(19) BY (11) 10605

(13) U (46) 2015.04.30

(51) МПК H 02J 7/22 (2006.01)

ОПИСАНИЕ ПОЛЕЗНОЙ МОДЕЛИ К ПАТЕНТУ (12)

РЕСПУБЛИКА БЕЛАРУСЬ

НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ

СОБСТВЕННОСТИ

(54) СИСТЕМА НАКОПЛЕНИЯ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ЭНЕРГИИ И ОПТИМИЗАЦИИ ПАРАМЕТРОВ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ СЕТИ

(21) Номер заявки: u 20140355 (22) 2014.10.02 (71) Заявитель: Научно-производствен-

ное общество с ограниченной от-ветственностью "Фенокс" (BY)

(72) Авторы: Арбузов Виталий Иванович; Гинзбург Марат Львович (BY)

(73) Патентообладатель: Научно-производ-ственное общество с ограниченной от-ветственностью "Фенокс" (BY)

(57) Система накопления электрической энергии и оптимизации параметров электрической

сети, содержащая аккумулятор, реверсивный инвертор, сеть переменного тока, автоном-ную нагрузку, выключатели, отличающаяся тем, что содержит синхронный генератор с приводным двигателем и обмоткой возбуждения, блок компаундирования, синхронный компенсатор с обмоткой возбуждения, блок точной синхронизации, блок автоматического регулирования, трансформатор, понижающий напряжение и соединенный с реверсивным инвертором и аккумулятором, причем блок автоматического регулирования соединен с синхронным генератором и с синхронным компенсатором с возможностью регулирования величины частоты и напряжения на зажимах синхронного генератора и синхронного ком-пенсатора, а синхронный компенсатор соединен с устройством точной синхронизации че-рез генераторный выключатель синхронного компенсатора и с сетью потребителей через шинный выключатель синхронного компенсатора.

BY

106

05 U

201

5.04

.30

BY 10605 U 2015.04.30

2

(56) 1. RU 2512880, 2014.

Система накопления электрической энергии и оптимизации параметров электрической сети.

Полезная модель относится к преобразовательной технике и предназначена для созда-ния накопителя электрической энергии и оптимизации режимов работы электрической сети.

Известно большое количество схем систем накопления электрической энергии и оп-тимизации параметров сети во всех диапазонах нагрузок.

Наиболее близким аналогом по совокупности признаков, принятым в качестве прото-типа, является система накопления энергии на базе аккумуляторных батарей и суперкон-денсатора с функцией улучшения качества сети [1]. Данная система накопления электрической энергии содержит аккумуляторные батареи, предохранители, двунаправ-ленные инверторы, систему управления инверторами, систему управления системой нако-пления, контактор системы накопления, контактор сети переменного тока, сеть переменного тока, автономную нагрузку. Дополнительно система содержит батареи су-перконденсаторов, двунаправленный инвертор суперконденсаторов, модуль предзаряда суперконденсаторов, двунаправленный инвертор сети постоянного тока, контактор сети постоянного тока, сеть постоянного тока, модуль контроля качества сети, систему управ-ления активным восстановителем качества сети, тиристорный коммутатор компенсирую-щих конденсаторов, батарею компенсирующих конденсаторов, модуль контроля качества сети. Батарея суперконденсаторов подключена к двунаправленному инвертору суперкон-денсаторов, подключенному к контактору системы накопления. Тиристорный коммутатор компенсирующих конденсаторов подключен к контактору сети переменного тока и к сис-теме управления системой накопления. Двунаправленный инвертор сети постоянного тока подключен к контактору системы накопления, системе управления инверторами и к кон-тактору сети постоянного тока, который подключен к сети постоянного тока и системе управления системой накопления.

Недостатками данной системы являются: лавинообразный рост напряжения при его повышении, что ведет к возможному выхо-

ду из строя энергоустановок потребителей и их отключение; недостаточное устранение колебаний напряжения и частоты на зажимах статора гене-

ратора и в распределительной сети; отсутствие возможности плавного регулирования компенсации реактивной мощности

в сети нагрузки. Задачей настоящей полезной модели является обеспечение достаточного накопления

энергии, устранение колебаний напряжения и частоты на зажимах статора генератора и устранение лавинообразного роста напряжений. Поставленная задача решается за счет то-го, что заявляемая система накопления электрической энергии и оптимизации параметров электрической сети содержит аккумулятор, реверсивный инвертор, сеть переменного тока, автономную нагрузку, выключатели, синхронный генератор с приводным двигателем и обмоткой возбуждения, блок компаундирования, синхронный компенсатор с обмоткой возбуждения, блок точной синхронизации, блок автоматического регулирования, транс-форматор, понижающий напряжение и соединенный с реверсивным инвертором и акку-мулятором. Блок автоматического регулирования соединен с синхронным генератором и с синхронным компенсатором и регулирует величину частоты и напряжения на зажимах синхронного генератора и синхронного компенсатора. Синхронный компенсатор соеди-

BY 10605 U 2015.04.30

3

нен с устройством точной синхронизации через генераторный выключатель синхронного компенсатора и с сетью потребителей через шинный выключатель синхронного компенса-тора.

Недостатки прототипа устраняются тем, что баланс реактивной мощности системы обеспечивается за счет внедрения синхронного компенсатора и блока электронного регу-лирования системы накопления электрической энергии и оптимизации параметров элек-трической сети, что позволяет осуществлять регулирование потока реактивной мощности в индуктивном и емкостном режимах, исключает лавинообразный рост напряжений. На-личие синхронного компенсатора обеспечивает более экономичную и плавную компенса-цию величины реактивной мощности в сети высокого напряжения потребителя. Система накопления электрической энергии и оптимизации качества сети обеспечивает мягкий пуск синхронного компенсатора на скользящих параметрах по частоте и напряжению за счет регулирования числа оборотов приводного двигателя синхронного генератора и за счет программного регулирования напряжения на зажимах статора синхронного генерато-ра и синхронного компенсатора и наличия блок электронного регулирования.

Заявляемая полезная модель поясняется фигурой, на которой представлена общая схе-ма системы накопления электрической энергии и оптимизации параметров электрической сети.

Система накопления электрической энергии и оптимизации параметров электрической сети включает собственно синхронный генератор 1 с обмоткой 2 возбуждения, приводной двигатель 3, устройство компаундирования 4 генератора 1, генераторный выключатель 5, синхронный компенсатор 6 с обмоткой возбуждения, устройство точной синхронизации 8, блок автоматического регулирования 9, понижающий трансформатор 10. Синхронный компенсатор соединен через генераторный выключатель 11 синхронного компенсатора с устройством точной синхронизации 8, а через шинный выключатель 12 синхронного ком-пенсатора с сетью 13 потребителей электрической энергии. Синхронный генератор 1 со-единен с понижающим трансформатором 10 через генераторный выключатель 5 и выключатель 14 трансформатора. Понижающий трансформатор 10 соединен с реверсив-ным инвертором 15 и накопителем 16 электрической энергии. Блок автоматического регу-лирования 9 соединен с синхронным генератором 1 и с синхронным компенсатором 6 и содержит регулятор напряжения и частоты синхронного генератора, регулятор тока син-хронного генератора и синхронного компенсатора, регулятор баланса реактивной мощно-сти между синхронным генератором и синхронным компенсатором (на фигуре не показаны).

В качестве накопителя электрической энергии может быть использован ионнолитие-вый аккумулятор.

Назначение понижающего трансформатора 10 - согласование напряжения накопителя электрической энергии с высоковольтной сетью (сеть генератора и компенсатора).

Устройство компаундирования 4 регулирует величину напряжения на обмотках стато-ра генератора 1 в функции тока нагрузки, т.е. компенсирует величину падения напряже-ния на обмотках статора в зависимости от тока нагрузки.

Реверсивный инвертор 15 осуществляет преобразование постоянного тока в перемен-ный, а в цикле зарядки аккумулятора переменного в постоянный ток.

Устройство накопления электрической энергии и оптимизации параметров электриче-ской сети работает следующим образом. Приводной двигатель 3 синхронного генератора вращает его ротор. Возбуждение синхронного генератора 1 осуществляется пуском сигна-ла на обмотку 2 возбуждения синхронного генератора. Пуск синхронного компенсатора 6 происходит от синхронного генератора 1. Генераторный выключатель 11 синхронного компенсатора включает статор синхронного компенсатора 6 в цикле пуска путем включе-ния пускового выключателя 17 синхронного компенсатора с последующим регулировани-ем частоты вращения приводного двигателя 3 синхронного генератора и регулированием

BY 10605 U 2015.04.30

4

величины частоты и напряжения на зажимах синхронного генератора 1 и синхронного компенсатора 6. Регулирование осуществляется блоком автоматического регулирования 9 на скользящих параметрах, т.е. изменяющихся во времени плавно и на регулируемую ве-личину. Сеть 13 потребителей электрической энергии в цикле пуска должна быть отклю-чена шинным выключателем 12 синхронного компенсатора и шинным выключателем 18 синхронного генератора. После пуска пусковой выключатель 17 отключается. Синхрон-ный компенсатор 6 плавно проворачивается до синхронных оборотов и через устройство точной синхронизации 8 включается в сеть потребителя через шинный выключатель 12 для регулирования величины реактивной мощности в сети потребителей. Синхронный компенсатор 6 остается в работе постоянно. Режим компенсации реактивной мощности обеспечен блоком автоматического регулирования 9 за счет регулирования уровня возбу-ждения синхронного компенсатора 6.

После пуска синхронного компенсатора 6 и выключения пускового выключателя 17 синхронного компенсатора работа основного источника энергии - синхронного генератора 1 - осуществляется при номинальном напряжении и частоте путем включения шинным выключателем 18 синхронного генератора через устройство точной синхронизации 8. По-сле включения в сеть возбуждение синхронного генератора 1 осуществляется устройством автоматического регулирования 9 с компенсированием возбуждения от устройства компа-ундирования 4.

Накопление электрической энергии осуществляется за счет подачи напряжения от синхронного генератора 1 через генераторный выключатель 5 и выключатель 14 транс-форматора, понижающий трансформатор 10 и реверсивный инвертор 15 на накопитель 16 электрической энергии. Уровень накопления на зажимах накопителя электрической энер-гии и уровень заряда-разряда обеспечивается встроенными регуляторами накопителя 16 электрической энергии и реверсивного инвертора 15.

Электроэнергия для собственных нужд идет по сети 19 через выключатель 14 транс-форматора, а также и от накопителя 16 электрической энергии через реверсивный инвер-тор 15 при отключенном питании понижающего трансформатора 10.

Накопитель 16 электрической энергии накапливает энергию при уменьшении потреб-ления в сети и выдает при пиках нагрузки. Накопление электрической энергии осуществ-ляется и от сети потребителей (при отключенном синхронном генераторе 1) и от синхронного генератора 1. Накопитель 16 электрической энергии выполняет функцию ис-точника бесперебойного питания при полном отключении от источника питания (для обеспечения аварийного выключения, сигнализации и т.д.).

Таким образом, обеспечивается экономичная и надежная работа системы накопления электрической энергии и оптимизации качества сети во всех режимах, в том числе и в "островном". Даже в случае полного отключения генератора от сети обеспечивается по-ступление энергии потребителям за счет инерции компенсатора. Обеспечивается покры-тие пиков нагрузки на основных шинах за счет подачи в сеть энергии, накопленной в накопителе электрической энергии, а также пуск синхронного и асинхронного приводов на скользящих параметрах по частоте и напряжению. Применение такой системы накоп-ления электрической энергии и оптимизации качества сети позволяет осуществить пуск мощного синхронного компенсатора за счет генератора значительно меньшей номиналь-ной мощности.

Национальный центр интеллектуальной собственности. 220034, г. Минск, ул. Козлова, 20.