Гидроэнергетическая установка Советский патент 1984 года по МПК H02P9/04 

Изобретение относится к области электротехники, в частности к упра лению агрегатами гидроэлектростанции. Многие гидроэнергетические уста вки, служащие для преобразования гидравлической энергии в электриче кую и наоборот (турбина - генерато насос - двигатель, обратимая гидро маижна - обратимая электрическая машина), работают в условиях изменякшихся напоров. Изменение напора по отношению к расчетному вызывает ухудшение КПД агрегата в целом и особенно ухудшение КПД гидромашины и чем значительнее изменение напора, тем значительнее изменение КПД. Добиться поддержания максимального для каждого из напоров зн чения КПД при изменении напора мож путем регулирования частоты вращен гидротурбины (насоса). Известны гидроэнергетические ус новки, применяквдиеся на гидроаккумулирующих электростанциях, в кото рых для повышения КПД нашли применение 4-маыинные агрегаты (независимые турбина - генератор и насос-двигатель) , а также 3-машинные (турбина - обратимая электрическая машина двигатель) и 2-машинные (обратимая гидромашина - обратимая электрическая двухскоростная машина). Указанные устройства позволяют обеспечить высокий КПД при расчетном напоре как в турбинном, так и в насосном режимах Ll3, 2 и 3J. Недостатки устройства - значительнее капитальные затраты, особенно на строительную часть при применении 4 и 3-машинных агрегатов а также невозможность поддержания высокого значения КПД при изменении напора в пределах каждого из режимов (турбинного или насосного) Наиболее близким по технической сущности к изобретению является гидроэнергетическая установка, содержашая датчики уровня верхнего и нижнего бассейнов, обратимую гидромашину, регулятор направляющего аппарата, датчик напора, задатчик частоты вращения, датчик частоты вращения, обратлмую электрическую машину, первые инвертор и выпрямитель, вторые инвертор и выпрямитель регуляторы соответственно первого и второго инверторов, задатчик частоты тока первого инвертора и пять ко1.1мутирующих аппаратов. Выход датчика уровня верхнего бассейна и выход датчика уровня нижнего бассейна соединены с входами датчика напорет, выход датчика напора соединен с пбрвым входом задатчика частоты вращения агрегата, второй вход задатчика частоты вращения соединен с выходом датчика частоты вращения, датчик частоты вращения расположен на одном валу с обратимой гидромашиной и обратимой электрической машиной, выход задатчика частоты вращения соединен с входом регулятора направляющего аппарата, выход датчика вращения соединен также с первым входом регулятора первого инвертора, вырабатывающего в насосном режиме сигнал управления в функции разности частоты тока первого инвертора и заданной частоты, второй вход регулятора соединен с выходом задатчика частоты тока первого инвертора. Обмотки статора электрической маигины через преобразователи со звеном постоянного тока (инверторвыпрямитель и выпрямитель - инвертор) и соответствующие коммутирующие аппараты подключены к сети переменного тока. К входам управления инверторов подсоединены соответственно выходы регуляторов. Между выводами обмоток статора машины и сетью включен пятый коммутирующий аппарат. Вход регулятора подключен к сети. Данное устройство позволяет обеспечить лучшие условия работы агрегата по КПД при изменении напора как в турбинном, так и в насосном режимах, чем указанные устройства 4. Однако данному устройству присущ ряд недостатков, в частности: не обеспечно полное использование оптимальных КПД гидромашины, так как задание частоты вращения агрегата осуществляется только в зависимости от рабочего напора без учета величины нагрузки; значительные капитальные затраты; сложность управления, Ис пользование в устройстве преобразователей со звеном постоянного тока (выпрямитель - инвертор) снижает получаемый эффект от регулирования частоты вращения из-за двойного поеобразованйя энергии в цепи электрической машины. Сложно обеспечивается параллельная работа подоб- ных устройств. Цель изобретения - повышение КПД и упрощение установки. Поставленная цель достигается тем, что в гидроэнергетическую установку, содержащую гидромашину, датчики уровней нижнего и верхнего бассейнов, регулятор направляющего аппарата, датчик напора, задатчик частоты вращения, датчик частоты вращения, электрическую машину, при этом выходы датчиков уровней верхнего и нижнего бассейнов соединены с входами датчика напора, выход которого соединен с первым входом задатчика частоты вращения, электрическая машина расположена на одном валу с гидромашиной и датчи ом чаг

тоты вращения, выводы статорных обмоток электрической машины связаны с сетью переменного тока, дополнительно введены датчик мощности и датчик частоты сети, а в качестве электрической машины использована асинхрони ;рованная синхронная машина (АСМ), снабженная преобразователем частоты с непосредственной связью в цепи ротора и регулятором, причем вход .датчика мощности подключен к выводам статорных обмоток АСМ, выход датчика мощности соединен с входом регулятора направляющего аппарата и вторым входом задатчика частоты вращения, выход которого подключен к первому входу регулятора АСМ, второй вход , которого соединен с выходом датчика частоты вращения, а третий вход подключен к выходу датчика частоты сети.

На чертеже представлена установка.

, Устройство содержит асинхронизированную синхронную машину 1 ,расположенную на одном валу с гидромашиной 2 и датчиком 3 частоты вращения. Статорными обмотками АСМ связана с сетью 4 переменного тока, например, через коммутирующий аппарат 5, к которой подсоединен датчик 6 частоты сети. В цепь ротора АСМ включен преобразователь частоты, питание которого может быть обеспечено или через специальный трансформатор, первичная обмотка которого подключается к питающей сети, или от какого-либо другого источника. Вход управления преобразвателя 7 соединен с выходом регулятора 8 АСМ, первый вход которого соединен с выходом задатчика 9 частты вращения, второй вход регулятора 8 соединен с выходом датчика 3 част тоты вращения, а к третьему входу регулятора 8 подключен выход датчика 6 частоты сети. Первый вход задатчика 9 частоты вращениясоединен с выходом датчика 10 напора, к входам которого подсоединены выходы датчиков 11 и 12 уровней верхнего и нижнего бассейнов соответственно. Второй вход задатчика 9 соединен с выходом датчика 13 мощности, вход которого подключен к

выводам статорных обмоток АСМ 1, при этом выход датчика 13 соединен также с входом регулятора 14, направляющего аппарата гидромашины. В качестве задатчика 9 может быть использован функциональный преобразователь или потенциометрическая схема.

Работа установки осуществляется следующем образом.

При работе установки, в турбинном

0 (генераторном) или насосном (двигательном) режиме данные о величине напора и величине нагрузки поступают соответственно с датчика 10 напора и датчика 13 мощности (на5грузки) в задатчик 9 частоты вращения, где отрабатывается сигнал, соответствующий оптимальной частоте вращения гидромашины. Этот сигнал поступает в регулятор 8 асинхрони0зированной синхронной машины 1, где сравнивается с фактической частотой вращения, ьыходной сигнал регулятора усиливается по мощности преобразователем 7 частоты и вводится

5 в цепь ротора машины.1. Электрическая машина 1 отрабатывает полученный сигнал, изменяя частоту вращения агрегата (гидромашина - электрическая машина) до тех пор, пока не

0 Iустановится требуемая для данных напора и мощности частота вращения. ;По сигналу с датчика 13 мощности, .поступающему на регулятор 14 и соответственно воздействующему на

5 серводвигатель направляющего аппарата гидромашины, устанавливается необходимое открытие направляющего аппарата. Т&к обеспечивается получение оптимального режима работы агрегата.

0

Предлагаемая установка предназначена для применения как на гидростанциях с двухсторонней работой

(ПЭС,ГАЭС), так и на гидростанциях с односторонним режимом работы (низконапорные ГЭС), работающих в условиях переменных напоров.

Использование установки позволяет повысить средневзвешенный КПД

на 4-6% во всех четырех режимах

работы (прямом турбинном, обратном турбинном, прямом насосном и обратном насосном).

Н напра /1ию1це annapcrmj

Н5

ГИДРОЭНЕРГЕТИЧЕСКАЯ УСТАНОВКА, содержащая гидромашину, датчики уровней верхнего и нижнего бассейнов, регулятор направляющего аппарата, датчик напора, задатчик частоты вращения, датчик частоты вращения, электрическую маслину, при этетл выходы датчиков уровней верхнего и нижнего бассейнов соединены с входами датчика напора, выход которого соедннен с первых входом задатчика частоты вращения, электрическая мгшшна расположена на одном валу с гйдромасшной и датчиком частоты вращения, выводы статорных обмоток электрической машины связаны; с сетью переменного тока, отличающаяся тем, что, с повышения КПД и упрощения, в иее дополнительно введеиы дatчик мощности и датчик частоты сети, а в качестве электрической машины использована асинхрониэированная синхронная машина (АСМ), снабженная преобразователем частоты с непосредственной связью в цепи ротора и регуля(Л тором, причем вход датчика мощности подключен к выводам статорных обмоток АСМ, выход датчика мощности соединен с входом регулятора направляющего аппарата и втирьм входом за датчика частоты вращения, выход которого подключен к первому входу регулятора АСМ, второй вход которого соединен с выходом датчика часDD тоты вращения, а третий.вход подключен к выходу датчика частоты а сети. ел 4