Гидроэнергетическая установка

 

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

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИН

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТ

М ABTOPCKOIVlY СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 3324094/24-07 (22) 27.07.8-1 (46) 15 ° 04.84. Бюл. Р 14 (72) Н.H.Блоцкий, С.Г.Дмитриев, В.И. Клабуков, А.В.Пиковский и 10.ГГ.Шакарян (71) Всесоюзный научно-исследовательский институт электроэнергетики (53) 621.313.3-82:072(088.8) (56) 1. Гидроаккумулирующие станции.

Под ред. Л.Б.Шейнмана. М., Энергия, 1978.

2. Мип0етапп Е.М. HydrauRishe

Maschinen fur PumpspeicheranEagen

und UergRuche von Kocten, W1rkungsgraden und Anfahrzeiten. — Escher

Wyss.Mitt. 1972, 45, 8 l 3-11 °

3. Suzyki Noborn. PoRe — changing

type hydrogenerator. — "Hitachi

Rev.", 1973, 22 Р 4, 168-177.

4. Патент Швейцарии и 490609, кл F 03 В 15/00, 1970. (54)(57) ГИДРОЭНЕРГЕТИЧЕСКАЯ УСТАНОВКА, содержащая гидромашину, датчики уровней верхнего и нижнего бассейнов, регулятор направлякщего аппарата, датчик напора, задатчнк частоты вращения, датчик частоты вращения, электрическую машину, при этом выходы датчиков уровней верх,Я0„„1086540 A него и нижнего бассейнов соединены с входами датчика напора, выход которого соединен с первьэе входом задатчика частоты вращения, электрическая машина расположена на одном валу с гндрсмашиной и датчиком частоты вращения, выводы статорных обмоток электрической машины связаны с сетью переменного тока, о т л нч а ю щ а я с я тем, что, с целью повышения КПД и упрощения, в нее дополнительно введены датчик мощности и датчик частоты сети, а s качестве электрической машины использована асинхронизированная синхронная машина (АСМ), снабженная преобразователем частоты с непосредственной связью в цепи ротора и регуля9 тором, причем вход датчика мощности подключен к выводам статорных обмоток

АСМ, выход датчика мощности соединен с входом регулятора направляющего аппарата и вторыа входом эадатчнка частоты вращения, выход которого подключен к первому входу регулятора АСМ, второй вход которого соединен с выходом датчике частоты вращения, а третий. вход подключен к выходу датчика частоты сети.

1086540

Изобретение относится к области электротехники, в частности к управлению агрегатами гидроэлектростанции.

Многие гидроэнергетические установки, служащие для преобразования гидравлической энергии в электрическую и наоборот (турбина — генератор, насос — двигатель, обратимая гидромашина - обратимая электрическая машина), работают в условиях изме- 10 някщихся напоров. Изменение напора по отношению к расчетному вызывает ухудшение КПД агрегата в целом и особенно ухудшение КПД гидромашины и чем значительнее изменение 15 напора, тем значительнее изменение

КПД. Добиться поддержания максимального для каждого из напоров значения КПД при изменении напора можно путем регулиронания частоты вращения 20 гидротурбины (насоса).

Известны гидроэнергетические установки, применяющиеся на гидроаккумулирующих электростанциях, в которых для повышения КПД нашли применение 4-машинные 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 ill„ (2J и (3$.

Недостатки устройства - значительные капитальные затраты, особенно на строительную часть при 40 применении 4 и 3-машинных агрегатов, а также невозможность поддержания высокого значения КПД при изменении напора в пределах каждого из режимОв (турбиннОГО или HBcocнОГО) 4

Наиболее близким по технической сущности к изобретению является гидроэнергетическая установка, содержащая датчики уровня верхнего и HH)KHего бассейнОв, Обратимую Гид ромашину, регулятор направляющего аппарата, датчик напора, задатчик частоты вращения, датчик частоты вращения, обратимую электрическую машину, первые иннертор и выпрямитель, вторые инвертор и выпрямитель, регуляторы соответственно первого и второго инверторов, задатчик частоты тока первого инвертора и пять коммутирующих аппаратов. Выход датчика уровня верхнего бассейна и ны- á0 ход датчика уровня нижнего бассейна соединены с входами датчика напора, выход датчика напора соединен с первым входом задатчика частоты вращения агрегата, второй вход задатчика частоты вращения соединен с выходом датчика частоты вращения, датчик частоты нращения 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 нходом регулятора первого инвертора, вырабатывающего в насосном режиме сигнал управления н Функции разности частоты тока первого инвертора и заданной частоты, второй вход регулятора соединен с выходом задатчика частоты тока первого инвертора. Обмотки статора электрической машины через преобразователи со звеном постоянного тока (иннерторныпрямитель и выпрямитель — иннертор) и соответствую ие коммутирующие аппараты подключены к сети переменного тока. К входам управления инверторон 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 аг. регата 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. Использование в устройстве преобразователей со звеном постоянного тока (выпрямитель - инвертор) снижает получаемый эффект от регулирования частоты нращения из-за двойного поеобоазования 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 устанонку, 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 датчиком ча

1086540 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 (ACM), снабженная преобразователем частоты с непосредственной связью в цепи ротора и регулятором, гричем вход .датчика 10 мощности подключен к выводам статорных обмоток ACN, 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 асинхронизирова н н ую си нхр он н ую маши н у 1, расположенную на одном валу с гидромашиной 2 и датчиком 3 частоты вращения. Статорными обмотками ACN свя. зана с сетью 4 переменного тока, например, через коммутирующий аппарат 5, к которой подсоединен датчик 6 частоты сети. В цепь ротора

ACN включен преобразователь частоты, питание которого может быть обеспечено или через специальный трансформатор, первичная обмотка 35 которого подключается к питающей сети, или от какого-либо другого источника. Вход управления преобразователя 7 соединен с выходом регулятора 8 АСМ, первый вход которого 4() соединен с выходом задатчика 9 частоты вращения, второй вход регулятора

8 соединен с выходом датчика 3 час-. тоты вращения, а к третьему входу регулятора 8 подключен выход датчика б частоты сети. Первый вход задатчика 9 частоты вращения соединен с выходом датчика 10 напора, к входам которого подсоединены вы.ходы 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 преобра зователь или потенциометрическая схема.

Работа установки осуществляется следующим образом.

При работе установки в турбинном (генераторном) или насосном (двигательном) режиме данные о величине напора и величине нагрузки поступают соответственно с датчика 10 напора и датчика 13 мощности (нагрузки) в задатчик 9 частоты вращения, где отрабатывается сигнал, соответствующий оптимальной частоте вращения гидромашины. Этот сигнал поступает в регулятор 8 асинхронизированной синхронной машины 1, где сравнивается с фактической частотой вращения. выходной сигнал регулятора усиливается по мощности преобразователем 7 частоты и вводится в цепь ротора машины 1 ° Электрическая машина 1 отрабатывает полученный сигнал, изменяя частоту вращения агрегата (гидромашина — элект рическая машина) до тех пор, пока не установится требуемая для данных

1 напора и мощности частота вращения.

;По сигналу с датчика 13 мощности, поступающему на регулятор 14 и соответственно воздействующему на серводвигатель направляющего аппарата гидромашины, устанавливается необходимое открытие направляющего аппарата. Чак обеспечивается получение оптимального режима работы агрегата.

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-бЪ во всех четырех режимах работы (прямом турбинном, обратном турбинном, прямом насосном и обратном насосном).

1086540

Составитель К.Фотина

Редактор О.Колесникова Техред В.далекорей

Корректор С. Шекмар

Подписное

Филиал ППП Патент, r. Ужгород, ул. Проектная, 4

Заказ 2264/51 Тираж 667

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5