ГИДРОЭНЕРГЕТИЧЕСКАЯ УСТАНОВКА

Область техники
Полезная модель относится к управлению электрогенераторами гидроэнергоустановок приливных или гидроаккумуляторных электростанций (ПЭС или ГАЭС) и, в частности, к управлению асинхронизированными генераторами таких установок.
Уровень техники.
Для получения электроэнергии стабильной частоты при переменной скорости вращения в гидроэнергетических агрегатах используют асинхронизированные генераторы, имеющие на роторе фазные обмотки для питания которых устанавливают преобразователь частоты, формирующий вращающееся относительно ротора магнитное поле, так, что частота пересечения обмоток статора результирующим полем вращающегося с переменной скоростью ротора остается практически постоянной.
Известны гидроэнергоустановки ПЭС или ГАЭС, содержащие асинхронизированный генератор, преобразователь частоты, питающий его роторные обмотки, и блок управления [1, 2]. В устройстве [1] информационные входы блока управления подключены к датчику частоты на выходной шине и датчикам уровней верхнего и нижнего водных бассейнов, а управляющие выходы - к преобразователю частоты и к регулятору направляющего аппарата гидромашины.
В устройстве [2] блок управления подключен информационными входами к датчикам частоты и напряжения на выходной шине энергоустановки, а выходом - к преобразователю частоты и обеспечивает
стабилизацию частоты асинхронизированного генератора без воздействия на направляющий аппарат гидромашины.
Недостатком известных устройств [1, 2] при их групповом использовании в составе одной гидроэнергоустановки, когда каждый асинхронизированный генератор снабжен индивидуальным преобразователем частоты с собственным блоком управления, является большая масса и габариты гидроэнергоустановки, проблемы с обеспечением ее высокой надежности и КПД.
Задача полезной модели - устранить указанный недостаток в тех случаях, когда гидромашины, вращающие асинхронизированные генераторы установки, синхронно взаимодействуют с водным потоком (например, при размещении гидромашин вдоль напорного фронта ПЭС или ГАЭС).
Сущность полезной модели
Указанный недостаток устранен в предлагаемом устройстве, содержащем, по меньшей мере, два асинхронизированных генератора, к роторам которых подключен выход общего преобразователя частоты, снабженного блоком управления, при этом статоры асинхронизированных генераторов, вход общего преобразователя частоты и вход блока управления подключены к выходной шине.
Технический результат полезной модели - повышение надежности, кпд, уменьшение массы и габаритов. Он обусловлен тем, что указанные показатели общего преобразователя частоты, имеющего в N раз большую номинальную мощность, лучше, чем у N индивидуальных преобразователей частоты меньшей мощности.
Для случая работы на сеть стабильной частоты гидроэнергоустановка может быть дополнительно снабжена датчиками скоростей вращения и мощности асинхронизированных генераторов, связанными с блоком управления, который подключен к датчику напора и выполнен с
возможностью вычисления среднеарифметических значений мощности и скорости вращения асинхронизированных генераторов и с возможностью выработки управляющих воздействий на преобразователь частоты, минимизирующих отклонение среднеарифметического значения скорости вращения от оптимального по КПД при измеренной величине напора и вычисленном среднеарифметическом значении мощности.
Осуществление полезной модели
Фиг.1 иллюстрирует пример осуществления полезной модели с учетом ее развития в гидроустановке, включающей три асинхронизированных генератора, кинематически связанных с турбинами, установленными вдоль напорного фронта ПЭС.
На фиг.1 показаны асинхронизированные генераторы 1-3, к роторам 4-6 которых подключен общий преобразователь 7 частоты, снабженный блоком 8 управления. Статоры 9-11 генераторов 1-3, вход 12 преобразователя 7 и вход 13 блока 8 подключены к выходной шине 14 через трансформатор 15 (в других случаях возможно прямое подключение входов 12 и 13 к шине 14).
Кроме того, на фиг.1 показаны турбины 16-18, вращающие генераторы 1-3, датчики 19-21 мощности, датчики 22-24 скорости вращения генераторов 1-3 соответственно и датчик 25 напора.
Гидроустановка может работать в автономном режиме или на сеть стабильной частоты.
В автономном режиме блок 8 управляет преобразователем 7, используя сигнал, поступающий на вход 13 с шины 14 через трансформатор 15, для определения величины и частоты напряжения, вырабатываемого генераторами 1-3. Приведение указанных параметров в соответствие с заданными значениями осуществляется блоком 8 путем формирования управляющих воздействий на преобразователь 7, регулирующих напряжение и частоту на обмотках роторов 4-6, аналогично описанному в [2].
При работе на сеть стабильной частоты установка работает следующим образом.
Сетевое напряжение стабильной частоты с выходной шины 14 через трансформатор 15 поступает на вход 12 преобразователя 7 и вход 13 блока 8.
В блок 8, кроме того, поступают данные с датчика 25 о текущей величине напора, данные с датчиков 19-21 о мощностях, выдаваемых каждым генератором 1-3, и данные с датчиков 22-24 о скоростях вращения генераторов 1-3. Блок 8 вычисляет среднеарифметические значения мощности и скорости вращения генераторов 1-3. По среднеарифметическому значению мощности и измеренному текущему напору блок 8 определяет оптимальную по КПД для данного типа турбин скорость вращения (при заданном напоре и мощности), которую сравнивает с текущей величиной среднеарифметического значения скорости вращения генераторов.
По отклонению сравниваемых скоростей блок 8 формирует управляющее воздействие на преобразователь 7, изменяющее его выходную частоту и, следовательно, частоту токов в роторах 4-6. При стабильной частоте сети, к которой через шину 14 подключены статоры 9-11, это приводит к соответствующему изменению скорости вращения роторов 4-6, минимизирующему отклонение сравниваемых скоростей. При этом различия в мощностях, отдаваемых в сеть генераторами 1-3, также уменьшаются.
Источники информации.
1. Авт. свид. СССР №1086540, МПК Н02Р 9/04, 1984 г.
2. Патент РФ №2213409, МПК Н02Р 9/00, 9/48, 2003 г.