Технологический стенд для исследования энергосистем

Полезная модель относится к электроэнергетике и может быть использована для исследования энергосистем в различных режимах их эксплуатации. Требуемый технический результат, заключающийся в расширении функциональных возможностей, обеспечивается в устройстве, содержащем группу из четырех шин, оснащенных средствами подключения измерительных средств цифро-аналоговых регистраторов, а также емкостная нагрузка и инвертор, выполненные с возможностью подключения к соответствующим контактам первой шины, при этом, группа генераторов электрической энергии выполнена в виде генератора тепловой электрической станции, оснащенного тремя идентичными энергоблоками, подключенными к первой шине через соответствующие блочные трансформаторы, генератора атомной электрической станции, подключенного через соответствующий трансформатор ко второй шине, генератора гидроэлектростанции, подключенного через соответствующий трансформатор к третьей шине, и генератора-эквивалента концентрированной энергосистемы, подключенного через соответствующий трансформатор к четвертой шине, а группа линий электропередач выполнена в виде семи линий электропередач, причем, первая и вторая линии электропередач включены между первой и второй шинами, третья линия электропередач включена между второй и третьей шинами, четвертая и пятая линии электропередач включены между первой и третьей шинами, шестая линия электропередач включены между третьей и четвертой шинами, а седьмая линия электропередач включена между первой и четвертой шинами. 1 ил.

Полезная модель относится к электроэнергетике и может быть использована для моделирования и исследования энергосистем в различных режимах их эксплуатации, в частности, для исследования переходных процессов в энергосистемах.

Известно устройство, которое может быть использовано в качестве физической модели объединенной энергосистемы, включающее множество генераторов электрической энергии, соединенных общей электрической сетью, множество потребителей электрической энергии, подключенных к общей электрической сети, при этом, потребители электрической энергии содержат выделенную группу потребителей-регуляторов, объединенных системой централизованного управления, каждый потребитель-регулятор энергии содержит электрическую машину, выполненную с возможностью работы в режиме электродвигателя или в режиме электрогенератора, блок преобразования электрической энергии в тепловую энергию, выполненный в виде гидродинамического теплогенератора с возможностью соединения с валом электрической машины, блок накопления тепловой энергии, связанный с гидродинамическим теплогенератором и выполненный в виде жидкостного аккумулятора тепловой энергии с разделенными жидкостной и паровой фазами, блок преобразования тепловой энергии в механическую энергию, связанный с паровой фазой жидкостного аккумулятора и выполненный в виде паровой турбины или паровой поршневой машины с возможностью соединения с валом электрической машины [RU 2354023, C1, H02J 3/00, 27.04.2009].

Недостатком устройства является относительно узкие функциональные возможности.

Известно также устройство, которое может быть использовано в качестве физической модели системы энергоснабжения, содержащее две электростанции, первую электропередачу с индуктивно-емкостным преобразователем источника напряжения в источник тока, включенным в ее рассечку, подключенную одним концом ко второй электростанции, нагрузку, подключенную к другому концу электропередачи, измеритель разности фаз напряжений генераторов обеих электростанций и блок управления, причем, первая электростанция снабжена дополнительными шинами, к которым подключена через вторую электропередачу нагрузка, первая и вторая электропередачи соединены последовательно в месте подключения нагрузки, на первой электростанции между основными и дополнительными шинами через управляемые выключатели включены параллельно друг другу четыре индуктивно-емкостных преобразователя с трансформаторами, имеющими устройства регулирования напряжения под нагрузкой (РПН), комбинациями включения которых регулируют угол между напряжением на их входе и током на выходе от 0° до 360°, при этом переток Р мощности по второй электропередаче изменяется от 0 до Р_ном, первая электропередача снабжена вторым индуктивно-емкостным преобразователем, причем оба преобразователя включены по обоим концам первой электропередачи и их эквивалентные сопротивления Z₂₁ равны по величине и противоположны по знаку, входы блока управления подключены к измерителю разности фаз d между напряжениями Е₁ и Е₂ на шинах первой и второй электростанций соответственно, к измерителю напряжения на нагрузке U_н, к измерителю перетока Р активной мощности второй линии электропередачи, к измерителям тока на выходах индуктивно-емкостных преобразователей первой электростанции, к измерителю напряжения E₁ на шинах первой электростанции, к измерителю механической мощности Р_т на валу турбин первой электростанции, первый выход блока управления подключен к блоку автоматического регулирования возбуждения (АРВ) генераторов второй электростанции, второй и третий выходы к цепям управления выключателей индуктивно-емкостных преобразователей первой электростанции соответственно на их входах и выходах, четвертый выход к блоку управления РПН трансформаторов, при этом блок управления выполнен с возможностью вычисления по поступившим в него сигналам оптимальной мощности Р_опт второй линии электропередачи [RU 2035107, C1, H02J 3/06, 10.05.1995].

Недостатком устройства также является относительно узкие функциональные возможности.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому технологическому стенду для исследований энергосистем является устройство, представляющее собой физическую модель объединенной энергосистемы, включающей множество генераторов электрической энергии, соединенных общей энергетической сетью, множество потребителей электрической энергии, подключенных к общей энергетической сети, при этом, потребители электрической энергии содержат выделенную группу преобразователей электрической энергии в тепловую энергию, объединенную системой централизованного управления с возможностью отключения, включения или изменения мощности указанных преобразователей [RU 2354024, C1, H02J 3/00, 27.04.2009].

Недостатком наиболее близкого технического решения является относительно узкие функциональные возможности, поскольку в нем не предусмотрено использование генераторов, моделирующих различные типы электростанций, что не позволяет проводить исследования с учетом этого фактора.

Задача, решаемая в предложенном техническом решении, направлена на расширение функциональных возможностей известного устройства путем создания арсенала технических средств, обеспечивающих дополнительные функциональные возможности устройства.

Требуемый технический результат, заключающийся в создании арсенала технических средств, обеспечивающих расширение функциональных возможностей, достигается тем, что, в устройство, содержащее группу генераторов электрической энергии, соединенных общей энергетической сетью, состоящей из группы линий электропередач, и потребители электрической энергии, подключенных к общей электрической сети, введены группа из четырех шин, оснащенные средствами подключения измерительных средств цифро-аналоговых регистраторов, а также емкостная нагрузка и инвертор, выполненные с возможностью подключения к соответствующим контактам первой шины, при этом, группа генераторов электрической энергии выполнена в виде генератора тепловой электрической станции, оснащенной тремя идентичными энергоблоками, подключенными к первой шине через соответствующие блочные трансформаторы, генератора атомной электрической станции, подключенного через соответствующий трансформатор ко второй шине, генератора гидроэлектростанции, подключенного через соответствующий трансформатор к третьей шине, и генератора-эквивалента концентрированной энергосистемы, подключенного через соответствующий трансформатор к четвертой шине, а группа линий электропередач выполнена в виде семи линий электропередач, причем, первая и вторая линии электропередач включены между первой и второй шинами, третья линия электропередач включена между второй и третьей шинами, четвертая и пятая линии электропередач включены между первой и третьей шинами, шестая линия электропередач включены между третьей и четвертой шинами, а седьмая линия электропередач включена между первой и четвертой шинами.

На чертеже представлена функциональная электрическая схема технологического стенда для исследований энергосистем.

Технологический стенд для исследований энергосистем содержит группу из четырех шин, выполненных в виде первой 1, второй 2, третьей 3 и четвертой 4 шин, которые оснащены средствами подключения измерительных средств цифро-аналоговых регистраторов, например, через измерительные трансформаторы.

Кроме того, технологический стенд для исследований энергосистем содержит емкостную нагрузку 5 и инвертор 6, выполненные с возможностью подключения к соответствующим контактам первой шины 1.

Технологический стенд для исследований энергосистем содержит также группу генераторов электрической энергии выполненной в виде генератора 7 тепловой электрической станции, оснащенной тремя идентичными энергоблоками 7-1, 7-2 и 7-3, подключенными к первой шине 1 через соответствующие блочные трансформаторы, генератора 8 атомной электрической станции, подключенный к через соответствующий трансформатор ко второй шине 2, генератора 9 гидроэлектростанции, подключенный к через соответствующий трансформатор к третьей шине 3, и генератора-эквивалента 10 концентрированной энергосистемы, подключенный через соответствующий трансформатор к четвертой шине 4.

Кроме указанного выше технологический стенд для исследований энергосистем содержит группу линий электропередач, выполненную в виде семи линий электропередач 1117 с первой по седьмую, соответственно, причем, первая 11 и вторая 12 линии электропередач включены между первой 1 и второй 2 шинами, третья 13 линия электропередач включена между второй 2 и третьей 3 шинами, четвертая 4 и пятая 5 линии электропередач включены между первой 1 и третьей 3 шинами, шестая линия 16 электропередач включены между третьей 3 и четвертой 4 шинами, а седьмая линия 17 электропередач включена между первой 1 и четвертой 4 шинами.

В качестве генератора 7 тепловой электрической станции, генератора 8 атомной электрической станции и генератора 9 гидроэлектростанции могут быть использованы физические электростанции, подключенные в технологический стенд для исследований энергосистем через соответствующие линии электропередач и блочные трансформаторы, а в качестве генератора-эквивалента 10 концентрированной энергосистемы может быть использована энергосистема крупного населенного пункта (города), также подключенная в устройство через соответствующий блочный трансформатор.

Кроме того, в качестве генератора 7 тепловой электрической станции, генератора 8 атомной электрической станции и генератора 9 гидроэлектростанции могут быть использованы физические модели генераторов, например, в виде настраиваемых полупроводниковых моделей паровых, гидравлических и газовых турбин и их систем регулирования и управления и моделей автоматических регуляторов возбуждения различных модификаций. В качестве методики создания физических моделей могут быть использованы, в частности, методики, изложенные в публикациях [«Электрические станции», 2008, 12. Галашов Н.Н. Объектное моделирование тепловых схем паротурбинных установок. «Новости теплоснажения» Объективное моделирование тепловых станций. . и т.п.]

Работает технологический стенд для исследований энергосистем следующим образом.

Технологический стенд для исследований энергосистем предназначен для исследования энергосистем в различных режимах их эксплуатации. Схема включает 6 генераторов со своими блочными трансформаторами, шесть узлов комплексной нагрузки и семь линий электропередачи. Генератор 7 представляют собой модель тепловой электрической станции (ГРЭС), оснащенной тремя одинаковыми блоками, работающими на шины 500 кВ. Генераторы 8 и 9 представляют собой модели АЭС и ГЭС, а генератор 6 - эквивалент концентрированной энергосистемы.

К четвертой шине 4 вместо генератора через регулируемый трансформатор могут подключаться шины бесконечно большой мощности концентрированной энергосистемы, например, энергосистема крупного населенного пункта (города).

Энергоблоки 7-1, 7-2 и 7-3 могут быть оснащены моделями быстродействующих тиристорных систем возбуждения и полупроводниковых регуляторов типа АРВ-СД. Для остальных регуляторов модели приняты электромашинные системы возбуждения с регуляторами пропорционального типа.

К первой шине 1 через контакторы может подключаться емкостная нагрузка, а также элемент силовой электроники (инвертор).

Мощность комплексной нагрузки, подключенной к первой шине 1 и шинам эквивалентных генераторов 8 и генератора-эквивалента 10, может изменяться от 0 до установленной мощности соответствующей станции и обеспечивает изменение электрических режимов в энергосистеме вплоть до изменения направления перетоков активной мощности по линиям и сечениям. Доля асинхронных двигателей в узлах комплексной нагрузки составляет 60%. Это позволяет воспроизводить технологические нарушения (аварийные возмущения) в энергосистеме и исследовать их, т.к. группа из четырех шин оснащена средствами подключения измерительных средств цифро-аналоговых регистраторов, например, быстродействующими аналоговыми датчиками напряжения, частоты, активной мощности и разности углов для регистрации параметров электрического режима. При использовании трехфазного аналогового датчика мощности обеспечивается одновременная регистрация активной и реактивной мощности. При этом измерение активной мощности основано на пофазном перемножении мгновенных значений фазных токов и соответствующих фазных напряжений. Полученные фазные мощности суммируются и фильтруются (запаздывание фильтра составляет 0.04 с). Таким образом, по принципу действия датчик обеспечивает правильное измерение активной мощности, как в симметричных, так и в несимметричных электрических режимах. Линейность измерения активной мощности аналоговыми датчиками мощности физической модели осуществляется путем снятия их характеристик в рабочем диапазоне изменения мощностей. Сигналы аналоговых датчиков могут фиксироваться, например, системой цифрового осциллографирования. Предложенный технологический стенд позволяет моделировать аварийные воздействия и действие систем противоаварийной автоматики от программирующего устройства (на чертеже не показана) с точностью задания времени реализации требуемой программы не менее 0,01 с.

С помощью предложенного технологического стенда возможно проведение и других видов измерений и исследований, а также испытание автоматических регистраторов.

Таким образом, благодаря усовершенствованию известного устройства существенно расширяется арсенал технических средств, обеспечивающих, в частности, расширение его функциональных возможностей, поскольку возникает возможность воспроизведения в модели и исследований различных аварийных ситуаций и переходных процессов в энергосистемах с различными видами генераторов при изменении нагрузки в широких пределах.

Технологический стенд для исследования энергосистем, содержащий группу генераторов электрической энергии, соединенных общей энергетической сетью, состоящей из группы линий электропередач, и потребителей электрической энергии, подключенных к общей энергетической сети, отличающийся тем, что введены группа из четырех шин, оснащенных средствами подключения измерительных средств цифроаналоговых регистраторов, а также емкостная нагрузка и инвертор, выполненные с возможностью подключения к соответствующим контактам первой шины, при этом группа генераторов электрической энергии выполнена в виде генератора тепловой электрической станции, оснащенного тремя идентичными энергоблоками, подключенными к первой шине через соответствующие блочные трансформаторы, генератора атомной электрической станции, подключенного через соответствующий трансформатор ко второй шине, генератора гидроэлектростанции, подключенного через соответствующий трансформатор к третьей шине, и генератора-эквивалента концентрированной энергосистемы, подключенного через соответствующий трансформатор к четвертой шине, а группа линий электропередач выполнена в виде семи линий электропередач, причем первая и вторая линии электропередач включены между первой и второй шинами, третья линия электропередач включена между второй и третьей шинами, четвертая и пятая линии электропередач включены между первой и третьей шинами, шестая линия электропередач включены между третьей и четвертой шинами, а седьмая линия электропередач включена между первой и четвертой шинами.