RU2666903C1 - Autonomous ac power plant - Google Patents
Autonomous ac power plant Download PDFInfo
- Publication number
- RU2666903C1 RU2666903C1 RU2017135362A RU2017135362A RU2666903C1 RU 2666903 C1 RU2666903 C1 RU 2666903C1 RU 2017135362 A RU2017135362 A RU 2017135362A RU 2017135362 A RU2017135362 A RU 2017135362A RU 2666903 C1 RU2666903 C1 RU 2666903C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- voltage
- capacitor bank
- output
- transformer
- autonomous
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
- H02J3/00—Circuit arrangements for AC mains or AC distribution networks
- H02J3/34—Arrangements for transfer of electric power between networks of substantially different frequency
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Control Of Eletrric Generators (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к электроэнергетике, а именно к автономным электростанциям переменного тока на базе ДВС и синхронного генератора, и предназначено для генерирования электроэнергии стабильной частоты и стабильного напряжения при переменной частоте вращения вала ДВС.The invention relates to the electric power industry, namely to autonomous AC power plants based on the internal combustion engine and synchronous generator, and is intended to generate electricity of a stable frequency and a stable voltage at a variable speed of the internal combustion engine shaft.
Известно устройство для генерирования переменного напряжения, выполненное на базе ДВС и синхронного генератора, в котором стабилизация частоты переменного напряжения статора синхронного генератора обеспечивается стабилизацией частоты вращения вала ДВС, а стабилизация амплитуды напряжения статора синхронного генератора - изменением тока обмотки его возбуждения [П.А. Мещанинов. Автоматизация судовых электроэнергетических систем. Л., Судостроение, 1970, с.156-162]. Недостатком устройства является низкий КПД (высокое потребление топлива) за счет того, что ДВС при разных нагрузках работает с постоянной частотой вращения.A device for generating AC voltage, made on the basis of the internal combustion engine and synchronous generator, in which the stabilization of the frequency of the alternating voltage of the stator of the synchronous generator is provided by stabilization of the rotational speed of the ICE shaft, and the stabilization of the voltage amplitude of the stator of the synchronous generator by changing the current of the excitation winding [P.A. The bourgeoisie. Automation of ship electric power systems. L., Shipbuilding, 1970, p. 156-162]. The disadvantage of this device is its low efficiency (high fuel consumption) due to the fact that the internal combustion engine operates at a constant speed at different loads.
Наиболее близким по техническому решению является устройство для генерирования электрической энергии переменного напряжения (Патент РФ № 2412513 на изобретение. МПК Н02J 3/34, 2011 г.), содержащее последовательно соединенные ДВС переменной частоты вращения с подключенным к нему блоком формирования оптимальной частоты вращения вала ДВС, выполненным в виде блоков: задания экономичной частоты вращения вала ДВС, сумматора сигналов, датчика частоты вращения вала ДВС и регулятора частоты вращения вала ДВС, синхронный генератор, двухзвенный преобразователь частоты, выполненный в виде блоков: управляемого выпрямителя, конденсаторной батареи, инвертора напряжения, датчик тока, к которому подключен блок вычисления мощности нагрузки, выход которого соединен с блоком задания экономичной частоты вращения вала ДВС, повышающий трансформатор и выходные выводы. Стабилизация частоты и амплитуды выходного напряжения в данном устройстве осуществляется на уровне номинальных значений для синхронного генератора при условии минимизации потребления топлива ДВС, входящего в состав генераторного агрегата, выбором оптимальной частоты вращения вала при изменении мощности нагрузки от нуля до номинального значения.The closest in technical solution is a device for generating electrical energy of alternating voltage (RF Patent No. 2412513 for the invention. IPC Н02J 3/34, 2011), containing a series-connected ICE of variable speed with a unit for generating the optimal speed of the ICE shaft connected to it made in the form of blocks: setting the economical speed of the internal combustion engine shaft, the signal adder, the internal combustion engine speed sensor and the internal combustion engine shaft speed controller, synchronous generator, two-link conversion A frequency converter made in the form of blocks: a controlled rectifier, a capacitor bank, a voltage inverter, a current sensor, to which a load power calculation unit is connected, the output of which is connected to the unit for setting the economical speed of the internal combustion engine shaft, raising the transformer and output terminals. The stabilization of the frequency and amplitude of the output voltage in this device is carried out at the level of nominal values for a synchronous generator, provided that the fuel consumption of the internal combustion engine included in the generator unit is minimized by selecting the optimal shaft speed when the load power changes from zero to the nominal value.
Недостатком устройства является то, что в его состав входит повышающий трансформатор, работающий на частоте, равной частоте выходного напряжения (как правило, 50 Гц), и поэтому имеющий значительные массо-габаритные показатели.The disadvantage of this device is that it includes a step-up transformer operating at a frequency equal to the frequency of the output voltage (usually 50 Hz), and therefore having significant mass-dimensional indicators.
Решаемая задача – создание высокоэффективной автономной электростанции переменного тока.The task at hand is the creation of a highly efficient autonomous AC power station.
Техническим результатом предлагаемого изобретения является уменьшение массогабаритных показателей автономной электростанции.The technical result of the invention is to reduce the overall dimensions of an autonomous power plant.
Этот технический результат достигается тем, что в автономной электростанции переменного тока, содержащей последовательно соединенные ДВС переменной частоты вращения, синхронный генератор, двухзвенный преобразователь частоты, выполненный в виде блоков: управляемого выпрямителя, конденсаторной батареи и инвертора напряжения, датчик тока, к которому подключен блок вычисления мощности нагрузки, выход которого соединен с блоком задания экономичной частоты вращения вала ДВС, повышающий трансформатор и выходные выводы, между повышающим трансформатором и выходными выводами установлен двухзвенный преобразователь частоты, выполненный в виде блоков: неуправляемого выпрямителя, конденсаторной батареи и инвертора напряжения.This technical result is achieved by the fact that in an autonomous power plant of alternating current containing a series-connected ICE of variable speed, a synchronous generator, a two-link frequency converter, made in the form of blocks: a controlled rectifier, a capacitor bank and a voltage inverter, a current sensor to which a calculation unit is connected load power, the output of which is connected to the unit for setting the economical speed of the internal combustion engine shaft, increasing the transformer and output terminals, between increasing t a transformer and output terminals have a two-link frequency converter, made in the form of blocks: an uncontrolled rectifier, a capacitor bank and a voltage inverter.
Установка между повышающим трансформатором и выходными выводами двухзвенного преобразователя частоты, выполненного в виде блоков: неуправляемого выпрямителя, конденсаторной батареи и инвертора напряжения, выгодно отличает предлагаемое устройство от известного, так как позволяет выполнить повышающий трансформатор высокочастотным (номинальная частота - 20-30 кГц), что существенно снижает массогабаритные показатели установки в целом.The installation between the step-up transformer and the output terminals of a two-link frequency converter, made in the form of blocks: an uncontrolled rectifier, a capacitor bank and a voltage inverter, distinguishes the proposed device from the known one, as it allows the step-up transformer to be made high-frequency (nominal frequency - 20-30 kHz), which significantly reduces the overall dimensions of the installation.
Сущность изобретения поясняется фиг. 1, где показана функциональная схема устройства. The invention is illustrated in FIG. 1, which shows a functional diagram of the device.
Автономная электростанция переменного тока содержит последовательно соединенные ДВС 1, синхронный генератор 2, двухзвенный преобразователь частоты 3, выполненный в виде блоков: управляемого выпрямителя 4, конденсаторной батареи 5 и инвертора напряжения 6, датчик тока 7, повышающий трансформатор 8, двухзвенный преобразователь частоты 9, выполненный в виде блоков: неуправляемого выпрямителя 10, конденсаторной батареи 11 и инвертора напряжения 12, выходные выводы 13. К ДВС 1 подключены регулятор 14 частоты вращения вала ДВС 1, датчик 15 частоты вращения вала ДВС 1, сумматор сигналов 16, входящие в блок 17 формирования оптимальной частоты вращения вала ДВС 1. Сюда же входит блок 18 задания экономичной частоты вращения вала ДВС 1. Блок 19 возбуждения синхронного генератора 2 с выводами 20 подключения питания соединен с обмоткой возбуждения синхронного генератора 2, с выходами блока 18 задания экономичной частоты вращения вала ДВС 1. Блок 21 стабилизации напряжения, состоящий из задатчика напряжения 22, сумматора сигналов 23 и регулятора напряжения 24, соединен с выходом датчика напряжения 25, с которым соединен также блок 19 возбуждения синхронного генератора 2. Вход блока 18 соединен с блоком 26 вычисления мощности нагрузки. Выходы задатчиков 27 и 28 частоты выходного напряжения соединены соответственно с инверторами напряжения 6 и 12.Autonomous AC power station contains a series-connected ICE 1, a
Устройство работает следующим образом.The device operates as follows.
Блок 17 формирования оптимальной частоты вращения вала ДВС 1, получает сигнал с блока вычисления мощности нагрузки 26, который соединен с выходами датчика напряжения 25 и датчика тока 7, измеряющими соответственно напряжение и ток на выходе двухзвенного преобразователя частоты 3. В зависимости от значения мощности нагрузки блок 18 задания экономичной частоты вращения вала ДВС 1, в программу работы которого заложены оптимальные зависимости частоты вращения ДВС 1 от мощности нагрузки, соответствующие минимальному расходу топлива, задает оптимальную частоту вращения вала ДВС 1. С помощью сумматора сигналов 16 вычисляется разность сигнала задания оптимальной частоты вращения вала ДВС 1 от блока 18 и сигнала датчика 15 частоты вращения вала ДВС 1. Сигнал от сумматора 16 поступает на вход регулятора 14 частоты вращения вала ДВС 1, который поддерживает частоту вращения вала ДВС 1 на уровне, заданном блоком 18. Таким образом, при изменении мощности нагрузки на выходных выводах 13, а значит и на валу ДВС 1, частота вращения вала ДВС 1 будет поддерживаться оптимальной с точки зрения минимального потребления топлива. The
Поскольку частота вращения вала ДВС 1 будет изменяться в зависимости от мощности нагрузки, то амплитуда и частота переменного напряжения синхронного генератора 2 будут также изменяться в зависимости от мощности нагрузки. Since the rotational speed of the ICE shaft 1 will vary depending on the load power, the amplitude and frequency of the alternating voltage of the
Стабилизация амплитуды переменного напряжения на выходных выводах 13 на уровне номинального значения для синхронного генератора 2 осуществляется следующим образом. The stabilization of the amplitude of the alternating voltage at the
Управляемый выпрямитель 4, входящий в состав преобразователя частоты 3, преобразует переменное напряжение статора синхронного генератора 2 в постоянное напряжение заданной величины. Стабилизация выходного напряжения управляемого выпрямителя 4 на заданном уровне осуществляется с помощью блока 21 стабилизации напряжения, в состав которого входит блок регулятора напряжения 24, вход которого подключен к сумматору сигналов 23, на входы которого поступают сигналы с задатчика напряжения 22 и с датчика напряжения 25. Для сглаживания выходного напряжения управляемого выпрямителя 4 на его выходе включена конденсаторная батарея 5, которая необходима также для работы инвертора напряжения 6, входящего в состав двухзвенного преобразователя частоты 3. Кроме того, конденсаторная батарея 5 является накопителем энергии и компенсирует пики и провалы энергии в динамических режимах. Выходное напряжение управляемого выпрямителя 4 преобразуется с помощью инвертора 6 в переменное напряжение синусоидальной формы, амплитуда которого равна постоянному напряжению на выходе управляемого выпрямителя 4.The controlled
При изменении мощности нагрузки от нуля до номинального значения частота вращения вала ДВС 1, а, следовательно, и амплитуда напряжения синхронного генератора 2 будут меняться в широком диапазоне.When the load power changes from zero to the nominal value, the rotational speed of the ICE shaft 1, and, consequently, the voltage amplitude of the
При этом выходное напряжение управляемого выпрямителя 4 будет меняться в широком диапазоне и будет меньше номинального значения напряжения статора синхронного генератора 2. Для повышения выходного напряжения на выходных выводах 13 до уровня номинального напряжения синхронного генератора 2 на выходе инвертора напряжения 6 (за датчиком тока 7) включен повышающий трансформатор 8. Задавая с помощью блока задатчика напряжения 22 величину выходного напряжения управляемого выпрямителя 4, равной отношению амплитуды номинального напряжения статора синхронного генератора 2 к коэффициенту трансформации повышающего трансформатора 8, на выходе повышающего трансформатора 8 получим переменное трехфазное напряжение, амплитуда которого равна номинальному значению для синхронного генератора 2.In this case, the output voltage of the controlled
Частота выходного напряжения инвертора 6 в предлагаемой установке задается блоком задатчика 27 частоты выходного напряжения высокой, как правило, на уровне 20-30 кГц. При этом в качестве повышающего трансформатора 8 применяется высокочастотный трансформатор, массогабаритные показатели которого во много раз меньше трансформатора, работающего на низкой частоте (десятки Гц), применяемого в прототипе (Патент РФ № 2412513 на изобретение. МПК Н02J 3/34, 2011 г.). Выходное напряжение повышающего трансформатора 8 выпрямляется с помощью неуправляемого выпрямителя 10, входящего в состав двухзвенного преобразователя частоты 9. Для сглаживания выходного напряжения неуправляемого выпрямителя 10 на его выходе включена конденсаторная батарея 11, которая необходима также для работы инвертора напряжения 12. Выходное напряжение неуправляемого выпрямителя 10 преобразуется с помощью инвертора напряжения 12, входящего в состав преобразователя частоты 9, в переменное напряжение синусоидальной формы, амплитуда которого равна постоянному напряжению на выходе неуправляемого выпрямителя 10.The frequency of the output voltage of the
Частота выходного трехфазного напряжения на выходных выводах 13 поддерживается стабильной с помощью инвертора 12 на уровне, задаваемом блоком задатчика частоты 28 выходного напряжения.The frequency of the output three-phase voltage at the
Блок 19 возбуждения синхронного генератора 2, получающий питание через выводы 20 подключения питания, формирует ток в обмотке возбуждения синхронного генератора 2 с учетом сигнала от блока 18 задания экономичной частоты вращения вала ДВС 1 и от датчика напряжения 25. The
Таким образом, при изменении частоты вращения вала ДВС 1 на выходных выводах 13 поддерживается амплитуда переменного трехфазного напряжения на уровне номинального значения для статора синхронного генератора 2.Thus, when changing the rotational speed of the ICE shaft 1 at the
При этом благодаря тому, что повышающий трансформатор работает на высокой частоте (20-30 кГц), массогабаритные показатели его и установки в целом снижаются, несмотря на то, что в схему введены дополнительные элементы: неуправляемый выпрямитель, конденсаторная батарея и инвертор напряжения.Moreover, due to the fact that the step-up transformer operates at a high frequency (20-30 kHz), its overall dimensions and installation are generally reduced, despite the fact that additional elements are introduced into the circuit: an uncontrolled rectifier, a capacitor bank and a voltage inverter.
Патент имеет развитие, согласно которому двухзвенный преобразователь частоты 3, состоящий из управляемого выпрямителя 4, конденсаторной батареи 5 и инвертора напряжения 6, и двухзвенный преобразователь частоты 9, состоящий из неуправляемого выпрямителя 10, конденсаторной батареи 11 и инвертора напряжения 12, могут выполнены быть выполнены в виде непосредственных преобразователей частоты. The patent has the development, according to which a two-
Замена двухзвенных преобразователей частоты на непосредственные преобразователи частоты позволяет перейти от двухступенчатого преобразования электроэнергии к одноступенчатому, и таким образом повысить КПД электростанции (снизить удельный расход топлива), а также еще больше снизить ее массогабаритные показатели.Replacing two-link frequency converters with direct frequency converters allows you to switch from a two-stage conversion of electricity to a single-stage one, and thus increase the efficiency of a power plant (reduce specific fuel consumption), and also further reduce its overall dimensions.
По данным научно-технической и патентной литературы авторам неизвестна заявляемая совокупность признаков, направленная на достижение поставленной задачи, и это решение не вытекает с очевидностью из известного уровня техники, что позволяет сделать вывод о соответствии решения уровню изобретения.According to the scientific, technical and patent literature, the authors are not aware of the claimed combination of features aimed at achieving the task, and this solution does not follow clearly from the prior art, which allows us to conclude that the solution corresponds to the level of the invention.
Claims (1)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2017135362A RU2666903C1 (en) | 2017-10-05 | 2017-10-05 | Autonomous ac power plant |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2017135362A RU2666903C1 (en) | 2017-10-05 | 2017-10-05 | Autonomous ac power plant |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2666903C1 true RU2666903C1 (en) | 2018-09-13 |
Family
ID=63580245
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2017135362A RU2666903C1 (en) | 2017-10-05 | 2017-10-05 | Autonomous ac power plant |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2666903C1 (en) |
Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2705801C1 (en) * | 2018-12-07 | 2019-11-12 | Общество с ограниченной ответственностью "ХайТэк" | Underwater communication method |
RU194333U1 (en) * | 2019-05-24 | 2019-12-06 | ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ КАЗЕННОЕ ВОЕННОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ Военная академия Ракетных войск стратегического назначения имени Петра Великого МИНИСТЕРСТВА ОБОРОНЫ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ | AUTONOMOUS GENERATOR POWER PLANT |
RU2735280C1 (en) * | 2019-12-23 | 2020-10-29 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Московский автомобильно-дорожный государственный технический университет (МАДИ) | Autonomous variable-frequency power plant |
CN113659575A (en) * | 2021-10-19 | 2021-11-16 | 武汉理工大学 | Method and device for predicting transient stability of power system |
Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US5694026A (en) * | 1994-04-13 | 1997-12-02 | European Gas Turbines Sa | Turbine generator set without a step-down gear box |
RU2412513C1 (en) * | 2010-01-15 | 2011-02-20 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Нижегородский государственный технический университет им. Р.Е. Алексеева (НГТУ) | Isolated alternating current electric power station |
RU2013139844A (en) * | 2013-08-27 | 2015-03-10 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Нижегородский государственный технический университет им. Р.Е. Алексеева", НГТУ | AUTONOMOUS AC POWER PLANT |
RU168615U1 (en) * | 2016-05-11 | 2017-02-13 | федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Нижегородский государственный технический университет им. Р.Е. Алексеева" (НГТУ) | Autonomous AC Power Station |
-
2017
- 2017-10-05 RU RU2017135362A patent/RU2666903C1/en active
Patent Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US5694026A (en) * | 1994-04-13 | 1997-12-02 | European Gas Turbines Sa | Turbine generator set without a step-down gear box |
RU2412513C1 (en) * | 2010-01-15 | 2011-02-20 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Нижегородский государственный технический университет им. Р.Е. Алексеева (НГТУ) | Isolated alternating current electric power station |
RU2013139844A (en) * | 2013-08-27 | 2015-03-10 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Нижегородский государственный технический университет им. Р.Е. Алексеева", НГТУ | AUTONOMOUS AC POWER PLANT |
RU168615U1 (en) * | 2016-05-11 | 2017-02-13 | федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Нижегородский государственный технический университет им. Р.Е. Алексеева" (НГТУ) | Autonomous AC Power Station |
Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2705801C1 (en) * | 2018-12-07 | 2019-11-12 | Общество с ограниченной ответственностью "ХайТэк" | Underwater communication method |
RU194333U1 (en) * | 2019-05-24 | 2019-12-06 | ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ КАЗЕННОЕ ВОЕННОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ Военная академия Ракетных войск стратегического назначения имени Петра Великого МИНИСТЕРСТВА ОБОРОНЫ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ | AUTONOMOUS GENERATOR POWER PLANT |
RU2735280C1 (en) * | 2019-12-23 | 2020-10-29 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Московский автомобильно-дорожный государственный технический университет (МАДИ) | Autonomous variable-frequency power plant |
CN113659575A (en) * | 2021-10-19 | 2021-11-16 | 武汉理工大学 | Method and device for predicting transient stability of power system |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
RU2666903C1 (en) | Autonomous ac power plant | |
RU2412513C1 (en) | Isolated alternating current electric power station | |
RU2014108960A (en) | METHOD AND SYSTEM FOR HYDROELECTRIC TURBINE CONTROL | |
CA3022313C (en) | Multiple power topologies from single power generator | |
CN110086390B (en) | Power generation equipment for providing double-level voltage and movable generator set | |
US20130181688A1 (en) | System and method for variable speed generation of controlled high-voltage dc power | |
JP2001522218A (en) | Variable frequency pulse inverter and wind power generation equipment equipped with the pulse inverter | |
CN101610062A (en) | Self-excitation mixed-excitation synchronous motor alternating current power-generating system and control method thereof | |
WO2016066396A1 (en) | Electric power generating system | |
RU168615U1 (en) | Autonomous AC Power Station | |
RU178096U1 (en) | OFFLINE GENERATOR INSTALLATION | |
RU2597248C1 (en) | Diesel generator plant | |
RU2436691C1 (en) | System of electric drive for self-sustained object | |
RU172810U1 (en) | OFFLINE GENERATOR INSTALLATION | |
Murthy et al. | Capacitive VAR controllers for induction generators for autonomous power generation | |
WO2005031939A1 (en) | Motor drive system | |
RU194333U1 (en) | AUTONOMOUS GENERATOR POWER PLANT | |
GB2450891A (en) | Cycloconverter | |
RU2724104C1 (en) | Autonomous two-unit power plant | |
RU2735280C1 (en) | Autonomous variable-frequency power plant | |
RU45056U1 (en) | AUTONOMOUS POWER PLANT | |
CN110086389B (en) | Power generation equipment and movable generator set running off grid | |
RU2773744C1 (en) | Autonomous ac power plant | |
RU2306664C1 (en) | Turbo-generator plant | |
RU2666074C1 (en) | Autonomous object electromotive system |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
QB4A | Licence on use of patent |
Free format text: LICENCE FORMERLY AGREED ON 20190710 Effective date: 20190710 |