СИСТЕМА УПРАВЛЕНИЯ ВЫРАБОТКОЙ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ЭНЕРГИИ Российский патент 2011 года по МПК H02J3/00 

Предложенное изобретение относится к области электроэнергетики и может быть использовано для управления выработкой электроэнергии в местах с экстремальными климатическими условиями.

В качестве ближайшего аналога предлагаемого изобретения выбрана система управления выработкой электрической энергии, описанная в патенте US 5973481 (публикация 26.10.1999, National Bank of Alaska, Alaska Science and Technology Foundation). Система по US 5973481 включает систему энергоблоков, подключенных к электрической сети по параллельной схеме, в состав оборудования энергоблока входит силовая установка (дизель), электрический генератор, выключатели, программируемые средства управления и защиты. Программируемые средства управления каждого энергоблока, включающие контроллер с пользовательским интерфейсом, соединены с оконечным пунктом двустороннего беспроводного спутникового канала связи с диспетчерским компьютером удаленного управления и контроля энергоблоков. Управление работой всех агрегатов энергоблока осуществляется благодаря контроллеру энергоблока, обновляемое при необходимости программное обеспечение контроллера обеспечивает необходимые режимы работы энергоблока. Благодаря предложенной в US 5973481 системе управления выработкой электрической энергии становится возможным управление электрическими станциями, расположенными в удаленных и труднодоступных местах без обязательного присутствия специалистов на объекте. Основным недостатком известной системы является ее недостаточно высокая надежность при аварийных отключениях оборудования и резком изменении погодных условий, а также невозможность ручного контроля и управления энергоблоками в аварийных ситуациях.

Предложенное изобретение позволит устранить недостатки известной системы и позволит создать систему управления выработкой электрической энергии, обладающую повышенной надежностью в аварийных ситуациях, а также иных ситуациях, не предусмотренных обычным порядком обслуживания.

Технический результат, достигаемый при использовании изобретения, обеспечивается при работе системы управления выработкой электрической энергии, включающей, по меньшей мере, два энергоблока, каждый из которых подключен к электрической сети по параллельной схеме и включает силовую установку, электрический генератор, выключатели, программируемые средства управления и защиты, соединенные с оконечным пунктом двустороннего беспроводного канала связи с диспетчерским компьютером удаленного управления и контроля энергоблоков; согласно предложенному изобретению к электрической сети параллельно энергоблокам подключено, по меньшей мере, одно активное нагрузочное устройство, программируемые средства управления и защиты включают микропроцессорную систему возбуждения с преобразователем на биполярных транзисторах с изолированным затвором, подключенную непосредственно к возбудителю электрического генератора, и контроллер автоматической регулировки усиления и контроллер дифференциальной защиты электрического генератора, соединенные между собой и, по меньшей мере, с микропроцессорной системой возбуждения, выключателями и станционным компьютером управления энергоблоками, являющимся оконечным пунктом двустороннего беспроводного канала связи с диспетчерским компьютером удаленного управления и контроля энергоблоков.

В большинстве случаев исполнения предложенной системы контроллер дифференциальной защиты электрического генератора соединен с, по меньшей мере, одним высоковольтным выключателем линии электропередачи (фидера). Контроллер автоматической регулировки усиления соединен с микропроцессорной системой возбуждения, возбудителем электрического генератора и вакуумным выключателем энергоблока. В большинстве случаев исполнения системы контроллеры автоматической регулировки усиления и контроллер дифференциальной защиты электрического генератора будут соединены между собой, микропроцессорной системой возбуждения, выключателями, станционным компьютером управления энергоблоками через проводные каналы связи, при этом могут быть использованы и беспроводные каналы связи. Система возбуждения будет снабжена пользовательским интерфейсом, выполненным с возможностью управления ее настройками. Так как основными регионами использования предложенной системы будут районы с арктическим и резким континентальным климатом программированные средства управления и защиты могут быть термостатированы, например размещаться в теплоизолированных шкафах. В качестве канала связи со средствами удаленного управления энергоблоками в большинстве случаев будет использован спутниковый канал связи, также допустимо использование беспроводного канала связи иных типов (т.е. каналов наземной радиосвязи). В качестве силовой установки может быть использован газотурбинный двигатель или же дизельный двигатель, при этом могут быть использованы подвижные установки типа используемых передвижных автоматических электрических станций (ПАЭС).

Предложенная система управления выработкой электрической энергии поясняется чертежом. Основой системы является совокупность энергоблоков N, N+1, N+2,…, N+n, обеспечивающих выработку электрической энергии и подключенных к электрической сети по параллельной схеме (на чертеже приведен пример использования энергоблоков на примере передвижных автоматических электрических станций). К электрической сети параллельно энергоблокам (N, N+1, N+2, … N+n) через трансформаторы 8 подключены активные управляемые нагрузочные устройства 9. В состав каждого энергоблока входит известное оборудование: силовая установка 6 (газотурбинный или дизельный двигатель, силовая установка иного типа), электрический генератор 5, выключатели, программируемые термостатированные средства управления и защиты 1, 2. Средства управления и защиты 1, 2 соединены со станционным компьютером управления энергоблоками 4, который является оконечным пунктом двустороннего беспроводного канала связи с диспетчерским компьютером удаленного управления и контроля энергоблоков 7 (преимущественно используется спутниковый канал связи). Предложенная система может быть масштабирована в составе энергосистемы на территории практически любой площади и рельефа. Программируемые средства управления и защиты включают микропроцессорную систему возбуждения 2 с преобразователем на биполярных транзисторах с изолированным затвором (систему возбуждения на IGBT преобразователе) и контроллеры 1: контроллер автоматической регулировки усиления (AGC) 1^AGC, контроллер дифференциальной защиты (MDR) 1^MDR. Система возбуждения 2 снабжена пользовательским интерфейсом для ручной смены настроек системы и подключена непосредственно к возбудителю электрического генератора 5, контроллер автоматической регулировки усиления и контроллер дифференциальной защиты электрического генератора соединены между собой, а также с микропроцессорной системой возбуждения 2, выключателями 3, 10. Контроллер дифференциальной защиты электрического генератора 1^MDR соединен с высоковольтными выключателями линий электропередачи (фидеров) 10. Контроллер автоматической регулировки усиления 1^AGC соединен с микропроцессорной системой возбуждения 2, возбудителем электрического генератора и вакуумным выключателем энергоблока 3. Для подключения контроллеров 1^AGC и 1^MDR могут быть использованы проводные (отработанная технология подключения) и беспроводные (при вероятности повреждения проводов) цифровые каналы связи.

Совместная работа контроллера автоматической регулировки усиления 1^AGC и контроллера дифференциальной защиты 1^MDR обеспечивает бесперебойное управление работой системы при резких сезонных и суточных перепадах температур и различных величинах сдвига фаз (набросы и сбросы нагрузки, короткие замыкания). Контроллер автоматической регулировки усиления 1^AGC автоматически распределяет нагрузку между энергоблоками N, N+1, N+2, …, N+n пропорционально либо по задаваемым уставкам и обеспечивает все виды защит силовой установки 6 и электрического генератора 5. Контроллер дифференциальной защиты 1^MDR обеспечивает защиту на участке от вакуумного выключателя 3, включая генератор. Система возбуждения 2 обеспечивает включение энергоблока в сеть методом точной синхронизации, автоматическую подгонку напряжения электрического генератора 5 к напряжению сети, быстрое восстановление напряжения при изменениях нагрузки на генераторе 5, поддержание его в установленных пределах при плавном увеличении и снижении оборотов электрического двигателя 5. В случае аварийного выхода из строя устройств потребительской нагрузки и отключения высоковольтных выключателей 10 нагрузочные устройства 8 обеспечивают нагрузкой энергоблоки N, N+1, N+2, …, N+n без срабатывания защиты от обратной мощности и распада параллельного подключения. Управление контроллерами 1^AGC, 1^MDR и системой возбуждения 2, а также контроль текущего состояния, протоколирование событий могут производиться через спутниковый канал связи (либо наземный радиоканал связи) с диспетчерского компьютера удаленного управления и контроля энергоблоков 7 или же при необходимости управления энергоблоками в ручном режиме со станционного компьютера управления энергоблоками 4. Настройки микропроцессорной системы возбуждения 2 могут быть изменены как через удаленные компьютеры 4 и 7, так и непосредственно через пользовательский интерфейс системы.

Таким образом, предложена высоконадежная система управления выработкой электрической энергии, которая может быть использована для бесперебойного производства электрической энергии в местностях с резким континентальным и арктическим климатом.

Использование: в области электротехники. Технический результат - повышение надежности. Система управления выработкой электрической энергии включает энергоблоки, подключенные в сеть по параллельной схеме и включающие силовую установку, электрический генератор, выключатели, программируемые средства управления и защиты. К электрической сети параллельно энергоблокам подключено, по меньшей мере, одно активное нагрузочное устройство. Программируемые средства управления и защиты включают микропроцессорную систему возбуждения с преобразователем на биполярных транзисторах с изолированным затвором, контроллер автоматической регулировки усиления и контроллер дифференциальной защиты электрического генератора. Контроллеры соединены между собой и с микропроцессорной системой возбуждения, выключателями и станционным компьютером управления энергоблоками, являющимся оконечным пунктом двустороннего беспроводного канала связи с диспетчерским компьютером удаленного управления и контроля энергоблоков. 14 з.п. ф-лы, 1 ил.

1. Система управления выработкой электрической энергии, включающая, по меньшей мере, два энергоблока, каждый из которых подключен к электрической сети по параллельной схеме и включает силовую установку, электрический генератор, выключатели, программируемые средства управления и защиты, соединенные с оконечным пунктом двустороннего беспроводного канала связи с диспетчерским компьютером удаленного управления и контроля энергоблоков, отличающаяся тем, что к электрической сети параллельно энергоблокам подключено, по меньшей мере, одно активное нагрузочное устройство, программируемые средства управления и защиты включают микропроцессорную систему возбуждения с преобразователем на биполярных транзисторах с изолированным затвором, подключенную непосредственно к возбудителю электрического генератора, и контроллер автоматической регулировки усиления и контроллер дифференциальной защиты электрического генератора, соединенные между собой, и, по меньшей мере, с микропроцессорной системой возбуждения, выключателями и станционным компьютером управления энергоблоками, являющимся оконечным пунктом двустороннего беспроводного канала связи с диспетчерским компьютером удаленного управления и контроля энергоблоков.

2. Система управления выработкой электрической энергии по п.1, отличающаяся тем, что контроллер дифференциальной защиты электрического генератора соединен с, по меньшей мере, одним высоковольтным выключателем линии электропередачи (фидером).

3. Система управления выработкой электрической энергии по п.1, отличающаяся тем, что контроллер автоматической регулировки усиления соединен с микропроцессорной системой возбуждения.

4. Система управления выработкой электрической энергии по п.1, отличающаяся тем, что контроллер автоматической регулировки усиления соединен с возбудителем электрического генератора.

5. Система управления выработкой электрической энергии по п.1, отличающаяся тем, что контроллер соединен с вакуумным выключателем энергоблока.

6. Система управления выработкой электрической энергии по п.1, отличающаяся тем, что контроллер автоматической регулировки усиления и контроллер дифференциальной защиты электрического генератора, соединенные между собой, микропроцессорной системой возбуждения, выключателями, станционным компьютером управления энергоблоками через проводные каналы связи.

7. Система управления выработкой электрической энергии по п.1, отличающаяся тем, что контроллер автоматической регулировки усиления и контроллер дифференциальной защиты электрического генератора, соединенные между собой, микропроцессорной системой возбуждения, выключателями, станционным компьютером управления энергоблоками через беспроводные каналы связи.

8. Система управления выработкой электрической энергии по п.1, отличающаяся тем, что система возбуждения снабжена пользовательским интерфейсом, выполненным с возможностью управления ее настройками.

9. Система управления выработкой электрической энергии по любому из пп.1-8, отличающаяся тем, что программируемые средства управления и защиты термостатированы.

10. Система управления выработкой электрической энергии по любому из пп.1-8, отличающаяся тем, что в качестве канала связи со средствами удаленного управления энергоблоками использован спутниковый канал связи.

11. Система управления выработкой электрической энергии по любому из пп.1-8, отличающаяся тем, что в качестве канала связи со средствами удаленного управления энергоблоками использован беспроводной канал связи, отличный от спутникового.

12. Система управления выработкой электрической энергии по любому из пп.1-8, отличающаяся тем, что в качестве силовой установки использован, по меньшей мере, один газотурбинный двигатель.

13. Система управления выработкой электрической энергии по п.12, отличающаяся тем, что силовая установка выполнена подвижной.

14. Система управления выработкой электрической энергии по любому из пп.1-8, отличающаяся тем, что в качестве силовой установки использован, по меньшей мере, один дизельный двигатель.

15. Система управления выработкой электрической энергии по п.14, отличающаяся тем, что силовая установка выполнена подвижной.