Результат интеллектуальной деятельности: УСТРОЙСТВО ГАРАНТИРОВАННОГО ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЯ

Изобретение относится к области энергообеспечения и электроэнергетики и может быть использовано для гарантированного электроснабжения ответственных потребителей как при наличии, так и отсутствии централизованной системы электроснабжения. Устройство может быть использовано при энергоснабжении территориально-рассредоточенных объектов минерально-сырьевого комплекса, удаленных от централизованных систем электроснабжения.

Известно устройство бесперебойного электроснабжения ответственных потребителей (патент RU 2321936, д. пр. 20.11.2006), подключенное к трехфазной сети, содержащее генератор, трехфазный выпрямитель, инвертор, шины постоянного и переменного тока. Выпрямитель и инвертор последовательно соединены через шины постоянного тока и образуют блок развязки с энергосистемой, который своим выходом параллельно с генератором подключен к шине переменного тока, от которой запитаны через средства автоматического отключения неответственные и напрямую ответственные потребители электроснабжения. Мощность ответственных потребителей не должна превышать мощность генератора, суммарная мощность всех потребителей не должна превышать мощность генератора на величину более 50%, а мощности выпрямителя и инвертора должны быть не ниже мощности ответственных потребителей, при этом средства автоматического отключения неответственных потребителей образуют несколько ступеней частотной разгрузки.

Недостатками устройства являются зависимость от внешнего электроснабжения и непрерывность работы генератора.

Известно устройство для аварийного электроснабжения ответственного потребителя (патент RU 2013843, д. пр. 09.07.1991), в котором решение задачи регулирования напряжения в процессе выбега осуществляется подключением дополнительных батарей конденсаторов с помощью тиристорных ключей, для чего в устройство введены нуль-органы, трансформатор напряжения, фазосдвигающие блоки, одновибраторы и логические элементы И. Каждая фаза батареи дополнительных конденсаторов разделена на секции, а каждая секция конденсаторов снабжена логическим элементом И и тиристорным ключом. Это обеспечивает отсутствие коммутационных перенапряжений при подключении секций дополнительных конденсаторов.

Недостатками устройства являются зависимость от внешнего электроснабжения, непрерывность работы генератора и большое количество конденсаторов.

Известна система бесперебойного электропитания (патент RU 2071626, д. пр. 10.08.1994), содержащая n-однофазных синхронных источников переменного тока, которые через однонаправленный элемент переменного тока подключены к нагрузке. Каждый однонаправленный элемент выполнен в виде четырех однонаправленных электрических ключей двух типов. Каждые два разнотипных ключа соединены параллельно и включены между одним из полюсов источника и нагрузкой, их управляющие входы подключены к другому полюсу источника. При этом исключается обратная передача энергии от нагрузки к источнику при отключении одного из источников и его выходе из строя.

Недостатком устройства является наличие нескольких источников переменного тока.

Известно устройство гарантированного электроснабжения ответственных потребителей (патент RU 2410816, д. пр. 10.03.2009), принятое за прототип, подключенное к газопоршневой автономной электростанции, содержащее резервный дизель-генератор, блок развязки с энергосистемой, состоящей из выпрямителя, соединенного через шины постоянного тока с инвертором, источника бесперебойного питания или аккумуляторной батареи, и выключатель, использующийся для подключения автономной электростанции или аккумуляторной батареи к шине переменного тока; выключатель, использующийся для подключения дизель-генератора, средства автоматического отключения отключаемых потребителей электроснабжения различной степени ответственности и напрямую ответственных потребителей и систему управления, предназначенную для согласования работы газопоршневой электростанции, дизель-генератора и источника бесперебойного питания, которая своими управляющими действиями воздействует на источник бесперебойного питания, и дизель-генератор.

Недостатком устройства является опасность увеличения угла фазового рассогласования между одноименными напряжениями на выходе источника бесперебойного питания и дизель-генератора.

Технический результат изобретения заключается в обеспечении синхронизированного переключения различных источников электрической энергии с допустимым углом фазового рассогласования между их выходными напряжениями.

Технический результат изобретения достигается тем, что устройство гарантированного электроснабжения, подключенное к газопоршневой автономной электростанции, содержащее резервный дизель-генератор, блок развязки с энергосистемой, состоящий из выпрямителя, соединенного последовательно через шины постоянного тока с инвертором, и подключенный к шине постоянного тока источник бесперебойного питания или аккумуляторную батарею, выключатель для подключения автономной электростанции к шине переменного тока, выключатель для подключения аккумуляторной батареи к шине переменного тока, выключатель для подключения дизель-генератора к шине переменного тока, средства автоматического отключения полностью и частично отключаемых, а также неотключаемых потребителей, систему управления, подключенную к газопоршневой электростанции, дизель-генератору и источнику бесперебойного питания; шину переменного тока, от которой запитаны через средства автоматического отключения электроснабжения полностью и частично отключаемые, а также неотключаемые потребители, причем газопоршневая автономная электростанция подключена к шине переменного тока через блок развязки с энергосистемой, а источник бесперебойного питания или аккумуляторная батарея подключены к шине постоянного тока, расположенной между выходом выпрямителя и входом инвертора, снабжено тиристорными устройствами автоматического ввода резерва, одно из которых подключено параллельно выключателю для подключения автономной электростанции к шине переменного тока, а другое подключено параллельно выключателю для подключения дизель-генератора к шине переменного тока, и тиристорным коммутатором, подключенным параллельно выключателю для подключения аккумуляторной батареи к шине переменного тока, причем выходы системы управления подключены к входам тиристорных устройств автоматического ввода резерва и тиристорного коммутатора.

Предлагаемое устройство поясняется чертежом, представленным на фиг.1, где показана структура устройства. На фиг.1: 1 - газопоршневая автономная электростанция; 2 - резервный дизель-генератор; 3 - блок развязки с энергосистемой; 4 - инвертор; 5 - источник бесперебойного питания или аккумулятор; 6 - выпрямитель; 7 - выключатель для подключения выпрямителя к шине переменного тока; 8 -выключатель для подключения автономной электростанции к шине переменного тока; 9 - тиристорное устройство автоматического ввода резерва; 10 - выключатель для подключения аккумуляторной батареи к шине переменного тока; 11 - тиристорный коммутатор; 12 - средства автоматического отключения полностью отключаемых потребителей; 13 - полностью отключаемые потребители; 14 - средства автоматического отключения частично отключаемых потребителей; 15 - частично отключаемые потребители; 16 - система управления; 17 - выключатель, использующийся для подключения дизель-генератора; 18 - тиристорное устройство автоматического ввода резерва; 19 - неотключаемые потребители; 20 - шины переменного тока; 21 - шины постоянного тока.

Газопоршневая автономная электростанция 1 подключена к блоку 3 развязки с энергосистемой, который состоит из инвертора 4, источника бесперебойного питания или аккумулятора 5, выпрямителя 6, выключателя 7 для подключения выпрямителя к шине переменного тока, и шин постоянного тока 21. Блок 3 развязки с энергосистемой посредством выключателя 8 для подключения автономной электростанции к шине переменного тока и выключателя 10 для подключения аккумуляторной батареи к шине переменного тока соединен с шинами переменного тока 20. Параллельно выключателю 8 подключено тиристорное устройство автоматического ввода резерва 9, а параллельно выключателю 10 подключен тиристорный коммутатор 11. К шинам переменного тока 20 с помощью средств 12 автоматического отключения полностью отключаемых потребителей подключены полностью отключаемые потребители 13 (первая ступень автоматической разгрузки) и с помощью средств 14 автоматического отключения частично отключаемых потребителей подключены частично отключаемые потребители 15 (вторая ступень автоматической разгрузки). К шинам переменного тока 20 непосредственно подключены неотключаемые потребители 19 и посредством выключателя 17 для подключения дизель-генератора подключен дизель-генератор 2. Параллельно выключателю 17 подключено тиристорное устройство автоматического ввода резерва 18. Система управления 16 соединена со средствами 12 автоматического отключения полностью отключаемых потребителей, средствами 14 автоматического отключения частично отключаемых потребителей, источником бесперебойного питания 5, тиристорными устройствами автоматического ввода резерва 9 и 18, тиристорным коммутатором 11, газопоршневой автономной электростанцией 1, дизель-генератором 2.

Устройство гарантированного электроснабжения неотключаемых потребителей работает следующим образом. В нормальном режиме электроснабжение всех потребителей осуществляют газопоршневой автономной электростанцией 1. В аварийной ситуации во время запуска и выхода на номинальный режим дизель-генератора 2 электроснабжение неотключаемых потребителей осуществляют источником бесперебойного питания 5. Для ликвидации дефицита мощности дизель-генератора 2 осуществляется поочередное отключение потребителей в соответствии со ступенями разгрузки. Алгоритм переключения между тремя источниками электроснабжения и согласование их совместной работы заложен в системе управления 16.

При запуске дизель-генератора 2 и его последующем подключении к потребителям, которые получают питание от источника бесперебойного питания 5, возникает опасность увеличения угла фазового рассогласования между одноименными напряжениями U_ИБП на выходе источника бесперебойного питания 5 и U_ДГ дизель-генератора 2. Возможность подключения дизель-генератора 2 к шинам переменного тока 20 без возникновения сверхтоков существует, если угол фазового рассогласования между соответствующими напряжениями не превышает 30 электрических градусов. В противном случае происходит рост токов вплоть до двухкратного в случае подключения дизель-генератора 2 к шинам переменного тока 20 в момент нахождения фаз в противофазе, что приведет к срабатыванию средств релейной защиты и автоматики с возникновением перерыва электроснабжения, приводящего к нарушению технологического процесса.

Для подключения дизель-генератора 2 без рассогласования фаз между его выходным напряжением с выходным напряжением источника бесперебойного питания 5 параллельно выключателю 17 подключено тиристорное устройство автоматического ввода резерва 18.

Тиристорное устройство автоматического ввода резерва предназначено для сохранения в работе неотключаемых потребителей при возникновении аварийного режима - потери питающего напряжения на одном из вводов, путем максимально быстрого переключения на исправный ввод без возникновения сверхтоков. Оптимизация переходных процессов обеспечивается синхронизацией момента включения тиристорного устройства автоматического ввода резерва с углом расхождения фаз напряжений на клеммах генератора с напряжением на выходе источника бесперебойного питания диапазоне от 0 до 30 электрических градусов. Тиристорное устройства автоматического ввода резерва позволяет осуществлять синхронное переключение питаемой нагрузки на дизель-генератор с углом фазового рассогласования не более 30 электрических градусов, а также контролировать восстановление напряжения в основной сети с автоматическим переключением на нормальную схему электроснабжения после восстановления напряжения на неисправном вводе.

При восстановлении нормального режима электроснабжения от газопоршневой автономной электростанции 1 также существует опасность увеличения угла фазового рассогласования между одноименными напряжениями U_ГАЭ на выходе газопоршневой автономной электростанции 1 и U_ДГ дизель-генератора 2. Для предотвращения этого параллельно выключателю 8 подключено тиристорное устройство автоматического ввода резерва 9.

После ликвидации аварийного режима срабатывает тиристорный коммутатор 11, включенный параллельно выключателю 10, для исключения возможности перетока энергии от инвертора 4 в сеть.

Система управления 16 контролирует совместную работу тиристорных устройств автоматического ввода резерва 9 и 18 и тиристорного коммутатора 11 для обеспечения синхронизации ввода в работу различных источников электроснабжения.

Таким образом, устройство обеспечивает гарантированное электроснабжение неотключаемых потребителей с надлежащим уровнем синхронизации выходных напряжений различных источников электроэнергии.