compensator is connected to the accurate synchronization device through the generator switch of the synchronous compensator, and to the consumer network through the bus switch of the synchronous compensator.

Недостатки прототипа устраняются тем, что баланс реактивной мощности системы обеспечивается за счет внедрения синхронного компенсатора и блока электронного регулирования системы накопления электрической энергии и оптимизации параметров электрической сети, что позволяет осуществлять регулирование потока реактивной мощности в индуктивном и емкостном режимах, исключает лавинообразный рост напряжений. Наличие синхронного компенсатора обеспечивает более экономичную и плавную компенсацию величины реактивной мощности в сети высокого напряжения потребителя. Система накопления электрической энергии и оптимизации качества сети обеспечивает мягкий пуск синхронного компенсатора на скользящих параметрах по частоте и напряжению за счет регулирования числа оборотов приводного двигателя синхронного генератора, и за счет программного регулирования напряжения на зажимах статора синхронного генератора и синхронного компенсатора и наличия блок электронного регулирования.The disadvantages of the prototype are eliminated by the fact that the balance of the reactive power of the system is ensured by introducing a synchronous compensator and an electronic control unit for the electric energy storage system and optimizing the parameters of the electric network, which makes it possible to regulate the flow of reactive power in inductive and capacitive modes, eliminating an avalanche-like voltage increase. The presence of a synchronous compensator provides more economical and smooth compensation of the reactive power in the consumer's high voltage network. The system of electric energy storage and network quality optimization provides a soft start of the synchronous compensator on sliding parameters in frequency and voltage due to the speed control of the synchronous generator drive motor, and due to the programmed voltage control at the stator terminals of the synchronous generator and synchronous compensator and the presence of an electronic control unit.

Заявляемая полезная модель поясняется графическим изображением, на котором представлена общая схема системы накопления электрической энергии и оптимизации параметров электрической сети.The inventive utility model is illustrated by a graphic image, which shows a general diagram of a system for storing electric energy and optimizing the parameters of the electric network.

Система накопления электрической энергии и оптимизации параметров электрической сети включает собственно синхронный генератор 1 с обмоткой 2 возбуждения, приводной двигатель 3, устройство компаундирования 4 генератора 1, генераторный выключатель 5, синхронный компенсатор 6 с обмоткой 7 возбуждения, устройство точной синхронизации 8, блок автоматического регулирования 9, понижающий трансформатор 10. Синхронный компенсатор 6 соединен через генераторный выключатель 11 синхронного компенсатора с устройством точной синхронизации 8, а через шинный выключатель 12 синхронного компенсатора с сетью 13 потребителей электрической энергии. Синхронный генератор 1 соединен с понижающим трансформатором 10 через генераторный выключатель 5 и выключатель 14 трансформатора. Понижающий трансформатор 10 соединен с реверсивным инвертором 15 и накопителем 16 электрической энергии. Блок автоматического регулирования 9 соединен с синхронным генератором 1 и с синхронным компенсатором 6 и содержит регулятор напряжения и частоты синхронного генератора, регулятор тока синхронного генератора и синхронного компенсатора, регулятор баланса реактивной мощности между синхронным генератором и синхронным компенсатором (на схеме не показаны).The system for storing electric energy and optimizing the parameters of the electric network includes the actual synchronous generator 1 with the field winding 2, the drive motor 3, the compounding device 4 of the generator 1, the generator switch 5, the synchronous compensator 6 with the field winding 7, the device for accurate synchronization 8, the automatic control unit 9 , step-down transformer 10. Synchronous compensator 6 is connected through a generator switch 11 of the synchronous compensator with an accurate synchronization device 8, and through buses th synchronous compensator switch 12 to a network 13 of electric energy consumers. The synchronous generator 1 is connected to a step-down transformer 10 through a generator switch 5 and a transformer switch 14. A step-down transformer 10 is connected to a reversing inverter 15 and an electric energy storage 16. The automatic control unit 9 is connected to the synchronous generator 1 and to the synchronous compensator 6 and contains a voltage and frequency regulator of the synchronous generator, a current regulator of the synchronous generator and the synchronous compensator, a reactive power balance regulator between the synchronous generator and the synchronous compensator (not shown in the diagram).

В качестве накопителя электрической энергии может быть использован ионно-литиевый аккумулятор.A lithium-ion battery may be used as an electrical energy storage device.

Назначение понижающего трансформатора 10 - согласование напряжения накопителя электрической энергии с высоковольтной сетью (сеть генератора и компенсатора).The purpose of the step-down transformer 10 is to match the voltage of the electric energy storage device with a high-voltage network (generator and compensator network).

Устройство компаундирования 4 регулирует величину напряжения на обмотках статора генератора 1 в функции тока нагрузки, т.е. компенсирует величину падения напряжения на обмотках статора в зависимости от тока нагрузки.The compounding device 4 controls the magnitude of the voltage across the stator windings of the generator 1 as a function of the load current, i.e. compensates for the voltage drop across the stator windings depending on the load current.

Реверсивный инвертор 15 осуществляет преобразование постоянного тока в переменный, а в цикле зарядки аккумулятора переменного в постоянный ток.Reversible inverter 15 converts direct current into alternating current, and in the cycle of charging an alternating current battery into direct current.

Устройство накопления электрической энергии и оптимизации параметров электрической сети работает следующим образом. Приводной двигатель 3 синхронного генератора вращает его ротор. Возбуждение синхронного генератора 1 осуществляется пуском сигнала на обмотку 2 возбуждения синхронного генератора. Пуск синхронного компенсатора 6 происходит от синхронного генератора 1. Генераторный выключатель 11 синхронного компенсатора включает статор синхронного компенсатора 6 в цикле пуска путем включения пускового выключателя 17 синхронного компенсатора с последующим регулированием частоты вращения приводного двигателя 3 синхронного генератора и регулированием величины частоты и напряжения на зажимах синхронного генератора 1 и синхронного компенсатора 6. Регулирование осуществляется блоком автоматического регулирования 9 на скользящих параметрах, т.е. изменяющихся во времени плавно и на регулируемую величину. Сеть 13 потребителей электрической энергии в цикле пуска должна быть отключена шинным выключателем 12 синхронного компенсатора и шинным выключателем 18 синхронного генератора. После пуска пусковой выключатель 17 отключается. Синхронный компенсатор 6 плавно проворачивается до синхронных оборотов и через устройство точной синхронизации 8 включается в сеть потребителя через шинный выключатель 12 для регулирования величины реактивной мощности в сети потребителей. Синхронный компенсатор 6 остается в работе постоянно. Режим компенсации реактивной мощности обеспечен блоком автоматического регулирования 9 за счет регулирования уровня возбуждения синхронного компенсатора 6.A device for storing electric energy and optimizing the parameters of the electric network operates as follows. The drive motor 3 of the synchronous generator rotates its rotor. Excitation of the synchronous generator 1 is carried out by triggering a signal on the excitation winding 2 of the synchronous generator. The start of the synchronous compensator 6 comes from the synchronous generator 1. The generator switch 11 of the synchronous compensator turns on the stator of the synchronous compensator 6 in the start-up cycle by turning on the start switch 17 of the synchronous compensator, followed by adjusting the speed of the synchronous generator drive motor 3 and adjusting the frequency and voltage across the terminals of the synchronous generator 1 and synchronous compensator 6. Regulation is carried out by the automatic regulation unit 9 on sliding pa ametrah, ie varying in time smoothly and by an adjustable amount. The network 13 of consumers of electric energy in the start-up cycle must be disconnected by the bus switch 12 of the synchronous compensator and the bus switch 18 of the synchronous generator. After starting, the start switch 17 is turned off. The synchronous compensator 6 smoothly rotates to synchronous revolutions and is connected via the exact synchronization device 8 to the consumer’s network via a bus switch 12 to regulate the reactive power in the consumer’s network. Synchronous compensator 6 remains in operation continuously. The reactive power compensation mode is provided by the automatic control unit 9 by adjusting the excitation level of the synchronous compensator 6.

После пуска синхронного компенсатора 6 и выключения пускового выключателя 17 синхронного компенсатора работа основного источника энергии - синхронного генератора 1 осуществляется при номинальном напряжении и частоте путем включения шинным выключателем 18 синхронного генератора через устройство точной синхронизации 8. После включения в сеть возбуждение синхронного генератора 1 осуществляется устройством автоматического регулирования 9 с компенсированием возбуждения от устройства компаундирования 4.After starting the synchronous compensator 6 and turning off the start switch 17 of the synchronous compensator, the main energy source, the synchronous generator 1, is operated at rated voltage and frequency by turning on the synchronous generator bus switch 18 through an accurate synchronization device 8. After being turned on, the synchronous generator 1 is excited by an automatic device regulation 9 with compensation of excitation from the compounding device 4.

Накопление электрической энергии осуществляется за счет подачи напряжения от синхронного генератора 1 через генераторный выключатель 5 и выключатель 14 трансформатора, понижающий трансформатор 10 и реверсивный инвертор 15 на накопитель 16 электрической энергии. Уровень накопления на зажимах накопителя электрической энергии и уровень заряда - разряда обеспечивается встроенными регуляторами накопителя 16 электрической энергии и реверсивного инвертора 15.The accumulation of electrical energy is carried out by supplying voltage from a synchronous generator 1 through a generator switch 5 and a transformer switch 14, step-down transformer 10 and a reversing inverter 15 to the electric energy storage 16. The level of accumulation at the terminals of the electric energy storage device and the charge-discharge level are provided by the built-in regulators of the electric energy storage device 16 and the reversing inverter 15.

Электроэнергия для собственных нужд идет по сети 19 через выключатель 14 трансформатора, а также и от накопителя 16 электрической энергии через реверсивный инвертор 15 при отключенном питании понижающего трансформатора 10.Electricity for own needs goes through the network 19 through the switch 14 of the transformer, as well as from the drive 16 of electric energy through the reversing inverter 15 when the power of the step-down transformer 10 is turned off.

Накопитель 16 электрической энергии накапливает энергию при уменьшении потребления в сети и выдает при пиках нагрузки. Накопление электрической энергии осуществляется и от сети потребителей (при отключенном синхронном генераторе 1) и от синхронного генератора 1. Накопитель 16 электрической энергии выполняет функция источника бесперебойного питания при полном отключении от источника питания (для обеспечения аварийного выключения, сигнализации и т.д.)The electric energy storage 16 accumulates energy while decreasing the network consumption and gives out at peak loads. Electric energy is accumulated both from the consumer network (when the synchronous generator 1 is turned off) and from the synchronous generator 1. The electric energy storage device 16 acts as an uninterruptible power supply when it is completely disconnected from the power source (to provide emergency shutdown, alarm, etc.)

Таким образом, обеспечивается экономичная и надежная работа системы накопления электрической энергии и оптимизации качества сети во всех режимах, в том числе и в «островном». Даже в случае полного отключения генератора от сети обеспечивается поступление энергии потребителям за счет инерции компенсатора. Обеспечивается покрытие пиков нагрузки на основных шинах за счет подачи в сеть энергии, накопленной в накопителе электрической энергии, а также пуск синхронного и асинхронного приводов на скользящих параметрах по частоте и напряжению. Применение такой системы накопления электрической энергии и оптимизации качества сети позволяет осуществить пуск мощного синхронного компенсатора за счет генератора значительно меньшей номинальной мощности.In this way, an economical and reliable operation of the electric energy storage system and network quality optimization in all modes, including the “island” one, is ensured. Even if the generator is completely disconnected from the network, energy is supplied to consumers through the inertia of the compensator. The load peaks on the main buses are covered by supplying the energy stored in the electric energy storage device to the network, as well as starting synchronous and asynchronous drives on sliding parameters in frequency and voltage. The use of such a system for storing electric energy and optimizing the quality of the network allows the launch of a powerful synchronous compensator due to a generator with a significantly lower rated power.

Claims (1)

Система накопления электрической энергии и оптимизации параметров электрической сети, содержащая аккумулятор, реверсивный инвертор, выключатели, отличающаяся тем, что содержит синхронный генератор с приводным двигателем и обмоткой возбуждения, блок компаундирования, синхронный компенсатор с обмоткой возбуждения, блок точной синхронизации, блок автоматического регулирования, трансформатор, понижающий напряжение и соединенный с реверсивным инвертором и аккумулятором, причем блок автоматического регулирования соединен с синхронным генератором и с синхронным компенсатором с возможностью регулирования величины частоты и напряжения на зажимах синхронного генератора и синхронного компенсатора, а синхронный компенсатор соединен с устройством точной синхронизации через генераторный выключатель синхронного компенсатора и с сетью потребителей через шинный выключатель синхронного компенсатора.

A system for storing electric energy and optimizing the parameters of the electric network, comprising a battery, a reversing inverter, switches, characterized in that it comprises a synchronous generator with a drive motor and an excitation winding, a compounding unit, a synchronous compensator with an excitation winding, an accurate synchronization unit, an automatic control unit, a transformer reducing voltage and connected to the reversing inverter and the battery, and the automatic control unit is connected to a synchronous generator and with a synchronous compensator with the ability to control the magnitude of the frequency and voltage at the terminals of the synchronous generator and synchronous compensator, and the synchronous compensator is connected to the exact synchronization device through the generator switch of the synchronous compensator and to the consumer network through the bus switch of the synchronous compensator.

Images