RU2579755C1 - Electric power complex - Google Patents

Abstract

FIELD: energy.

SUBSTANCE: electricity complex comprises diesel generator (1) and wind energy installation (2) connected to busbar (3) to which are connected adjustable ballasting (4) and a synchronous compensator (5) provided with automatic excitation regulator (6). To keep the frequency within predetermined limits transients on the short time intervals (1÷3) use the inertial properties of the rotor of synchronous compensator (5). Moment of inertia and the number of pole pairs of the rotor of compensator (5) is selected according to the conditions given in the description. To ensure the desired value of the rotational inertia of the rotor shaft of compensator (5) can be mounted flywheel (7). Ballasting (4) may be in the form electric boiler connected with heat consumers.

EFFECT: enabling support within the prescribed limits deflection voltage and frequency AC busbar power complex.

3 cl, 1 dwg

Description

Область техникиTechnical field

Изобретение относится к электроэнергетике и может найти применение в автономных электроэнергетических комплексах, использующих нестабильные источники энергии.The invention relates to the electric power industry and may find application in autonomous electric power complexes using unstable energy sources.

Уровень техникиState of the art

Известен электроэнергетический комплекс, содержащий дизельные генераторы и ветроэнергетичекие установки, работающие на сборные шины [RU 75793].Known electric power complex containing diesel generators and wind power plants operating on busbars [RU 75793].

В качестве прототипа выбран электроэнергетический комплекс, содержащий дизельные генераторы и ветроэнергетические установки, работающие на сборные шины, а также регулируемую балластную нагрузку [Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук. Хошнау Зана Пешанг Халил. Автономные системы электроснабжения на основе энергоэффективных ветродизельных электростанций. Томск. 2012].As a prototype, an electric power complex was selected containing diesel generators and wind turbines operating on busbars, as well as an adjustable ballast load [Abstract of the dissertation for the degree of candidate of technical sciences. Hoshnau Zana Peshang Khalil. Autonomous power supply systems based on energy-efficient wind-diesel power plants. Tomsk 2012].

Общий недостаток, присущий вышеуказанным аналогу и прототипу, - низкое качество вырабатываемой электроэнергии, напряжение и частота которой значительно отклоняются от номинальных значений при возникновении дисбаланса между вырабатываемой и забираемой потребителями мощности. В прототипе этот недостаток проявляется в переходных режимах при кратковременных нарушениях баланса, которые не успевают отслеживать соответствующие регуляторы дизельного генератора и балластной нагрузки.A common drawback inherent in the aforementioned analogue and prototype is the low quality of the generated electricity, the voltage and frequency of which significantly deviate from the nominal values in the event of an imbalance between the power generated and withdrawn by consumers. In the prototype, this disadvantage is manifested in transient conditions with short-term imbalances that do not have time to track the corresponding regulators of the diesel generator and ballast load.

Раскрытие изобретенияDisclosure of invention

В отличие от прототипа в предлагаемом комплексе к сборным шинам дополнительно подключен синхронный компенсатор, снабженный автоматическим регулятором возбуждения, при этом параметры подключенного компенсатора соответствуют условиюUnlike the prototype, in the proposed complex, a synchronous compensator equipped with an automatic excitation regulator is additionally connected to the busbars, while the parameters of the connected compensator correspond to the condition

где J - момент инерции ротора компенсатора, кг·м²,where J is the moment of inertia of the rotor of the compensator, kg · m ² ,

N - число пар полюсов компенсатора,N is the number of pairs of poles of the compensator,

ΔW - максимально допустимый для данного комплекса дисбаланс энергии, Дж,ΔW is the maximum allowable imbalance of energy for this complex, J,

Δf - допустимое отклонение частоты от f_ном. , Гц.Δf - permissible frequency deviation from f_nom., Hz

Это позволяет поддерживать в заданных пределах отклонения напряжения и частоты переменного тока на сборных шинах комплекса как при плавных (статических), так и при кратковременных (динамических) дисбалансах вырабатываемой и потребляемой энергии.This allows you to maintain within specified limits the voltage and frequency deviations of the alternating current on the busbars of the complex both with smooth (static) and short-term (dynamic) imbalances of the generated and consumed energy.

Изобретение имеет развития.The invention has a development.

В соответствии с одним из развитий изобретения на валу компенсатора 6 установлен маховик, с помощью которого обеспечивается требуемый момент инерции ротора компенсатора.In accordance with one development of the invention, a flywheel is mounted on the shaft of the compensator 6, with which the required moment of inertia of the rotor of the compensator is provided.

В соответствии с другим развитием изобретения балластная нагрузка может быть выполнена в виде электробойлера, связанного с потребителями тепла.In accordance with another development of the invention, the ballast load can be made in the form of an electric boiler associated with heat consumers.

Осуществление изобретения с учетом его развитийThe implementation of the invention in view of its developments

На фигуре показан пример структуры предлагаемого электроэнергетического комплекса. Комплекс содержит дизельный генератор 1 и ветроэнергетичекие установки 2, соединенные сборными шинами 3, к которым подключены регулируемая балластная нагрузка 4 и синхронный компенсатор 5, снабженный автоматическим регулятором возбуждения 6.The figure shows an example of the structure of the proposed electric power complex. The complex contains a diesel generator 1 and wind power plants 2 connected by busbars 3, to which are connected an adjustable ballast load 4 and a synchronous compensator 5, equipped with an automatic excitation regulator 6.

На валу компенсатора 5 установлен маховик 7, с помощью которого обеспечивается требуемая величина вращательного момента инерции J ротора компенсатора 5.A flywheel 7 is mounted on the shaft of the compensator 5, with the help of which the required value of the rotational moment of inertia J of the rotor of the compensator 5 is provided.

Балластная нагрузка 4 представляет собой электрический бойлер, в который отводятся излишки электроэнергии, используемые, например, на нагрев воды для отопления отдельных помещений или поселка.Ballast load 4 is an electric boiler, in which surplus electricity is used, for example, for heating water for heating individual rooms or a village.

Работает комплекс следующим образом.The complex works as follows.

Ветроэнергетические установки (ВЭУ) 2 работают постоянно, используя дешевую энергию ветра. При избытке этой энергии баланс вырабатываемой и потребляемой электроэнергии, необходимый для поддержания частоты, обеспечивается за счет ступенчатого регулирования балластной нагрузки, а при недостаточности энергии ВЭУ - включается дизельный генератор 1.Wind power plants (wind turbines) 2 operate continuously using cheap wind energy. With an excess of this energy, the balance of the generated and consumed electricity, necessary to maintain the frequency, is ensured by stepwise regulation of the ballast load, and when the wind turbine is insufficient, the diesel generator 1 is turned on.

Поддержание напряжения и частоты на сборных шинах 3 комплекса должно обеспечиваться в допустимых пределах (при заданных ограничениях на величину дисбаланса мощностей) независимо от скорости ветра и величины потребительской нагрузки.Maintaining voltage and frequency on the busbars of the complex 3 should be provided within acceptable limits (with given restrictions on the magnitude of the power imbalance), regardless of wind speed and consumer load.

Для статического поддержания напряжения на сборных шинах 3 в заданных пределах используется регулировка возбуждения дизельного генератора 1 и синхронного компенсатора 5.To statically maintain the voltage on the busbars 3 within the specified limits, the excitation of the diesel generator 1 and the synchronous compensator 5 are used.

Синхронный компенсатор 5 представляет собой ненагруженный синхронный электродвигатель, снабженный широкодиапазонным автоматическим регулятором 6, изменяющим величину тока возбуждения электродвигателя так, что напряжение на сборных шинах, к которым подключены выводы компенсатора 5, остается неизменным. При этом компенсатор 5 функционирует по основному назначению - в качестве источника реактивной энергии, компенсирующего потери от реактивной составляющей тока нагрузки.Synchronous compensator 5 is an unloaded synchronous motor equipped with a wide-range automatic controller 6, which changes the magnitude of the excitation current of the motor so that the voltage on the busbars to which the terminals of the compensator 5 are connected remains unchanged. In this case, the compensator 5 functions for its main purpose - as a source of reactive energy, compensating for losses from the reactive component of the load current.

Номинальная (установленная) реактивная мощность компенсатора 5, необходимая для выполнения этой функции, как правило, в несколько раз меньше суммы номинальных активных мощностей всех генераторов комплекса.The rated (installed) reactive power of the compensator 5, necessary to perform this function, is usually several times less than the sum of the rated active powers of all the generators of the complex.

Баланс активной мощности и, следовательно, поддержание частоты при медленных изменениях скорости ветра и/или потребительской нагрузки (в статических режимах) обеспечивается регулированием подачи топлива в дизельные двигатели генераторов 1 и балластной нагрузки 4. Однако в силу инерционности такого регулирования, оно не обеспечивает удержания частоты в заданных пределах при переходных процессах на коротких интервалах времени (1÷3 с).The balance of active power and, therefore, maintaining the frequency with slow changes in wind speed and / or consumer load (in static modes) is provided by regulating the fuel supply to the diesel engines of generators 1 and ballast load 4. However, due to the inertia of such regulation, it does not provide frequency confinement within specified limits during transients at short time intervals (1 ÷ 3 s).

Для этой цели, согласно изобретению, используются инерционные свойства синхронного компенсатора 5, параметры которого выбираются согласно условию (1), которое может быть обосновано и пояснено следующим образом.For this purpose, according to the invention, the inertial properties of the synchronous compensator 5 are used, the parameters of which are selected according to condition (1), which can be justified and explained as follows.

Энергия W, запасенная вращающимся ротором компенсатора, связана с его угловой скоростью вращения ω и угловым моментом инерции J известным выражением

. Учитывая, что допустимые отклонения частоты переменного тока, вырабатываемого комплексом, и вызывающий их допустимый дисбаланс энергии не превышают 1-2%, можно получить приближенное соотношение (1) для параметров ротора компенсатора 5, обеспечивающих за счет инерции его вращения удержание кратковременных колебаний частоты в пределах заданных требований к качеству энергии.The energy W stored by the rotary rotor of the compensator is related to its angular velocity of rotation ω and the angular moment of inertia J by the known expression

. Given that the permissible deviations of the frequency of the alternating current generated by the complex and the permissible energy imbalance that causes them do not exceed 1-2%, we can obtain an approximate ratio (1) for the parameters of the rotor of the compensator 5, which, due to the inertia of its rotation, keeps short-term frequency fluctuations within specified requirements for energy quality.

При выполнении условия (1) качество электроэнергии (по отклонению частоты) сохраняется в заданных пределах при допускаемой величине кратковременных дисбалансов активной энергии (связанных с колебаниями скорости ветра и потребляемой нагрузки), возникающих из-за инерционности регулирования мощностей дизельного генератора и балластной нагрузки.When condition (1) is fulfilled, the quality of electric power (by frequency deviation) is kept within specified limits with the allowable value of short-term imbalances of active energy (associated with fluctuations in wind speed and load consumption) arising from the inertia of regulation of diesel generator power and ballast load.

Для выполнения условия (1) компенсатор 5 может быть выбран из номенклатурного ряда выпускаемых синхронных компенсаторов по значениям параметров N и J (информация о J может быть представлена производителем по запросу). При этом номинальная реактивная мощность компенсатора 5, выбранного по условию (1), оказывается численно близкой к суммарной активной мощности всех генераторов комплекса. Другая возможность выполнить условие (1) - установить соответствующий маховик на валу компенсатора 5 меньшей мощности, выбранного для компенсации потерь от реактивной составляющей тока нагрузки.To fulfill condition (1), compensator 5 can be selected from the nomenclature series of synchronous compensators manufactured according to the values of parameters N and J (information about J can be provided by the manufacturer upon request). In this case, the nominal reactive power of the compensator 5, selected by condition (1), turns out to be numerically close to the total active power of all the generators of the complex. Another possibility to fulfill condition (1) is to install the corresponding flywheel on the shaft of the compensator 5 of lower power, selected to compensate for losses from the reactive component of the load current.

Claims (3)

1. Электроэнергетический комплекс, содержащий по меньшей мере один дизельный генератор и по меньшей мере одну ветроэнергетическую установку, соединенные сборными шинами, к которым подключены регулируемая балластная нагрузка и синхронный компенсатор, снабженный автоматическим регулятором возбуждения, при этом параметры синхронного компенсатора соответствуют условию
J/N²≥ΔW/4f_номπ²Δf,
где J - момент инерции ротора компенсатора, кг·м²,
N - число пар полюсов компенсатора,
ΔW - максимально допустимый для данной электростанции дисбаланс энергии, Дж,
Δf - допустимое отклонение частоты от f_ном., Гц.1. An electric power complex comprising at least one diesel generator and at least one wind power installation connected by busbars to which an adjustable ballast load and a synchronous compensator are connected, equipped with an automatic excitation regulator, while the parameters of the synchronous compensator correspond to the condition
J / N ² ≥ΔW / 4f _nom π ² Δf,
where J is the moment of inertia of the rotor of the compensator, kg · m ² ,
N is the number of pairs of poles of the compensator,
ΔW is the maximum allowable imbalance of energy for a given power plant, J,
Δf - permissible frequency deviation from f _nom. Hz 2. Электроэнергетический комплекс по п.1, в котором для получения требуемого момента инерции J на валу ротора компенсатора установлен маховик.2. The electric power complex according to claim 1, wherein a flywheel is installed on the shaft of the compensator rotor to obtain the required moment of inertia J. 3. Электроэнергетический комплекс по п.1, в котором балластная нагрузка выполнена в виде электробойлера, связанного с потребителями тепла. 3. The electric power complex according to claim 1, in which the ballast load is made in the form of an electric boiler associated with heat consumers.

Images