УПРАВЛЕНИЕ МОЩНОСТЬЮ В СЕТИ РАСПРЕДЕЛЕНИЯ ЭНЕРГИИ
POWER CONTROL IN THE NETWORK OF ENERGY DISTRIBUTION

Настоящее изобретение относится к устройству для управления мощностью в сети распределения энергии, способу управления мощностью в сети распределения энергии, а также к устройству для осуществления способа для управления мощностью в сети распределения энергии.
Блоки двигателя внутреннего сгорания/генератора объединяют двигатели внутреннего сгорания (также блок двигателя внутреннего сгорания), которые преобразуют химическую энергию топлива, например, жидкого или газообразного топлива, путем сжигания в механическую энергию, с генераторами (также блок генератора), которые преобразуют эту механическую энергию далее в электрическую энергию.
Такие объединенные блоки из двигателей внутреннего сгорания и генераторов производят, таким образом, электрическую энергию (далее также обозначаются как источники-производители), чтобы ввести ее в (электрическую) сеть распределения энергии или предоставить ее в распоряжение сети распределения энергии.
Работающий на газе двигатель внутреннего сгорания представляет подгруппу двигателей внутреннего сгорания, которые в качестве топлива - вместо жидких топлив, таких как бензин, дизельное топливо, мазут и т.д., как в случае работающих на жидких топливах двигателей внутреннего сгорания, - применяют природный газ, сжиженный газ, древесный газ, биогаз, газ от сжигания мусора, рудничный газ, доменный газ или водород.
Ввиду особых свойств блока двигателя внутреннего сгорания/генератора или двигателя внутреннего сгорания и/или генератора, приводимого в действие в блоке двигателя внутреннего сгорания/генератора для ввода (электрической) энергии в сеть распределения энергии, таких как, например, инерционность по мощности топлива двигателя внутреннего сгорания и/или инерции масс вращающихся компонентов блока двигателей внутреннего сгорания/генераторрв (динамические эффекты), может произойти, что блок двигателя внутреннего сгорания/генератора при (фактических) числах оборотов, отклоняющихся от заданных чисел оборотов двигателя внутреннего сгорания, генерирует пики энергии, которые приводят к нарушениям в сети распределения энергии.
Кроме того, например, ввиду снижения или повышения сетевого напряжения в сети распределения энергии (например, короткое замыкание в сети) могут возникать сетевые нарушения, что, в свою очередь, вызывает нагрузку или разгрузку блока двигателя внутреннего сгорания/генератора.
Компенсация фазового положения и частоты для компенсации колебаний/изменений мощности в сети распределения энергии обычно обеспечивается за счет технически “инерционного по мощности” регулирования генератора блока двигателя внутреннего сгорания/генератора.
В будущем здесь временное (фактическое) отклонение от заданного состояния сети распределения энергии из-за сетевого оператора более не будет приниматься.
Предписанная законом способность к выработке фазового сдвига между током и напряжением (реактивная мощность) в сети распределения энергии, чтобы тем самым поддерживать сетевой ток, может осуществляться и, как правило, осуществляется за счет проектирования с запасом генератора блока двигателя внутреннего сгорания/генератора и/или трансформаторных элементов, т.е. компонентов цепи передачи энергии от блока двигателя внутреннего сгорания/генератора к сети распределения энергии. В общем случае это связано с повышенными материальными и/или финансовыми затратами. Также объем компонентов может быть увеличен.
Чтобы предотвратить упомянутые, в частности, обусловленные отклоняющимися (фактическими) числами оборотов двигателя внутреннего сгорания блока двигателя внутреннего сгорания/генератора, сетевые нарушения, желательны или необходимы соответствующие меры, в частности, в форме непрерывной коррекции и динамической поддержки сети распределения энергии по отношению к этим и/или также другим сетевым нарушениям.
Кроме того, известны статические блоки питания/рекуперации, то есть электрические схемы для отбора мощности, а также рекуперации (подачи мощности обратно) в сеть распределения энергии или сеть трехфазного тока. В DE 19933069 A1 описан такой статический блок питания/рекуперации с промежуточным контуром постоянного напряжения, который через непрямой инвертор подключен к сети распределения энергии.
Из http://de.wikipedia.org/wiki/Umrichter (доступно на 04.02.2013) известны (электрические) инверторы.
Инвертор, также известный как преобразователь переменного тока или как AC/АС-конвертер, является преобразователем тока, то есть стационарной или статической "установкой" для преобразования электрического тока одного типа в другой с помощью электронных компонентов, таких как транзисторы, особенно IGBT, MOSFET, диоды или тиристоры, который из переменного напряжения генерирует отличающееся по частоте и амплитуде переменное напряжение.
При этом известны различные топологии инверторов, например, прямые или непрямые инверторы.
Непрямые инверторы работают с промежуточным контуром, приводимым в действие постоянным напряжением или постоянным током и представляют собой комбинацию выпрямителя (преобразование переменного напряжения в постоянное напряжение) и инвертора (преобразование постоянного напряжения в переменное напряжение или постоянного тока в переменный ток).
Если инвертор или выпрямитель или преобразователь постоянного тока в переменный способен передавать энергию в обоих направлениях, то есть в промежуточный контур и из промежуточного контура, то говорят об инверторе, способном к двух- или четырехквадрантному режиму или об инверторе, приводимом в действие или работающем в двух- или четырехквадрантном режиме.
Непрямые инверторы с постоянным напряжением в промежуточном контуре (инверторы источника напряжения - VSI) состоят из трехфазного выпрямителя, контура постоянного напряжения, в котором напряжение на конденсаторе С в качестве накопителя энергии в промежуточном контуре является приблизительно постоянным, и выходного преобразователя постоянного тока в переменный.
Непрямые инверторы с постоянным током в промежуточном контуре (инверторы источника тока - CSI) состоят из трехфазного выпрямителя с импульсно-фазовым управлением, промежуточного контура с накопительным дросселем L в качестве энергоаккумулятора, через который при постоянной нагрузке протекает постоянный ток, и выходного преобразователя постоянного тока в переменный.
Из http://de.wikipedia.org/wiki/Energiespeicher (доступно на 04.02.2013) известна классификация энергоаккумуляторов с соответствующими примерами и свойствами таких энергоаккумуляторов.
Согласно этому, энергоаккумуляторы могут разделяться на термические энергоаккумуляторы (аккумуляторы тепла, аккумуляторы сети теплоснабжения, термохимические аккумуляторы тепла, аккумуляторы скрытой теплоты), на химические энергоаккумуляторы (неорганические: гальванический элемент (аккумулятор, батарея), окислительно-восстановительный потоковый элемент, водород, батарейно-аккумуляторная электростанция; органические: ADP, АТР, АМР, гликоген, углеводороды, жиры, химические водородные аккумуляторы), на механические энергоаккумуляторы (кинетическая энергия (энергия движения): маховик или гироскопический энергоаккумулятор; потенциальная энергия (энергия положения): пружина, насосно- (гидро-) аккумулирующая электростанция, пневмоаккумуляторная электростанция, подъемно-аккумулирующая электростанция) и на электрические энергоаккумуляторы (конденсаторы, сверхпроводящие магнитные энергоаккумуляторы).
В основе изобретения лежит задача обеспечения возможности непрерывной коррекции и динамической поддержки сети распределения энергии или в сети распределения энергии.
Эта задача решается с помощью устройства для управления мощностью в сети распределения энергии, способа управления мощностью в сети распределения электроэнергии, а также устройства для осуществления способа управления мощностью в сети распределения энергии с признаками согласно соответствующему независимому пункту формулы изобретения.
Предпочтительные варианты осуществления изобретения будут очевидны из зависимых пунктов формулы изобретения. Варианты осуществления относятся как к соответствующим изобретению устройствам, так и к соответствующему изобретению способу.
Изобретение и описанные варианты осуществления могут быть реализованы – в том числе частично - как в программном обеспечении, так и аппаратными средствами, например, с применением специализированной электрической схемы. В частности, устройство для осуществления способа для управления мощностью в сети распределения энергии может быть выполнено как программное обеспечение или компьютерная программа или компьютерный программный продукт/изделие, например, как управляющее программное обеспечение.
Соответствующее изобретению устройство управления мощностью в сети распределения энергии предусматривает статический блок подвода/рекуперации (далее обозначается как блок обратного подвода) и блок управления.
При этом под таким блоком обратного подвода следует понимать электрический блок или устройство/схему, которые способны отбирать (электрическую) энергию из (электрической) сети распределения энергии, такой как локальная сеть низкого напряжения, а также (электрическую) энергию вводить (обратно) в сеть распределения энергии (активную энергию) и/или генерировать в сети распределения энергии реактивную мощность (для поддержки сетевого тока), то есть вызывать сетевой сдвиг электрических параметров, в частности, тока и напряжения относительно друг друга (управление мощностью/энергией, обратный подвод энергии).
В частности, блок обратного подвода может быть связан с сетью распределения энергии, например, локальной сетью низкого напряжения. Другие блоки, в частности, блоки производителей энергии (коротко также производители энергии) также могут быть связаны с сетью распределения энергии.
То место, в котором блок обратного подвода соединен с сетью распределения энергии и в котором, таким образом, может осуществляться обратный ввод энергии в/из сети распределения энергии (отдача/съем опорной мощности, генерация реактивной мощности в сети распределения энергии), далее будет обозначаться как точка передачи/точка ввода энергии.
Блок обратного подвода может, например, содержать работающий в двухквадрантнвом или четырехквадрантном режиме инвертор (далее - в специальном выполнении - также обозначаемый как так называемый инвертор локальной сети (LGI)), в частности, управляемый сетью преобразователь постоянного тока в переменный или выпрямитель в двухквадрантном режиме, а также соединенный с преобразователем. постоянного тока в переменный или с выпрямителем промежуточный контур постоянного тока (далее также называемый контуром постоянного тока), причем преобразователь постоянного тока в переменный или выпрямитель запитывает промежуточный контур постоянного тока энергией или отбирает энергию из промежуточного контура постоянного тока.
К промежуточному контуру постоянного тока может или могут подключаться один или более DC-AC или DC-DC-преобразователей с целью преобразования энергии в термическую или химическую или механическую форму энергии.
С преобразователем или преобразователями может затем соединяться (термический или химический или механический) энергоаккумулятор, соответствующий (термической или химической или механической) форме энергии, или могут затем подключаться соответствующие энергоаккумуляторы (энергомодули), соответствующие (термической или химической или механической) форме энергии, такие как, например, гироскопический энергоаккумулятор (механически вращающийся) или батарея или топливный элемент (неорганический химический).
Подобные термические, химические и механические энергоаккумуляторы характеризуются эффектами старения, а также их заряд или разряд осуществляется во временном интервале порядка более нескольких миллисекунд.
Промежуточный контур постоянного тока может также быть соединен с одним или несколькими электрическими (также называемыми здесь физическими) энергоаккумуляторами, такими как конденсатор и/или суперконденсатор.
Подобные электрические или физические энергоаккумуляторы обеспечивают возможность, в отличие/в противоположность термическим, химическим и механическим энергоаккумуляторам, высоко динамического, кратковременного, то есть в интервале одной или нескольких миллисекунд, и выдерживающего старение заряда и разряда.
Энергоаккумуляторы, подключенные к контуру постоянного тока, обладают физическим свойством создания сетевого сдвига электрических параметров, в частности, тока и напряжения, по отношению друг к другу, за счет чего может создаваться реактивная мощность для поддержания сетевого тока в сети распределения энергии.
Также подключенные к контуру постоянного тока энергоаккумуляторы обладают физическим свойством отбора энергии из сети распределения энергии или ввода в нее энергии. За счет этого активная энергия может вводиться в сеть распределения энергии или отбираться из нее (опорная мощность).
Соответственно физическим или химическим свойствам энергоаккумуляторов и электрическим характеристикам их преобразователей, перенос энергии связан с временами реакции. Поэтому энергоаккумуляторы могут выбираться в соответствии с требуемым временем реакции, или энергоаккумуляторы могут размещаться и координироваться в комбинации для покрытия диапазонов времени реакции.
То есть, энергоаккумуляторы могут, в частности, рассчитываться/комбинироваться/координироваться таким образом, что высокодинамичные значения коррекции получают из физического энергоаккумулятора, менее динамичные - из термического и/или химического и/или механического энергоаккумулятора. Предел отбора из физического и из термического/химического/ механического энергоаккумулятора может быть определен в соответствии с экономическими краевыми условиями.
В частности, расчет/комбинирование/координация энергоаккумуляторов может предусматриваться таким образом, чтобы избегать более частых циклических процессов заряда и разряда для химических энергоаккумуляторов.
Предпочтительным образом, подключенные к контуру постоянного тока энергоаккумуляторы рассчитываются таким образом, чтобы (посредством их аккумулирования/отдачи/получения энергии) специфицированные симметричные циклические колебания энергии в сети распределения электроэнергии и/или апериодическое превышение энергии или недостаток энергии в сети распределения энергии сети (за счет их разряда или их заряда) компенсировались или могли быть скомпенсированы (сетевое нарушение).
Кроме того, содержание энергии энергоаккумуляторов может рассчитываться таким образом, чтобы (заданная) мощность, специфицированная одним или более блоков генерации энергии, таких как блок двигателя внутреннего сгорания/генератора, в течение интервала времени специфицированной недостаточной или избыточной мощности (посредством разряда или заряда энергоаккумуляторов) могла подаваться в или отводиться из сети распределения энергии.
Загрузка энергии физического энергоаккумулятора в контуре постоянного тока может обеспечиваться посредством задания заданного значения/напряжения промежуточного контура.
Загрузка энергии термического(их) и/или химического(их) и/или механического(их) энергоаккумулятора(ов) может осуществляться посредством, в частности, предыдущего безотказного функционирования блока генерации энергии, такого как работающий на газе блок двигателя внутреннего сгорания/генератор или работающий на отходящем тепле блок преобразования (микротурбина на выхлопных газах).
Любые другие источники-производители, такие как основанные на возобновляемых источниках энергии (например, ветре, воде, свете (фотоэлектрические) и т.д.) можно использовать для зарядки термического(их) и/или химического(их) и/или механического(их) энергоаккумулятора(ов).
Также возможен заряд термического(их) и/или химического(их) и/или механического(их) энергоаккумулятора(ов) посредством сети распределения энергии (через устройство обратного подвода или через управляемый сетью инвертор).
Целесообразно соответствующим образом контролировать и/или
управлять/регулировать состояние заряда термического (их) и/или химического(их) и/или механического(их) энергоаккумулятора(ов). В частности, состояние заряда может поддерживаться при 80-90%.
После завершения зарядки энергоаккумулятора, предоставленная от такого источника-производителя энергия может через блок обратного подвода или через управляемый сетью инвертор и точку передачи энергии или точку подвода подаваться в сеть распределения энергии или также непосредственно в сеть распределения энергии для повышения общего кпд системы.
Блок управления согласно изобретению, в частности, (функциональный) блок измерения, регулирования и/или управления (далее - в специальном выполнении - также называемый локальным контроллером сети (LGC)) выполнен так, чтобы текущее сетевое состояние сети распределения энергии, в частности, его электрические параметры, такие как напряжение, ток, фазовое положение и/или частота, в особенности в реальном времени, регистрировать и, в зависимости от зарегистрированного сетевого состояния, инициировать отдачу энергии или съем энергии (отдачу/получение энергии, обратный подвод энергии) блока обратного подвода, особенно в/из сети распределения энергии сети.
При этом может быть предусмотрено, что зарегистрированное сетевое состояние сравнивается с заданным (заданным сетевым) состоянием, например, в форме заданного или определяемого техникой безопасности предельного значения и в зависимости от сравнения инициируется отдача энергии или также получение энергии (отдача/получение энергии, обратный подвод энергии), в частности, в/из сети распределения электроэнергии, блока обратного подвода.
Выражая упрощенно и наглядно, соответствующий изобретению блок управления "координирует/управляет" блоком обратного подвода, особенно его управление энергией/мощностью (в том числе обратным подводом энергии, отдачей/получением энергии), особенно в зависимости от состояния сети распределения энергии, чтобы имеющиеся там нарушения компенсировать, в особенности, динамически, в реальном времени и/или без конфликтов.
При этой "координации/управлении" может также блок обратного подвода или его компоненты, например, его энергоаккумулятор и/или детали схемы/трансформатора и/или другие детали/схемы/компоненты/элементы других участвующих блоков, таких как другие элементы трансформатора и/или блока(ов) генерации энергии (также далее называемых источниками-производителями), например, блока(ов) двигателя внутреннего сгорания/генератора (все вместе в общей системе далее также обозначаются как блоки генератора-трансформатора-энергоаккумулятора) - посредством их "координации/управления" через блок управления - защищаться от повреждений из-за превышения предельного значения.
Эта "координация/управление" может, в частности, также состоять в том, что процессы заряда/разряда или состояния заряда энергоаккумуляторов в блоке обратного подвода управляются и/или регулируются и/или что регулирования двигателя внутреннего сгорания и генератора блока двигателя внутреннего сгорания/генератора согласуются друг с другом.
В частности, является целесообразным, что блок управления имеет модель участвующих блоков генератора-трансформатора-энергоаккумулятора, причем на основе этой модели соответствующие реакции участвующих блоков генератора-трансформатора-энергоаккумулятора (в рамках "координации/управления") координируются, чтобы иметь возможность надлежащим образом (с опережением) управлять без конфликтов и динамически системой в целом со всеми участниками.
Здесь, в частности, может быть предусмотрено, что блоки регулирования участвующих блоков генератора-трансформатора-энергоаккумулятора, как блоки регулирования блоков генерации энергии (как управление двигателем внутреннего сгорания или регулирование генератора в случае блока двигателя внутреннего сгорания/генератора) и блок управления, в частности, с центрального пульта, в зависимости от требований сети распределения энергии, согласуются друг с другом посредством регулирования.
Это может рациональным образом осуществляться посредством
архива отображений процесса, который включает в себя режимы функционирования.
Согласованные "координацию/управление" следует предусматривать особенно в случае блоков двигателя внутреннего сгорания/генератора в общей системе из-за особых характеристик двигателя внутреннего сгорания, в частности, работающего на газе двигателя внутреннего сгорания (инерционность мощности) такого блока двигателя внутреннего сгорания/генератора, так как последний путем воздействия на зажигание или момент времени зажигания или подготовку смеси (управление двигателем) должен управляться динамически в специальной форме, чтобы иметь возможность динамически перехватывать отклонение от текущей рабочей точки или пики энергии в форме превышения числа оборотов.
Для динамического управления отдачей мощности двигателя внутреннего сгорания пригодно частичное отключение цепей зажигания и воздействие на момент времени зажигания.
Так в случае электрического сброса нагрузки числа оборотов работающего на газе двигателя внутреннего сгорания имеют тенденцию к перерегулированиям, так как подача энергии не может быть своевременно остановлена. Блок обратного подвода, подключенный в точке передачи энергии к сети распределения энергии, может тогда заряжать этими пиками энергии энергоаккумулятор, подключенный к промежуточному контуру постоянного тока.
Зарядка энергоаккумулятора выше специфицированного предельного значения напряжения/состояния заряда может преобразовываться в термическую энергию за счет использования высоко динамичного, подключенного к промежуточному контуру постоянного тока модулятора-прерывателя (защита от перезаряда).
В соответствующем изобретению способе управления мощностью в сети распределения энергии регистрируется, по существу в режиме реального времени, текущее сетевое состояние сети распределения энергии, частности, имеющиеся там электрические параметры, как, например, напряжение, ток, фазовое положение и/или частота. Затем, в зависимости от зарегистрированного
сетевого состояния, инициируется отдача энергии или также получение энергии (отдача/получение энергии, обратный подвод энергии) блока обратного подвода, в частности, в/из сети распределения энергии.
При этом может быть предусмотрено, что зарегистрированное сетевое состояние сравнивается с заданным (сетевым заданным) состоянием, например, в форме заданного или определяемого техникой безопасности предельного значения, и в зависимости от сравнения инициируется отдача/получение энергии (обратный подвод энергии) блока обратного подвода, в частности, в сеть распределения энергии.
Соответствующее изобретению устройство для осуществления способа управления мощностью в сети распределения энергии предусматривает блок управления.
Таким образом, изобретение обеспечивает возможность соответственно регулировать электрические параметры в форме напряжения, тока, частоты и фазового положения сети распределения энергии и поддерживать в течение периода времени.
Тем самым за счет изобретения становится возможным, в частности, предотвращать сетевые неисправности в сети распределения энергии, вызванные, в частности, отклоняющимися (фактическими) числами оборотов двигателей внутреннего сгорания, в особенности динамически, в реальном времени и без конфликтов компенсировать, а также изобретение обеспечивает за счет этого возможность непрерывной коррекции и динамической поддержки сети распределения энергии.
В соответствии с другим предпочтительным вариантом осуществления предусмотрено, что блок обратного подвода содержит управляемый сетью преобразователь постоянного тока в переменный на основе быстро коммутируемых силовых полупроводниковых приборов для управления мощностью контура постоянного тока. В связи с системой, последний в состоянии подавать на подключенный прямо или косвенно к контуру постоянного тока физический энергоаккумулятор, например конденсатор, электрическую энергию, либо энергию из энергоаккумулятора прямо или через управляемый сетью преобразователь постоянного тока в переменный вновь
подавать обратно в сеть распределения энергии.
В соответствии с другим предпочтительным вариантом осуществления предусмотрено, что отклоняющийся от заданного значения электрический параметр в точке передачи энергии посредством блока обратного подвода и блока управления регулируется таким образом, что обусловленный регулированием недостаток ("инерционность мощности") источника(ов)-производителя(ей), например, работающего на газе блока двигателя внутреннего сгорания/генератора, компенсируется (динамические эффекты), и обусловленный(е) регулированием путь(и) передачи от источника(ов)-производителя(ей) к точке передачи компенсируется(ются) (статические эффекты), и/или источник(и)-производитель(и) разгружаются от токов, не вносящих вклад в активную мощность и, тем самым, не должен(ны) проектироваться с запасом.
Если электрическая компенсация осуществляется в трансформаторном блоке, например, в трансформаторе, в точке передачи энергии, это сказывается положительно в проектировании (выборе параметров) трансформаторного блока.
В соответствии с другим предпочтительным вариантом осуществления предусмотрено, что соответствующие изобретению "координация/управление" осуществляются таким образом, или блок управления выполняется таким образом, что статический блок обратного подвода управляется таким образом, что в статически установившемся состоянии питания источника(ов)-производителя(ей) не осуществляется никакого влияния на форму электрических параметров. То есть, когда напряжение, ток, фазовое положение и частота в сети распределения энергии соответствуют статически заданным значениям, блок обратного подвода может деактивироваться или переключаться в режим ожидания.
Также соответствующие изобретению "координация/управление" могут осуществляться таким образом, что посредством блока обратного подвода на точку передачи/ввода энергии осуществляется такое динамическое воздействие (по реактивной мощности, активной мощности), что блок регулирования генератора блока двигателя внутреннего сгорания/генератора не распознает никакого
отклонения от рабочих условий, и блок регулирования не вызывает никаких регулирующих действий или никакого распознавания ошибок и их отработки в блоке двигателя внутреннего сгорания/генератора. Тем самым за счет этого могут снижаться нагрузки блока двигателя внутреннего сгорания/генератора.
"Энергия коррекции/компенсации" из блока обратного подвода может подаваться непосредственно в точку ввода.
Альтернативно, ввод может быть реализован в свободную от потенциала вспомогательную обмотку с более высоким напряжением. Эта обмотка должна рассчитываться в соответствии с требуемой продолжительно реактивной мощностью. При этом для ввода опорной мощности в течение короткого промежутка времени, например, в течение нескольких 100 мс, может использоваться способность выдерживать перегрузку этой обмотки, проводов и блоков ввода.
В соответствии с другим предпочтительным вариантом осуществления предусмотрено, что сеть распределения энергии, имеющая связанный блок обратного подвода, например, локальная сеть низкого напряжения, связана с другой сетью распределения энергии, например, сетью среднего напряжения. Для этого может быть предусмотрен переключатель среднего напряжения, который также управляется блоком управления. Это делает возможным, что -в зависимости от состояния сети и требований к вводу энергии -приведение в действие пониженного напряжения задерживается по мере необходимости.
Приведенное выше описание предпочтительных вариантов осуществления изобретения включает в себя многочисленные признаки, которые воспроизводятся в отдельных зависимых пунктах частично как совместно объединенные. Однако эти признаки специалист будет также рациональным образом рассматривать в отдельности и объединять в другие имеющие смысл комбинации.
Изобретение, а также его выполнение и преимущества описаны далее на основе варианта осуществления со ссылкой на чертеж. Изображенные на чертеже линии (сплошные, а также пунктирные) между элементами обозначают функциональные, логические и/или физические соединения, такие как электрические сигнальные линии или линии передачи данных между элементами, по которым могут
передаваться сигналы, данные и осуществляться обмен сигналами, данными и т.п.
На чертеже показано схематичное представление устройства сетевой компенсации для электрической сети распределения энергии со статическим блоком ввода/обратного подвода, блоком двигателя внутреннего сгорания/генератора и блоком управления (LGC) в соответствии с вариантом осуществления настоящего изобретения.
Устройство сетевой компенсации для электрической сети распределения энергии для непрерывной коррекции сетевых нарушений и динамической поддержки сети распределения энергии
На чертеже показано устройство 1 сетевой компенсации для локальной сети 2 низкого напряжения, питаемой посредством различных производителей 5, 6, 7 энергии электрической энергией (активной/опорной мощностью 34) для непрерывной коррекции сетевых нарушений и динамической поддержки сети 2 низкого напряжения.
На чертеже показан один из этих производителей энергии, работающий на газе блок 5 двигателя внутреннего сгорания/генератора; два других производителя 6, 7 энергии обозначены схематично и могут являться другими типами блоков двигателя внутреннего сгорания/генератора, такими как работающие на дизельном топливе блоки двигателя внутреннего сгорания/генератора, или другими видами источников энергии.
Работающий на газе блок 5 двигателя внутреннего сгорания/генератора комбинирует работающий на газе двигатель 17 внутреннего сгорания с генератором 18. Как работающий на газе двигатель 17 внутреннего сгорания, так и генератор 18 управляются с помощью соответствующего блока управления, здесь регулирование/управление 19 двигателем или регулирование/ управление 20 генератором. Например, посредством этих блоков регулирования могут регулироваться зажигание, момент времени зажигания и подготовка топливной смеси работающего на газе блока 5 двигателя внутреннего сгорания/генератора или работающего на газе двигателя 17 внутреннего сгорания так, чтобы воздействовать на рабочее состояние и состояние мощности работающего на газе блока 5 двигателя внутреннего сгорания/генератора.
Каждый производитель 5, 6, 7 энергии, как показано на чертеже, с помощью управляемого переключателя 8, подключен к сети 2 низкого напряжения.
На основе специальных характеристик блока двигателя внутреннего сгорания/генератора, таких как инерционность мощности топлива двигателя внутреннего сгорания и/или инерции масс вращающихся компонентов блока двигателя внутреннего сгорания/генератора (динамические эффекты), может произойти то, что блок двигателя внутреннего сгорания/генератора генерирует пики мощности двигателя внутреннего сгорания на (фактических) числах оборотов, отличающихся от заданных чисел оборотов, которые приводят к нарушениям в сети распределения энергии, в данном случае сети 2 низкого напряжения.
Кроме того, например, ввиду снижения или повышения сетевого напряжения в сети распределения энергии или сети 2 низкого напряжения (например, короткого замыкания в сети), могут возникнуть сетевые нарушения, что в свою очередь вызывает перегрузку или разгрузку блока двигателя внутреннего сгорания/генератора.
С помощью указанного устройства 1 сетевой компенсации такие (обусловленные сетью и/или производителями энергии) сетевые нарушения непрерывно корректируются, и сеть 2 низкого напряжения динамически поддерживается.
Устройство 1 сетевой компенсации, как показано на чертеже, содержит статический блок 3 подвода/рекуперации (далее обозначен как блок обратного подвода) и блок измерения, регулирования и управления, так называемый "контроллер локальной сети" (LGC) 4.
Блок 3 обратного подвода и LGC 4 связаны между собой таким образом, что блок 3 обратного подвода - в контексте интеллектуального управления мощностью/энергией (для сети 2 низкого напряжения) - может управляться посредством LGC 4.
Для этого LGC 4, как показано на чертеже, через соединительный провод 21 соединен с сетью 2 низкого напряжения, в результате чего LGC 4, оборудованный соответствующей измерительной электроникой 22, регистрирует текущее сетевое состояние сети 2 низкого напряжения, здесь электрические
параметры: напряжение U, ток I и частоту F.
Посредством сравнения зарегистрированного сетевого состояния с одним (или более) из предопределенных заданных состояний - или также других состояний, предельных значений и т.д. - LGC 4 способен распознать любой тип сетевого нарушения в сети 2 низкого напряжения.
LGC 4, кроме того, выполнен таким образом, что он в зависимости от зарегистрированного сетевого состояния или сравнения фактического значения с заданным значением и, возможно, распознанного сетевого нарушения управляет блоком 3 обратного подвода и управлением мощностью/энергией, как объяснено более подробно ниже.
Короче говоря, LGC 4 "координирует/управляет" - в качестве центрального блока управления/контроля - поясняемой здесь полной системой со всеми ее блоками (блоками генератора-трансформатора-аккумулятора), в частности, блоком 3 обратного подвода и его управлением энергией/мощностью в зависимости от состояния сети 2 низкого напряжения, чтобы имеющиеся там нарушения динамически, в реальном времени и/или без конфликтов компенсировать, а также чтобы защищать детали полной системы или блоков генератора-трансформатора-аккумулятора от повреждения из-за превышения предельных значений.
Блок 3 обратного подвода, как показано на чертеже, посредством управляемого переключателя 8 в точке передачи энергии/точке 9 ввода связан с сетью низкого напрряжения.
Блок 3 обратного подвода содержит, как показано на чертеже, функционирующий в двухквадрантном режиме управляемый сетью преобразователь 10 постоянного тока в переменный на основе быстро переключаемого силового полупроводникового прибора, так называемый "инвертор локальной сети" (LGI), а также соединенный с LGI промежуточный контур 11 постоянного тока (упоминаемый далее также как контур постоянного тока).
LGI 10, согласно определению, выполнен с возможностью запитывать промежуточный контур 11 постоянного тока энергией, а также отбирать энергию из промежуточного контура 11 постоянного тока. Точно так же, LGI, согласно определению, выполнен с
возможностью, через точку 9 ввода энергии, отбирать энергию из сети 2 низкого напряжения, а также вводить энергию (обратно) в сеть 2 низкого напряжения (активную энергию, опорную мощность 34) и реактивную мощность 33 (для поддержания сетевого тока) в сети 2 низкого напряжения, то есть осуществлять сетевой сдвиг электрических параметров, в особенности тока и напряжения, по отношению друг к другу.
Как показано на чертеже, с целью преобразования энергии в химическую или механическую форму энергии и соответствующего аккумулирования этой энергии, через DC-DC-преобразователи 12, 13, модули 14, 15 энергоаккумуляторов, в этом случае литиевая батарея 14, а также гироскопический энергоаккумулятор 15 соединены с контуром 11 постоянного тока.
Другие химические, механические и/или термические энергоаккумуляторы могут быть предусмотрены в соответствующей компоновке и подключении.
Подобные термические, химические и механические энергоаккумуляторы, как показанная литиевая батарея 14 или гироскопический энергоаккумулятор 15, характеризуются эффектами старения, а также их заряд и разряд осуществляются во временном диапазоне более нескольких миллисекунд.
Как дополнительно показано на чертеже, контур 11 постоянного тока соединен с электрическим (здесь также называемым физическим) энергоаккумулятором 16, в данном случае конденсатором.
Подобные электрические или физические энергоаккумуляторы, такие как конденсатор 16, позволяют - в противоположность/ отличие от термических, химических и механических энергоаккумуляторов - осуществлять заряд и разряд высокодинамично, за короткое время, то есть в диапазоне одной или нескольких миллисекунд и устойчивым к старению образом.
С помощью этих подключенных к промежуточному контуру постоянного тока энергоаккумуляторов 14, 15 и 16 при соответствующем использовании LGI - в сети 2 низкого напряжения может генерироваться реактивная мощность 33 (позволяет поддерживать сетевой ток), или активная энергии может вводиться
в сеть 2 низкого напряжения или отбираться из нее.
Таким образом, с помощью блоков 2 обратного подвода и их энергоаккумуляторов 14, 15, 16 можно компенсировать, в частности, специфицированные симметричные, циклические колебания энергии в сети 2 низкого напряжения, а также выравнивать апериодический выброс энергии или недостаток энергии в сети 2 низкого напряжения, например, обусловленные работающим на газе блоком 5 двигателя внутреннего сгорания/генератора, и, таким образом, компенсировать сетевые нарушения.
В зависимости от физических или химических характеристик выбранных энергоаккумуляторов 14, 15 и электрических характеристик преобразователей 12, 13 перенос энергии связан с временами отклика. Поэтому выбираемые энергоаккумуляторы 14, 15 выбираются в соответствии с требуемым временем реакции, располагаются и соответственно координируются посредством интеллектуального управления мощностью (посредством LGC), чтобы в комбинации перекрывать требуемый диапазон времени реакции при сетевых нарушениях.
Так высоко динамичные величины коррекции отбираются из физического энергоаккумулятора 16; менее динамичные величины коррекции - из химического энергоаккумулятора 14 и механического энергоаккумулятора 15. Пределы отбора из физического энергоаккумулятора 16 или химического/механического энергоаккумуляторов 14, 15 определяются экономическими краевыми условиями.
Зарядка энергией физического энергоаккумулятора 16 в промежуточном контуре 11 постоянного тока инициируется посредством заданного значения/напряжения промежуточного контура.
Состояние заряда химического и механического энергоаккумуляторов 14, 15 соответственно контролируется с помощью LGC 4 и регулируется таким образом, что их состояние заряда поддерживается примерно на 80-90%.
Зарядка энергией химического и механического энергоаккумулятора 14, 15 может - управляемым образом посредством LGC 4 - осуществляться посредством предыдущего
безотказного функционирования работающего на газе блока двигателя внутреннего сгорания/генератора или другого источника энергии (не показан), такого как работающий на отходящем тепле блок преобразования (микротурбина на выхлопных газах) или на основе возобновляемых энергий или посредством самой сети 2 низкого напряжения (и LGI 10) (предпочтительно до состояния заряда 80-90%).
Заряд энергоаккумулятора 1.6 выше специфицированного предельного значения напряжения преобразуется с использованием высокодинамичного, подключенного к промежуточному контуру 11 постоянного тока модулятора-прерывателя 25, с помощью омического сопротивления 26 в термическую энергию (защита от перезаряда).
После завершения заряда физического энергоаккумулятора 16 или химического/механического энергоаккумулятора 14, 15 полученная от такого источника-производителя энергия подается либо через блок 3 обратного подвода, либо через LGI 10, либо также непосредственно в сеть 2 низкого напряжения. Соответствующее управление предусматривается в LGC 4.
Для регулирования и управления участвующими блоками генератора-трансформатора-аккумулятора в рамках управления мощностью/энергией, LGC 4, как показано на чертеже, оснащен моделью 23 блоков генератора-трансформатора-аккумулятора, а также с архивом 24 отображений процессов, который содержит режимы функционирования участвующих блоков генератора-трансформатора-аккумулятора.
На основе модели 23 и/или архива 24 отображений процессов определяются и координируются реакции участвующих блоков генератора-трансформатора-аккумулятора (в рамках "координации/ управления"), чтобы таким образом полной системой со всеми участвующими элементами плавно и динамично соответствующим образом (предварительно) управлять и, таким образом, сетевые нарушения, например, из-за обусловленных регулированием недостатков в работающем на газе блоке 5 двигателя внутреннего сгорания/генератора или статических эффектов в регулируемых путях передачи компенсировать динамично и без конфликтов. Обычно предусматриваемое или требуемое «энергетическое» проектирование
с запасом работающего на газе блока 5 двигателя внутреннего сгорания/генератора отпадает; работающий на газе блок двигателя внутреннего сгорания/генератора за счет этого управления LGC в рамках управления мощностью/энергией разгружается от токов, не вносящих вклад в активную мощность.
Таким образом, например, с помощью LGC 4, блоки регулирования 19, 20 работающего на газе двигателя 17 внутреннего сгорания и генератора 18 согласуются друг с другом в зависимости от требований сети 2 низкого напряжения сети, чтобы таким образом (например) отклонения работающего на газе двигателя 17 внутреннего сгорания от текущей рабочей точки или пики энергии в форме превышенных чисел оборотов в работающем на газе двигателе 17 внутреннего сгорания через соответствующее воздействие на зажигание, момент времени зажигания и подготовку топливной смеси (управление двигателем) улавливались динамичным образом.
Для динамического управления отдачей мощности работающего на газе двигателя 17 внутреннего сгорания подходит частичное отключение цепей зажигания и воздействие на момент времени зажигания. Это также координируется от LGC 4 посоредством соответствующего управления и координирования блоков 19, 20 регулирования работающего на газе двигателя 17 внутреннего сгорания и генератора 18.
В случае электрического сброса нагрузки, числа оборотов работающего на газе двигателя 17 внутреннего сгорания имеют тенденцию к перерегулированиям, - что приводит к пикам энергии в сети 2 низкого напряжения, - так как, ввиду специальных свойств работающего на газе двигателя внутреннего сгорания, его подача энергии не может быть своевременно остановлена. При управлении посредством LGC 4 можно тогда этими пиками энергии заряжать подключенные к промежуточному контуру 11 постоянного тока энергоаккумуляторы 16 или 14, 15 блока 3 обратного подвода. Защита от перезаряда для физического энергоаккумулятора 16 обеспечивается модулятором-прерывателем 25 и омическим сопротивлением 26.
Также LGC 4 управляет блоком 3 обратного подвода таким
образом, что в статически установившемся состоянии питания работающего на газе блока 5 двигателя внутреннего сгорания/генератора не осуществляется никакого влияния на форму электрических параметров. То есть, когда напряжение, ток, фазовое положение и частота в сети 2 низкого напряжения статически соответствуют заданному значению (и таковое детектируется посредством LGC 4), блок 3 обратного подвода может деактивироваться или переключаться в режим ожидания.
Также LGC 4 управляет (отдачей/получением) реактивной мощности 33 или (отдачей/получением) активной/опорной мощности 34 блока 3 обратного подвода в точке 9 ввода таким образом, что блок 20 регулирования генератора 18 не обнаруживает никакого отклонения от рабочих условий, и блоки 19, 20 регулирования не инициируют никаких регулирующих действий и никакого распознавания ошибок и регулирования на понижение при работающем на газе блоке 5 двигателя внутреннего сгорания/двигателя.
Как показано на чертеже, локальная сеть 2 низкого напряжения дополнительно связана, через соединительный провод 29, с сетью 27 среднего напряжения.
В соединении/соединительном проводе 29 расположен переключатель 28 среднего напряжения, который также управляется посредством LGC 4. Также там предусмотрена измерительная электроника 22, посредством которой LGC 4 регистрирует соответствующие электрические параметры.
Тем самым обеспечивается возможность того, что, в зависимости от сетевого состояния, приведение в действие пониженного напряжения замедлятся по мере необходимости.
Далее, на чертеже также показан блок 30 ввода энергии, альтернативный блоку 3 обратного подвода.
Здесь блок 3 обратного подвода, как наглядно показано на чертеже, запитывает свободную от потенциала вспомогательную обмотку (обмотку реактивной мощности) трансформатора 32 более высоким напряжением. Эта обмотка рассчитывается в соответствии с требуемой продолжительно реактивной мощностью. Для ввода опорной мощности в течение короткого промежутка времени, например, в течение нескольких 100 мс, используется способность выдерживать
перегрузку этой обмотки, проводов и блока 3 обратного подвода.
Хотя изобретение было подробно проиллюстрировано и описано на предпочтительных вариантах осуществления, изобретение не ограничивается раскрытыми примерами, и другие варианты могут быть получены на этой основе специалистом в данной области техники без отклонения от объема защиты изобретения.