Энергосистема

Изобретение относится к области возобновляемых энергий. Энергосистема имеет ветросиловую или гидросиловую турбину 1, соединенную с генератором 2. Генератор 2 имеет, по меньшей мере, две обмотки 3 статора. Каждая обмотка 3 статора подсоединена соответственно к одному выпрямительному элементу 4. Каждая обмотка 3 статора соединена со стороной переменного напряжения подсоединенного выпрямительного элемента 4. Каждый выпрямительный элемент 4 подсоединен соответственно к одному контуру 5 аккумулирования энергии. Каждый выпрямительный элемент 4 на стороне постоянного напряжения параллельно соединен с подсоединенным контуром 5 аккумулирования энергии. Контуры 5 аккумулирования энергии последовательно соединены друг с другом. Изобретение направлено на упрощение конструкции и повышение надежности энергосистемы. 23 з.п. ф-лы, 4 ил.

 

Изобретение относится к области возобновляемых энергий. Оно базируется на энергосистеме в соответствии с ограничительной частью независимого пункта формулы изобретения.

Ветровые энергосистемы, которые ввиду уменьшающихся энергоресурсов все более активно используются в качестве альтернативных поставщиков энергии, сооружаются преимущественным образом на побережье или у морских побережий. Приливные энергосистемы также устанавливаются обычно на морском дне, причем амплитуда прилива или течение морской воды используются в качестве первичного источника энергии.

Ветровая энергосистема в соответствии с оригинальной версией представлена в «Power Quality Measurements Performed on a Large Wind Park at Low and Medium Voltage Level», E.Ghiani et al., International Conference on Power System Transients, 4 - 7. Juni 2007. Представленная там ветровая энергосистема имеет ветросиловую турбину, которая соединена с генератором, причем генератор включает в себя обычно, по меньшей мере, две обмотки статора. Обмотки статора соединены с трансформатором, предназначенным для создания высокого переменного напряжения, благодаря чему эта электроэнергия с малыми потерями и эффективно может затем транспортироваться дальше.

Однако именно у ветровых энергосистем, устанавливаемых в прибрежной морской зоне, или у приливных энергосистем, устанавливаемых обычно ниже уровня поверхности воды, наличие трансформатора, в частности, масляного трансформатора, нежелательно в силу особенностей монтажа, а также из соображений технического обслуживания. К тому же сильно увеличивается частота отказов и подверженность энергосистемы помехам, а также понижается степень готовности оборудования в случае, если трансформатор обслуживается не достаточным образом и не регулярно.

Задачей изобретения является поэтому создание энергосистемы, имеющей простую конструкцию, являющейся надежной в работе и не требующей трансформатора. Эта задача решается посредством признаков пункта 1 формулы изобретения. В зависимых пунктах формулы изобретения представлены предпочтительные варианты осуществления изобретения.

Энергосистема в соответствии с изобретением включает в себя ветросиловую турбину или гидросиловую турбину, соединенную с генератором, причем генератор имеет, по меньшей мере, две обмотки статора. В соответствии с изобретением каждая обмотка статора подсоединена соответственно к одному выпрямительному элементу, и каждая обмотка статора соединена со стороной переменного напряжения подсоединенного выпрямительного элемента. Количество выпрямительных элементов соответствует, таким образом, количеству обмоток статора. Далее каждый выпрямительный элемент подсоединен соответственно к одному контуру аккумулирования энергии, и каждый выпрямительный элемент на стороне постоянного напряжения параллельно соединен с подсоединенным контуром аккумулирования энергии. Количество контуров аккумулирования энергии соответствует, таким образом, количеству выпрямительных элементов. Далее контуры аккумулирования энергии последовательно соединены друг с другом. По меньшей мере, два выпрямительных элемента создают на соответствующей стороне постоянного напряжения, то есть на подсоединенном контуре аккумулирования энергии, постоянное напряжение, причем за счет последовательного подключения контуров аккумулирования энергии постоянные напряжения суммируются, так что предпочтительно выявляется высокое общее постоянное напряжение на контурах аккумулирования энергии. Трансформатор для создания высокого переменного напряжения является вследствие этого излишним, и им можно с преимуществом пренебречь. С помощью передачи «среднее напряжение - постоянный ток» или передачи «высокое напряжение - постоянный ток» () можно, к примеру, с малыми потерями и эффективно транспортировать эту электроэнергию дальше. Так как энергосистема в соответствии с изобретением не имеет трансформатора, отпадает также необходимость в дорогостоящем монтаже и техническом обслуживании, вследствие чего энергосистема становится в целом проще и надежнее и отличается высокой степенью готовности.

В соответствии с одним вариантом осуществления изобретения контур аккумулирования энергии имеет емкостной энергоаккумулятор. Причем контур аккумулирования энергии может иметь первый емкостной энергоаккумулятор и последовательно подключенный к первому емкостному энергоаккумулятору второй емкостной энергоаккумулятор.

Каждая обмотка статора имеет первое место подсоединения и второе место подсоединения, и что первое место подсоединения соединено со стороной переменного напряжения подсоединенного выпрямительного элемента, а второе место подсоединения посредством точки соединения первого емкостного энергоаккумулятора соединено со вторым емкостным энергоаккумулятором.

Каждая обмотка статора образована посредством трех частей обмотки и, каждая чисть обмотки соединена со стороной переменного напряжения подсоединенного к соответствующей обмотке статора выпрямительного элемента.

К каждому контуру аккумулирования энергии параллельно подключено средство короткого замыкания.

В каждое соединение обмотки статора с выпрямительным элементом к обмотке статора включено разделительное средство, которое предназначено для гальванического отделения обмотки статора.

Каждый выпрямительный элемент может быть выполнен как активный выпрямительный элемент с управляемыми полупроводниковыми силовыми выключателями или как пассивный выпрямительный элемент с пассивными не управляемыми полупроводниковыми силовыми выключателями.

Конденсатор последовательно подключен между обмоткой статора и пассивным выпрямительным элементом.

Каждый выпрямительный элемент выполнен как многопозиционный выпрямитель тока для коммутации множества уровней коммутируемых напряжений.

Эта и другие задачи, преимущества и признаки предложенного на рассмотрение изобретения становятся очевидны на основании последующего детального описания предпочтительных вариантов осуществления изобретения в сочетании с чертежами.

Показано:

фиг.1 первый вариант осуществления энергосистемы в соответствии с изобретением, фиг.2 второй вариант осуществления энергосистемы в соответствии с изобретением,

фиг.3 третий вариант осуществления энергосистемы в соответствии с изобретением,

фиг.4 четвертый вариант осуществления энергосистемы в соответствии с изобретением.

Используемые на чертежах позиции и их обозначения сведены воедино на листе обозначений. В принципе, на чертежах предусмотрены одинаковые детали с одинаковыми обозначениями. Описанные варианты осуществления представлены в качестве примера предмета изобретения и не имеют ограниченного действия.

На фиг.1 представлен первый вариант осуществления энергосистемы в соответствии с изобретением. Энергосистема включает в себя ветросиловую турбину 1, к примеру, в случае ветровой энергосистемы, или гидросиловую турбину 1, к примеру, в случае приливной энергосистемы, которая соединена с генератором 2, причем генератор 2 имеет, по меньшей мере, две обмотки 3 статора. Возможен любой тип генератора, к примеру, синхронная машина, асинхронная машина, машина на постоянном магните, реактивная синхронная машина и т.д. В соответствии с изобретением в целом к каждой обмотке 3 статора соответственно подсоединен выпрямительный элемент 4, и каждая обмотка 3 статора соединена со стороной переменного напряжения подсоединенного выпрямительного элемента 4. Количество выпрямительных элементов 4 соответствует, таким образом, количеству обмоток 3 статора. Далее каждый выпрямительный элемент 4 соединен, соответственно, с контуром 5 аккумулирования энергии, и каждый выпрямительный элемент 4 на стороне постоянного напряжения параллельно соединен с подсоединенным контуром 5 аккумулирования энергии. Количество контуров 5 аккумулирования энергии соответствует, таким образом, количеству выпрямительных элементов 4. Далее контуры 5 аккумулирования энергии последовательно соединены друг с другом. Представленный на фиг.1 вариант осуществления изобретения имеет, к примеру, пять обмоток 3 статора и, следовательно, также пять выпрямительных элементов 4 и, следовательно, также пять контуров 5 аккумулирования энергии. В общем, по меньшей мере, два выпрямительных элемента 4 создают на соответствующей стороне постоянного напряжения, то есть на соответствующем контуре 5 аккумулирования энергии, постоянное напряжение, причем за счет последовательного подключения контуров 5 аккумулирования энергии постоянные напряжения суммируются, так что в предпочтительном варианте получается высокое общее постоянное напряжение на контурах 5 аккумулирования энергии. Трансформатор для создания высокого переменного напряжения благодаря этому становится излишним, и на нем предпочтительным образом можно сэкономить. К тому же уменьшается количество и поперечное сечение необходимых кабелей, которые должны быть проложены к месту подсоединения энергосистемы. С помощью передачи «среднее напряжение - постоянный ток» или передачи «высокое напряжение - постоянный ток» () можно, к примеру, с малыми потерями и эффективно передавать эту электроэнергию дальше, в частности, при наличии ветровой энергосистемы или при наличии приливной энергосистемы, к примеру, на материк. Так как энергосистема в соответствии с изобретением не имеет трансформатора, исключается также дорогостоящий монтаж и техническое обслуживание, вследствие чего энергосистема в целом становится проще и надежнее в работе, а также отличается высокой степенью готовности. Выпрямительные элементы 4 реализованы соответственно как две полумостовые схемы, то есть как полная мостовая схема. Согласно первому варианту осуществления энергосистемы в соответствии с изобретением согласно фиг.1, однако же и в соответствии со вторым, и с третьим, и с четвертым вариантами осуществления согласно фиг.2, или фиг.3, или фиг.4, на которых в дальнейшем мы остановимся более подробно, в общем и целом каждый выпрямительный элемент 4 выполнен как активный выпрямительный элемент 4 с управляемыми полупроводниковыми силовыми выключателями, то есть полная мостовая схема включает в себя управляемые полупроводниковые силовые выключатели. Преимущество активного выпрямительного элемента 4 состоит в лучшей управляемости генератором 2 при изменении нагрузки, к примеру, при порывах ветра или при изменениях потока. Далее возможно приводить в действие генератор 4 посредством двигателя, чтобы позиционировать крестовину ротора относительно положения лопасти винта. В качестве альтернативы и дальнейшего упрощения, прежде всего для уменьшения затрат на управление, возможно также, чтобы в целом каждый выпрямительный элемент 4 был выполнен как пассивный выпрямительный элемент 4 с пассивными не управляемыми полупроводниковыми силовыми выключателями прибора, то есть полная мостовая схема включала бы в себя лишь пассивные, не управляемые полупроводниковые силовые выключатели, такие, к примеру, как силовые диоды. Если выпрямительный элемент 4 выполнен как пассивный выпрямительный элемент 4, а генератор, к примеру, как механизм с постоянным магнитом, то предпочтительно между обмоткой 3 статора и пассивным выпрямительным элементом 4 последовательно подключен конденсатор 8, благодаря чему достигается работа с высоким коэффициентом мощности. В четвертом варианте осуществления изобретения согласно фиг.4 представлено подключение такого конденсатора 8. Далее возможно, чтобы каждый выпрямительный элемент 4, в общем и целом, был выполнен как многопозиционный выпрямитель переменного тока для коммутации множества уровней коммутируемых напряжений.

Согласно фиг.1 контур 5 аккумулирования энергии имеет емкостной энергоаккуумулятор, благодаря чему может быть реализован весьма простой контур 5 аккумулирования энергии. В качестве альтернативы этому, согласно второму варианту осуществления энергосистемы в соответствии с изобретением согласно фиг.2, а также согласно третьему варианту осуществления энергосистемы в соответствии с изобретением согласно фиг.3, возможно также, что контур 5 аккумулирования энергии имеет первый емкостной энергоаккумулятор и последовательно подключенный к первому емкостному энергоаккумулятору второй емкостной энергоаккумулятор, посредством чего с преимуществом может быть получено более высокое постоянное напряжение на каждом контуре 5 аккумулирования энергии.

Согласно фиг.2 каждая обмотка 3 статора имеет первое место подсоединения А и второе место подсоединения В, причем первое место подсоединения А соединено со стороной переменного напряжения присоединенного выпрямительного элемента 4, а второе место подсоединения В соединено с местом соединения первого емкостного энергоаккумулятора со вторым емкостным энергоаккумулятором. В предпочтительном варианте соответствующий выпрямительный элемент 4 согласно фиг.2 может быть реализован как одна единственная полумостовая схема, так что можно сэкономить на переключателе силового полупроводникового прибора в отношении соответствующего выпрямительного элемента 4, который реализован как полная мостовая схема. В целом, вследствие этого, энергосистема становится еще проще.

Согласно фиг.3 каждая обмотка 3 статора образована посредством трех частей 3а, 3b, 3с обмотки, и каждая часть 3а, 3b, 3с обмотки соединена со стороной переменного напряжения подсоединенного к соответствующей обмотке 3 статора выпрямительного элемента 4. В предпочтительном варианте три части 3а, 3b, 3с обмотки подключены в схему соединения звездой, как представлено на фиг.3.

В случае повреждения, к примеру, выпрямительного элемента 4, в соответствии с фиг.1, фиг.2, фиг.3 и фиг.4 к каждому контуру 5 аккумулирования энергии параллельно подключено средство 6 короткого замыкания, которое позволяет осуществить короткое замыкание соответствующего контура 5 аккумулирования энергии. Дальнейшая эксплуатация энергосистемы в предпочтительном варианте возможна, причем общее постоянное напряжение на всех без исключения контурах 5 аккумулирования энергии тогда, естественно, снижается. Понижение общего постоянного напряжения в случае повреждения может быть предотвращено посредством подходящего исполнения энергосистемы, так что именно при коротком замыкании контура 5 аккумулирования энергии посредством оставшихся выпрямительных элементов 4 может быть получено номинальное общее постоянное напряжение. Сверх того, согласно фиг.1, фиг.2, фиг.3 и фиг.4 в каждое соединение к обмотке 3 статора подключено разделительное средство 7, причем разделительное средство 7 предназначено для гальванического отделения обмотки 3 статора. В случае повреждения, к примеру, на обмотке 3 статора, эта обмотка в предпочтительном варианте может быть отделена. Далее, посредством короткого замыкания контура 5 аккумулирования энергии с помощью соответствующего средства 6 короткого замыкания и посредством одновременного отделения соответствующей обмотки 3 статора с помощью разделительного средства 7, соответствующий выпрямительный элемент 4 может быть изолирован, к примеру, с целью осуществления технического обслуживания или проверки и/или с целью его замены.

1. Энергосистема, включающая в себя ветросиловую турбину (1) или гидросиловую турбину (1), которая соединена с генератором (2), причем генератор (2) имеет, по меньшей мере, две обмотки (3) статора и каждая обмотка (3) статора присоединена, соответственно, к одному выпрямительному элементу (4), и каждая обмотка (3) статора соединена со стороной переменного напряжения подсоединенного выпрямительного элемента (4), отличающаяся тем, что каждый выпрямительный элемент (4) присоединен, соответственно, к одному контуру 5 аккумулирования энергии, и каждый выпрямительный элемент (4) на стороне постоянного напряжения параллельно соединен с подсоединенным контуром 5 аккумулирования энергии, и что контуры 5 аккумулирования энергии последовательно соединены друг с другом.

2. Энергосистема по п.1, отличающаяся тем, что контур 5 аккумулирования энергии имеет емкостной энергоаккумулятор.

3. Энергосистема по п.1, отличающаяся тем, что контур 5 аккумулирования энергии имеет первый емкостной энергоаккумулятор и последовательно подключенный к первому емкостному энергоаккумулятору второй емкостной энергоаккумулятор.

4. Энергосистема по п.3, отличающаяся тем, что каждая обмотка (3) статора имеет первое место (А) подсоединения и второе место (В) подсоединения и что первое место (А) подсоединения соединено со стороной переменного напряжения подсоединенного выпрямительного элемента (4), а второе место (В) подсоединения посредством точки соединения первого емкостного энергоаккумулятора соединено со вторым емкостным энергоаккумулятором.

5. Энергосистема по любому из пп.1-3, отличающаяся тем, что каждая обмотка (3) статора образована посредством трех частей (3а, 3b, 3с) обмотки и что каждая часть (3а, 3b, 3с) обмотки соединена со стороной переменного напряжения подсоединенного к соответствующей обмотке (3) статора выпрямительного элемента (4).

6. Энергосистема по любому из пп.1-4, отличающаяся тем, что к каждому контуру (5) аккумулирования энергии параллельно подключено средство (6) короткого замыкания.

7. Энергосистема по п.5, отличающаяся тем, что к каждому контуру (5) аккумулирования энергии параллельно подключено средство (6) короткого замыкания.

8. Энергосистема по любому из пп.1-4, 7, отличающаяся тем, что в каждое соединение обмотки (3) статора с выпрямительным элементом (4) к обмотке (3) статора включено разделительное средство (7), причем разделительное средство (7) предназначено для гальванического отделения обмотки (3) статора.

9. Энергосистема по п.5, отличающаяся тем, что в каждое соединение обмотки (3) статора с выпрямительным элементом (4) к обмотке (3) статора включено разделительное средство (7), причем разделительное средство (7) предназначено для гальванического отделения обмотки (3) статора.

10. Энергосистема по п.6, отличающаяся тем, что в каждое соединение обмотки (3) статора с выпрямительным элементом (4) к обмотке (3) статора включено разделительное средство (7), причем разделительное средство (7) предназначено для гальванического отделения обмотки (3) статора.

11. Энергосистема по любому из пп.1-4, 7, 9, 10, отличающаяся тем, что каждый выпрямительный элемент (4) выполнен как активный выпрямительный элемент с управляемыми полупроводниковыми силовыми выключателями.

12. Энергосистема по п.5, отличающаяся тем, что каждый выпрямительный элемент (4) выполнен как активный выпрямительный элемент с управляемыми полупроводниковыми силовыми выключателями.

13. Энергосистема по п.6, отличающаяся тем, что каждый выпрямительный элемент (4) выполнен как активный выпрямительный элемент с управляемыми полупроводниковыми силовыми выключателями.

14. Энергосистема по п.8, отличающаяся тем, что каждый выпрямительный элемент (4) выполнен как активный выпрямительный элемент с управляемыми полупроводниковыми силовыми выключателями.

15. Энергосистема по любому из пп.1-4, 7, 9, 10, отличающаяся тем, что каждый выпрямительный элемент (4) выполнен как пассивный выпрямительный элемент с пассивными не управляемыми полупроводниковыми силовыми выключателями.

16. Энергосистема по п.5, отличающаяся тем, что каждый выпрямительный элемент (4) выполнен как пассивный выпрямительный элемент с пассивными не управляемыми полупроводниковыми силовыми выключателями.

17. Энергосистема по п.6, отличающаяся тем, что каждый выпрямительный элемент (4) выполнен как пассивный выпрямительный элемент с пассивными не управляемыми полупроводниковыми силовыми выключателями.

18. Энергосистема по п.8, отличающаяся тем, что каждый выпрямительный элемент (4) выполнен как пассивный выпрямительный элемент с пассивными не управляемыми полупроводниковыми силовыми выключателями.

19. Энергосистема по п.15, отличающаяся тем, что конденсатор (8) последовательно подключен между обмоткой (3) статора и пассивным выпрямительным элементом (4).

20. Энергосистема по любому из пп.16-18, отличающаяся тем, что конденсатор (8) последовательно подключен между обмоткой (3) статора и пассивным выпрямительным элементом (4).

21. Энергосистема по п.11, отличающаяся тем, что каждый выпрямительный элемент (4) выполнен как многопозиционный выпрямитель тока для коммутации множества уровней коммутируемых напряжений.

22. Энергосистема по любому из пп.12-14, 16-19, отличающаяся тем, что каждый выпрямительный элемент (4) выполнен как многопозиционный выпрямитель тока для коммутации множества уровней коммутируемых напряжений.

23. Энергосистема по п.15, отличающаяся тем, что каждый выпрямительный элемент (4) выполнен как многопозиционный выпрямитель тока для коммутации множества уровней коммутируемых напряжений.

24. Энергосистема по п.20, отличающаяся тем, что каждый выпрямительный элемент (4) выполнен как многопозиционный выпрямитель тока для коммутации множества уровней коммутируемых напряжений.