Устройство стабилизации работы автономного энергоцентра при набросах нагрузки

Полезная модель относится к области энергетики и предназначена для компенсации кратковременных скачкообразных изменений мощности нагрузки в условиях нормального и послеаварийного режима работы автономного энергоцентра (ЭЦ).
В автономных ЭЦ источниками электрической энергии (ИЭЭ) являются электрические агрегаты (ЭА) с дизельными, газопоршневыми или газотурбинными первичными двигателями. ИЭЭ соединяются между собой через шины распределительного устройства (РУ). К данным шинам присоединяется и электрическая нагрузка.
Особенностями работы автономного ЭЦ является соизмеримость мощности генерации и нагрузки (выдачи и потребления) и ограничения по максимально-возможному скачкообразному изменению нагрузки на ИЭЭ за один шаг, что зачастую приводит в дестабилизации работы автономного ЭЦ в режимах сбросов/набросов пиковых нагрузок.
В связи с возникновением режимов, отличающихся от нормальных и приводящих к снижению надежности и качества электроэнергии, применяют различные средства стабилизации работы ЭЦ. Для этого используют устройства разных типов. Эти устройства помимо достоинств обладают рядом недостатков. Например, релейные имеют ступенчатый характер регулирования, слабую нагрузочную способность рабочих контактов реле, высокий уровень акустического шума, искажения формы синусоидального тока при высоком входном напряжении из-за магнитного насыщения сердечника; электромеханические - низкое быстродействие, хорошо слышимый шум работающего электродвигателя; инверторные - плохая перегрузочная способность (не более 25-50% на протяжении 1-2 с), сложность электрической схемы.
Наиболее близким по технической сущности к предлагаемой полезной модели является накопитель энергии (механический стабилизатор) (патент RU №2456734, публ. 20.10.2011, МПК H02K 7/02). Он используется в электрических машинах, имеющих неравномерную выработку или потребление энергии: накапливает энергию, когда выработка энергии выше, чем потребление, и отдает ее, когда потребление превышает вырабатываемую энергию на источнике электроэнергии. Накопитель энергии включает вакуумируемый корпус, маховик в виде вертикального цилиндрического трубчатого ротора с мотор-генератором со статором и приводным диском.
Основным недостатком настоящего технического решения (и в принципе использования маховикового накопителя энергии) является сложность конструкции, связанная с применением вращающегося цилиндрического объекта (маховика). При этом требуется использование специальных материалов, устойчивых к тяжелым механическим нагрузкам, а также использование сложных подшипников с малым трением и вакуумной камеры для снижения потерь при вращении.
Технической задачей предлагаемой полезной модели является упрощение принципа накопления энергии и создания инерционного момента.
Технический результат заключается в упрощении конструкции и повышении удобства эксплуатации устройства.
Это достигается тем, что известное устройство стабилизации работы автономного энергоцентра при набросах нагрузки, содержащее машину переменного тока, снабжено машиной постоянного тока и аккумуляторной батареей, при этом машина постоянного тока установлена на общем валу с машиной переменного тока и спаянными силовыми контактами соединена с аккумуляторной батареей, машина переменного тока выполнена с возможностью электрического соединения с распределительным устройством автономного энергоцентра.
Сущность полезной модели поясняется чертежами, где на фиг. 1 изображено устройство стабилизации работы автономного энергоцентра при набросах нагрузки; на фиг. 2 показано направление передачи электроэнергии при работе устройства в нормальном режиме работы автономного энергоцентра; на фиг. 3 представлено направление передачи электроэнергии при работе устройства в режиме наброса нагрузки автономного энергоцентра.
Устройство стабилизации работы автономного энергоцентра при набросах нагрузки содержит машину переменного тока (МПрТ) 1, которая установлена на общем валу с машиной постоянного тока (МПТ) 2, которая, в свою очередь, спаянными силовыми контактами соединена с аккумуляторной батареей (АКБ) 3. Указанные элементы расположены в корпусе 4, соединены между собой сборочными операциями с обеспечением функционально-конструктивного единства.
МПрТ 1 выполнена с возможностью электрического соединения с распределительным устройством (РУ) 5 автономного энергоцентра, к которому подключена электрическая нагрузка 6 и генераторы переменного тока 7.
Устройство стабилизации работы автономного энергоцентра при набросах нагрузки работает следующим образом.
В зависимости от частоты сети МПрТ 1 и МПТ 2 (фиг. 1), могут работать в двух режимах: двигательном или генераторном.
В нормальном режиме работы, при ƒ=50 Гц, обеспечивается заряд аккумуляторной батареи 3. При этом машина переменного тока (МПрТ) 1 работает в двигательном режиме, а машина постоянного тока (МПТ) 2 - в генераторном, заряжая аккумуляторные батареи (АКБ) 3. При возникновении пиковой нагрузки, в результате аварийного останова одного из генераторов переменного тока 7 или резкого увеличения мощности электрической нагрузки 6, происходит обратный процесс: МПрТ 1 работает в генераторном режиме, а МПТ 2 переходит в двигательный режим, получая питание от АКБ 3.
При снижении частоты f<50 Гц (резкое увеличение электрической нагрузки 6, аварийный останов одного из генераторов переменного тока 7) напряжение на АКБ 3, связанной с МПТ 2, становится выше электродвижущей силы (ЭДС) МПТ 2, из-за чего МПТ 2 переходит в двигательный режим, приводя связанную с ней МПрТ 1 в генераторный режим работы. При этом энергия, запасенная в АКБ 3, покрывает требуемый дефицит мощности, тем самым предлагаемое устройство (фиг. 3) поддерживает частоту напряжения сети и обеспечивает требуемое качество электроэнергии.
При увеличении частоты f>50 Гц (резкое снижение электрической нагрузки 6) МПрТ 1 переходит в двигательный режим, МПТ 2 переходит в генераторный режим. При этом ЭДС МПТ 2 становится выше напряжения АКБ 3, в результате чего происходит заряд АКБ 3, тем самым предлагаемое устройство (фиг. 2) позволяет стабилизировать резкое снижение мощности электрической нагрузки 6, связанной с источниками электрической энергии посредством распределительного устройства 5.
Таким образом, в предлагаемом устройстве в отличие от прототипа энергия запасается за счет аккумуляторных батарей (что позволяет отказаться от применения маховика, сложных подшипников с малым трением и вакуумной камеры).
Использование предлагаемой полезной модели позволяет повысить удобство эксплуатации и упростить конструкцию устройства, снизить затраты на создание и эксплуатацию такого устройства за счет использования машины постоянного тока и аккумуляторной батареи для накопления энергии и создания инерционного момента.