Автономная электростанция Советский патент 1978 года по МПК H02J3/46 H02P9/04 

1

Изобретение относится к области электроэнергетики и может быть испачьзовано, например, в автономных электроэнергетических судовых системах, работающих преимущественно с широким диапазоном изменения активной нагрузки.

Известны судовые электроэнергетические системы переменного тока.

Эти электроэнергетические системы содержат подключенные к общим шинам распределительного щита синхронные генераторы и асинхронные генераторы.

Известна также автономная электростанция, параллельно синхронному генератору которой подключены асинхронный генератор и асинхронная возбудительная машина, роторы которых соединень1 механически и электрическ, причем статорная обмотка асинхронной возбудительной машины подключена к щинам распределительного щита через выпрямительно-инверторный каскад. Вращаются эти генераторы от дизелей или турбин. Первичные двигатели оснащены регуляторами скорости.

Активная нагрузка электропотребителей судна, в связи с щирокой комплексной автоматизацией технических средств и увеличением количества электропотребителей с импульсными режимами работы, изменяется в большом диапазоне. Процесс формирования величины активной нагрузки носит случайный характер и каждая энергетическая установка электроэнергетической системы работает с нагрузкой от номинальной до 50°/о (при одинаковой мощности двух установок). Это приводит к неоптимальному режиму работы первичных двигателей, прежде всего уменьшается КПД двигателя. Оптимальным режимом работы дизеля является у.меньшенме его частоты вращения с уменьшением нагрузки. С уменьшением нагрузки дизеля расход топлива резко увеличивается, т. е. КПД дизеля уменьшаетсяи npji постоянной частоте вращения минимальный расход топлива достигается только при определенной величине нагрузки.

Таким образом, указанным энергетическим системам, .наряду с достоинствам - высокое качество напряжения, гарантированное снабжением электроэнергией, и недостаток, заключающ йся в том, что не обеспеч шается минимальнь Й суммарный расход топлива генерирующими агрегатами при заданном потребления электроэнергии, т. е. в условиях изменяюшейся нагрузки не обеспечивается режим работы агрегатов с макс 1мальным КПД. Целью изобретен я является повышение КПД первичного двигателя.

Для этого предложенная электростанция снабжена фазово-амплитудным регулятором, датчиками активных и реактивных токов генераторов и блоками контроля величины активных и реактивных токов, причем статорная обмотка возбудительной асинхронной машины подключена к шинам распределительного щита через фазово-амплитудный регулятор, входы управления которого соединены с выходами блоков контроля величины активных и реактивных токов, входы которых соединены с соответствующими датчиками активных и реактивных токов генераторов, причем второй выход блока контроля величины активных токов соединен с регулятором скорости первичного двигателя асинхронного генератора.

На чертеже представлена структурная схема судовой электростанции,содержащей шины 1 распределительного щита, к которым через

активного .и реактивного тока поддатчики

ключены синхронный генератор 3 с первичным двигателем 4 и асинхронный генератор с принудительным синхронным потоком 5, а через фазово-амплитудный регулятор 6 возбудительная асинхронная машина 7. Роторы асинхронного генератора 5 и возбудительной асинхронной машины 7 соединены электрически и механически, механически они также соединены с первичным двигателем 8. Датчики активного и реактивного токов соединены с блоками 9 величины активных и реактивных токов. Блок контроля величины активных токов соединен с фазово-амплитудным регулятором 6 и регулятором скорости первичного двигателя 8 асинхронного генератора, а блок контроля величины реактивного тока соединен только с амплитудно-фазовым регулятором.

Генераторы работают на общую нагрузку (суммарная активная нагрузка Р), при этом наиболее высокие технико-экономические показатели синхронного генератора обеспечиваются если он работает в режиме номинальной нагрузки с постоянной частотой вращения. Предложенная система работает так, что активная нагрузка Pi синхронного генератора остается неизменной и равна номинальной, а все из.менения активной нагрузки воспринимаются асинхронным генератором, работающим с переменной частотой вращения (че.м меньше активная нагрузка, тем меньше частота враш,ения; в результате достигается .максимальное значение КПД при любом режиме нагрузки. Это обеспечивается тем, что управляющий сигнал, поступающий от блока контроля величины активных токов,пропорционален величине активного тока, равного разности суммарного активного тока и номинального тока синхронного генератора ( Р-PI). Этот сигнал управляет фазо-амплитудным регулятором, так что активный ток асинхронного генератора 5 равен этому переменному активному току, - и регулятором скорости двигателя 8 таким образом, чтобы его частота вращения соответствовала минимальному расходу топлива при данном активном токе. Величина активного тока асинхронного генератора определяется углом сдвига ЭДС, созданной полем возбуждения от напряжения на его зажимах. Этот угол задается

И регулируется фазово-амплитудным регулятором 6. Постоянство частоты напряжения в данном случае обеспечивается те.м, что независи.мо от частоты вращения ротора асинхронного генератора 5, его магнитный поток вращается 5 с постоянной скоростью, соответствующей частоте напряжения на шинах 1 распределительного щита. Это достигается тем, что на ротор асинхронного генератора 5 подается напряжение частотой, равной частоте скольжения. Соответствующая частота напряжения в роторе обеспе° чивается возбудительной асинхронной машиной 7, статорная обмотка которой через фазово-амплитудный регулятор 6 подключена, к шина.м 1 рас пределительного щита. Фазово-амплитудный регулятор 6, изменяя величины выходного

, напряжения в (зункции величины су.ммарного реактивного тока по сигналу от блока контроля величины реактивного тока, обеспечивает изменение реактивного тока асинхронного генератора 5 так, чтобы синхронный генератор 3 работал с номинальным коэффициентом мощности, а все изменения реактивного тока воспринимались асинхронным генератором 5. На чальное значение величины напряжения на выходе фазово-амплитудного регулятора 6 задано таким, что при холостом ходе асинхронного генератора 5 на его зажимах обеспечивалось номинальное напряжение. Напряжение асинхронного генератора 5 регулируется изменением а.мплитуды выходного напряжения фазовоамплитудного регулятора 6.

Предложенная электростанция позволяет значительно уменьшить расход топлива, особенно в системе с резко переменной активной нагрузкой, упростить процесс синхронизации, так как частота напряжения обоих генераторов одинакова, а следовательно отказаться от сложных устройств синхронизации и подгонки частоты. Кроме того, автоматически решается проблема устойчивости параллельной работы, что в целом повышает надежность электроэнергетической системы.

Формула изобретения

.А.втономная электростанция, например судовая, содержащая шины распределительного шита, к которым подключены синхронный генератор и асинхронный генератор с возбудительной асинхронной машиной, ротор которой электрически и механически связан с ротором асинхронного генератора, первичный двигатель которого выполнен с регуляторо.м скорости, отличающаяся тем, что, с целью повышения КПД первичных двигателей, она снабжена фазово-амплитудным регуляторо.м, датчика.ми активных и реактивных токов генераторов и блоками контроля величины активных и реактивных токов, приче.м статорная обмотка возбудительной асинхронной машины подключена к шина.м распределительного щита через фазовоамплитудный регулятор, входы управления которого соединены с выходами блоков контроля величины активных и реактивных токов, входы которых соединены с соответствующими датчиками активных и реактивньгх токов генераторов, причем второй выход блока контроля величины активных токов соединен с регулятором скорости первичного двигателя асинхронного генератора.