ПРИЛИВНАЯ ЭЛЕКТРОСТАНЦИЯ

Область техники
Полезная модель относится к электроэнергетике и может быть использована при строительстве и модернизации приливных электростанций.
Уровень техники
Известна гидроэлектростанция, содержащая синхронный генератор, приводимый в вращение турбиной, и преобразователь частоты с блоком управления [Ю.М.Голоднов, А.В.Пиковский. «Генераторы для ветровых, малых и приливных электростанций». Итоги науки и техники. Серия «Нетрадиционные и возобновляемые источники энергии». Том 3, М., 1992 г]. Это техническое решение выбрано в качестве прототипа.
В прототипе синхронный генератор выполнен асиихронизированным, преобразователь частоты состоит из трех однофазных мостовых преобразователей частоты с непосредственной связью, выходами подключенных к ротору асинхронизированного генератора, а входами - через согласующие трансформаторы - к сети.
Недостатками данного технического решения являются существенная зависимость массогабаритных показателей преобразователя частоты от диапазона напоров, в котором работает гидротурбина, и повышенная сложность технического решения. Для такой приливной электростанции технико-экономически обоснованным является режим работы преобразователя частоты в диапазоне ±(20%-30%) от номинального значения напора при значительных массо-габаритных показателях. При большем диапазоне напора массогабаритные показатели ПЧ и питающих трансформаторов настолько возрастают, что делают применение подобной схемы электростанции экономически не выгодным. Повышенная сложность такой схемы электростанции связана как с применением сложной схемы преобразователя частоты, которая требует гальванической развязки либо входа (три трансформатора), либо выхода (три гальванически не связанных обмотки на роторе генератора), так и с применением асинхронизированного синхронного генератора, более дорогостоящего, конструкция ротора которого отличается повышенной сложностью по сравнению с ротором синхронного генератора
Раскрытие полезной модели
Задачей, решение которой предлагается в заявляемой полезной модели, является расширение диапазона напоров, при которых возможно генерирование и улучшение технико-экономических показателей электростанции.
Предметом полезной модели является приливная электростанция, содержащая гидротурбину, синхронный генератор, кинематически связанный с гидротурбиной, преобразователь частоты из последовательно включенных управляемого выпрямителя, вход которого подключен к выходу синхронного генератора, и инвертора, выход которого предназначен для подключения к энергосистеме, при этом электростанция снабжена системой управления, к выходам которой подключены управляющие входы блока возбуждения синхронного генератора и блока управления преобразователя частоты, а к входам - датчики выходного напряжения синхронного генератора и напряжения сети.
Это позволяет существенно расширить зону рабочих напоров в сторону более низких напоров при работе гидрогенератора с переменной частотой, повысить к.п.д. процесса преобразования приливной энергии, увеличить выработку электроэнергии и улучшить в целом технико-экономические показатели приливной электростанции.
Развития полезной модели для частных случаев ее осуществления состоят в том, что:
- управляемый выпрямитель может быть выполнен с широтно-импульсной модуляцией на полностью управляемых силовых полупроводниковых приборах;
- инвертор может быть выполнен с широтно-импульсной модуляцией на полностью управляемых силовых полупроводниковых приборах;
- гидротурбина может быть выполнена ортогональной.
Осуществление полезной модели с учетом ее развитий
Структурная схема предлагаемой электростанции изображена на чертеже.
На схеме показаны гидротурбина 1, синхронный генератор 2, кинематически связанный с гидротурбиной 1 через мультипликатор 3, преобразователь 4 частоты, состоящий из последовательно включенных управляемого выпрямителя 5 и инвертора 6.
Вход выпрямителя 5 подключен к выходу синхронного генератора 2. Электростанция снабжена системой 7 управления, к выходам которой подключены управляющие входы блока 8 возбуждения синхронного генератора 2 и блока 9 управления преобразователя 4, а к входам - датчики 10 и 11 выходного напряжения синхронного генератора 2 и напряжения сети соответственно. Выход инвертора 6 подключен к энергосистеме через токоограничивающий реактор 12 и согласующий трансформатор 13.
Предлагаемая полезная модель работает следующим образом:
Приливная энергия преобразуется турбиной 1 (например, ортогональной) во вращательное движение, передаваемое через мультипликатор 3 на вал синхронного генератора 2. Синхронный генератор 2 преобразует вращение вала турбины 1 с изменяющейся частотой вращения в электроэнергию переменной частоты f. Напряжение переменной частоты f со статора генератора 2 поступает на вход выпрямителя 5, являющийся входом преобразователя 4. Выпрямитель 5 преобразует напряжение переменной частоты f генератора 2 в регулируемое выпрямленное напряжение постоянного тока, которое в свою очередь преобразуется инвертором 6 в стабильное переменное напряжение с частотой сети, к которой подключен инвертор 6. В качестве инвертора 6 может быть применен инвертор, ведомый сетью (зависимый инвертор). Управляемый выпрямитель 5 и инвертор 6 могут быть выполнены на SCR-тиристорах, включаемых по управлению, либо на работающих в режиме широтно-импульсной модуляции полностью управляемых (включаемых и выключаемых по управлению) силовых полупроводниковых приборах - тиристорах GTO, IGCT, SGCT или транзисторах IGBT.
Таким образом, независимо от того, с какой частотой вращения работает турбина 1 и, соответственно, какая при этом частота f напряжения генератора 2, ток на выходе выпрямителя 5 всегда постоянен, а инвертор 6 преобразует электроэнергию постоянного тока в электроэнергию переменного тока постоянной частоты. Система 8 возбуждения генератора и блок 9 управления преобразователя частоты под управлением системы 7 регулируют напряжение синхронного генератора 2, напряжение выпрямителя 5 и напряжение инвертора 6 таким образом, чтобы в диапазоне изменения напоров осуществить преобразование энергии приливов и отливов в электроэнергию постоянной частоты и напряжения приемной энергосистемы.
Так как генератор 2 не связан с сетью, а работает на выпрямитель 5, то диапазон частот вращения генератора 2 ограничен только его конструктивными параметрами и может быть сделан достаточно большим. Таким образом диапазон напоров, при которых возможна работа системы генерирования, может быть расширен в зону низких напоров.
Кроме того, предлагаемая полезная модель позволяет исключить режим синхронизации генератора 2 при включении на параллельную работу с энергосистемой и обеспечить устойчивую работу во всем диапазоне изменения напоров.