ФРАГМЕНТ ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ ЭЛЕКТРОЭНЕРГЕТИЧЕСКОЙ СИСТЕМЫ С БЫСТРОДЕЙСТВУЮЩИМ РЕГУЛИРОВАНИЕМ АКТИВНОЙ МОЩНОСТИ

Область техники.
Полезная модель относится к электроэнергетике и может быть применена в интеллектуальных электроэнергетических системах с активно-адаптивной сетью (ИЭС ААС) для регулирования активной мощности.
Уровень техники
Известно, выбранное в качестве прототипа, устройство для регулирования активной мощности в объединенной энергосети, содержащее генерирующий агрегат из турбины и генератора переменного тока, подключенный к выходу генератора накопитель электроэнергии с обратимым статическим преобразователем, снабженным блоком управления, и датчик, подключенный к входу блока управления [патент RU 2121746, МПК H02J 3/06, 1998 г.].
В устройстве-прототипе генератор представляет собой синхронный турбогенератор на основе конденсаторной паровой турбины, датчик измеряет электрический параметр (ток, напряжение, частоту или мощность), а выход блока управления обратимым преобразователем дополнительно подключен к вентилю, перекрывающему трубопровод отбора пара, поступающего от турбины на подогрев питательной воды.
Недостаток прототипа - инерционность регулирования активной мощности и ограниченность функциональных возможностей, поскольку перекрытием вентиля в трубопроводе отбора пара могут быть скомпенсированы только кратковременные нагрузочные пики, но не провалы или набросы нагрузки. Наличие этого недостатка не позволяет эффективно использовать прототип для оперативного централизованного управления активной мощностью в ИЭС ААС.
Задача полезной модели устранить указанный недостаток.
Раскрытие полезной модели
Предметом полезной модели является фрагмент интеллектуальной электроэнергетической осистемы, содержащий, по меньшей мере, один генерирующий агрегат из турбины и генератора переменного тока, к шинам которого через цепи присоединения подключены накопитель электроэнергии с обратимым статическим преобразователем и, по меньшей мере, одна линия электропередачи, при этом обратимый статический преобразователь снабжен блоком управления, который подключен входом к датчику скорости вращения генератора и выполнен с возможностью перевода преобразователя в режим инвертора или выпрямителя при заданном отклонении скорости вращения генератора от ее синхронного значения вниз или вверх соответственно, а в линию электропередачи включено фазоповоротное устройство, управляющий вход которого предназначен для дистанционного регулирования активной мощности.
Эта совокупность признаков позволяет повысить быстродействие и эффективность регулирования активной мощности для оперативного поддержания ее баланса в ИЭС ААС.
Полезная модель имеет развития, согласно которым если генерирующий агрегат выполнен в виде синхронного или асинхронизированного турбогенератора, то заданное отклонение скорости вращения вала от ее синхронного значения составляет ±(0,1-1,0)%, а если - в виде асинхронизированного гидрогенератора, то заданное отклонение составляет ±(5-10)%.
Другие развития предусматривают, что в частных случаях цепи присоединения могут содержать силовые трансформаторы и коммутационные устройства, а на концах линии электропередачи могут быть установлены датчики векторов напряжения.
Описание осуществления полезной модели
На фиг.1 представлена структурная схема устройства.
Генерирующий агрегат состоит из турбины 1 и генератора 2 переменного тока. Генератор 2 соединен с шинами 3, к которым через цепи 4 присоединения подключены накопитель 5 электроэнергии с обратимым статическим преобразователем 6 и линия 7 электропередачи. Преобразователь 6 снабжен блоком 8 управления, который подключен входом к датчику 9 скорости вращения вала генератора 2. Блок 8 выполнен с возможностью перевода преобразователя 6 в режим инвертора или выпрямителя при заданном отклонении скорости вращения вала генератора 2 от ее синхронного значения вниз или вверх соответственно. В линию 7 электропередачи включено управляемое фазоповоротное устройство 10, управляющий вход 11 которого предназначен для дистанционного регулирования активной мощности.
Если агрегат выполнен в виде синхронного или асинхронизированного турбогенератора, то заданное отклонение скорости вращения составляет ±(0,1-1,0)%, а если - в виде асинхронизированного гидрогенератора, то заданное отклонение составляет ±(5-10)%.
Цепи присоединения 4 могут содержать силовые трансформаторы 12 и коммутационные устройства.
На концах линии 7 установлены PMU-датчики 13, измеряющие векторы напряжений (фазоры).
Устройство работает следующим образом.
Генератор 2, вращаемый турбиной 1, вырабатывает электроэнергию, часть которой через соответствующие цепи 4 присоединения и фазоповоротное устройство 10 передается потребителю по линии 7. Линия 7 связывает узлы электросети, которыми являются шины 3 и шины 14 удаленной подстанции. Мгновенные значения фазовых углов переменного напряжения в узлах энергосистемы синхронно измеряются датчиками 13, которые синхронизируются сигналами спутниковой системы GPS и/или ГЛОНАСС.
Известно [П.С.Жданов. Вопросы устойчивости электрических систем. Москва. «Энергия», 1979, стр.14], что активная мощность Р, передаваемая по линии электропередачи, определяется формулой
1
2
12
л
где U и U - действующие значения напряжений на концах линии (т.е. на шинах 3 и шинах 14 соответственно), δ - фазовый угол сдвига между векторами этих напряжений, Х - индуктивное сопротивление линии 7.
12
л
л
Поскольку в линию 7 включено фазоповоротное устройство 10, угол δ=γ+δ, где γ и δ - углы сдвига, вносимые соответственно устройством 10 и линией 7.
В отсутствие возмущений и управляющих воздействий по входу 11 турбина 1 вращает генератор 2 со скоростью, обеспечивающей генерацию переменного тока синхронной частоты. От диспетчера или средства автоматики активно-адаптивной сети (ААС) на вход 11 фазоповоротного устройства 10 поступает управляющее воздействие на увеличение или уменьшение активной мощности, передаваемой по линии 7 электропередачи. При этом устройство 10 соответственно увеличивает или уменьшает угол γ. Требуемое изменение угла γ контролируется с помощью датчиков 13, показания которых считываются системой мониторинга ААС.
Современные фазоповоротные устройства [см., например, Стельмаков В.Н. и др. Фазоповоротные устройства с тиристорным управлением. «Энергетик» №8, 2010.], характеризуются высоким быстродействием. Поэтому активная мощность, отбираемая от генератора 2 по линии 7, возрастает (или снижается) существенно быстрее, чем мощность турбины 1, снабженной стабилизатором оборотов. Возникающий небаланс мощности приводит соответственно к замедлению или ускорению турбины 1 и отклонению ее скорости вращения ω от синхронной. Это воздействие на турбину можно рассматривать как регулировочное (заменяющее используемое в прототипе воздействие на вентиль отбора пара).
Пока отклонение не превышает по абсолютной величине заданное значение Δω блок 8 не изменяет режима работы преобразователя 6. Это позволяет избежать неуправляемых колебательных переходов преобразователя 6 из одного режима в другой при качаниях и случайных отклонениях скорости вращения, измеряемой датчиком 9, от синхронной. Когда отклонение скорости вращения турбины превысит по абсолютной величине значение Δω, блок 8 воздействует на преобразователь 6, обеспечивая его последующую работу соответственно в режиме инвертора или выпрямителя до тех пор, пока скорость вращения не отклониться на заданную величину в другую сторону. В это время накопитель 5 отдает в сеть ранее накопленную энергию или забирает из сети избыточную энергию уменьшая, тем самым, максимальную величину небаланса мощностей и соответствующее ему отклонение скорости вращения турбины 1 от синхронной. В результате того, что стабилизатору оборотов турбины приходится отрабатывать меньшую величину отклонения, установившийся режим работы восстанавливается быстрее.
Диапазон значений, в котором целесообразно располагать заданное отклонение скорости вращения, зависит от свойств турбины 1 и генератора 2. Для случаев, когда используется синхронный или асинхронизированный генератор с паровой, газовой или парогазовой турбиной, и ее инерционность обеспечивает относительно небольшие отклонения скорости вращения от синхронной при скачках нагрузки (активной мощности), этот диапазон может составлять ±(0,1-1,0)%, а для случая использования асинхронизированного генератора с гидротурбиной, имеющей меньшую инерционность, переключающее преобразователь 6 отклонение скорости вращения может задаваться в диапазоне ±(5-10)%.