RO118506B1

RO118506B1 - Procedeu si circuit electric pentru acoperirea varfurilor de consum de energie in retelele de curent alternativ sau trifazat

Info

Publication number: RO118506B1
Application number: RO97-02053A
Authority: RO
Inventors: Dietolf Schermann; Hans Heindlmeier
Original assignee: Bayernwerk Ag; Hagen Batterie Ag
Priority date: 1995-05-08
Filing date: 1996-05-07
Publication date: 2003-05-30
Also published as: BG102017A; JPH11504797A; US5917251A; GR3029305T3; DK0824779T3; ES2127640T3; DE59601150D1; HUP9801405A3; BG63100B1; DE19516838A1; ATE175822T1; EP0824779A2; WO1996036100A2; RU2160955C2; EP0824779B1; HUP9801405A2; WO1996036100A3

Abstract

Inventia se refera la un procedeu pentru acoperirea varfurilor de consum de energie in retelele de curent alternativ sau trifazat, precum si la un circuit electric pentru acoperirea varfurilor de consum in retelele electrice de curent alternativ sau trifazat. Circuitul electric pentru acoperirea varfurilor de consum de energie in retelele electrice de curent alternativ sau trifazat este conectat la un numar de consumatori (11 si 12), din care, cel putin o parte (11) este prevazuta cu o alimentare de avarie, echipata cu acumulatoare (13) si redresoare (15) alimentate de la retea (14). La aparitia unui varf de consum de scurta durata in retea (14), o fractiune din energia stocata in acumulatoarele apartinand retelelor individuale si descentralizate, de alimentare in caz de avarie (23), este injectata in retea (14), atata vreme cat se manifesta varful de consum, iar acumulatoarele (13) dispun de energie suficienta pentru alimentarea in conditii de avarie.

Description

Invenția se referă la un procedeu pentru acoperirea vârfurilor de consum de energie, în rețelele de curent alternativ sau trifazat, precum și la un circuit electric pentru acoperirea vârfurilor de consum, în rețelele de curent alternativ sau trifazat. în general, alimentarea de rezervă se realizează cu ajutorul unei rețele de curent continuu echipate cu acumulatoare.

Este cunoscut faptul că, pentru asigurarea unei rezerve de putere activă care să poată fi rapid pusă în funcțiune, sistemele de alimentare cu energie electrică ale marilor unități industriale interconectate sunt, obligatoriu, echipate cu o așa numită rezervă primară ce reprezintă cel puțin 2,5% din capacitatea totală de producție.

în mod uzual, acest lucru se realizează cu ajutorul unor generatoare termice exploatate în regim de turbină cu presiune variabilă controlată. în aceste condiții și cu respectarea regimului dinamic, devine posibilă crearea unei rezerve dinamice care să reprezinte până la 5% din puterea nominală.

Trebuie însă avut în vedere că un asemenea regim de exploatare conduce, pe de o parte, la o diminuare a randamentului și, pe de altă parte, dacă se urmărește asigurarea unei rezerve primare de 5%, devine imposibil ca generatoarele ce prezintă un cost avantajos al energiei primare să fie exploatate la capacitatea lor nominală. Din aceste considerente cumulate, se ajunge la o creștere a costurilor în producția de energie electrică.

Mai este cunoscut faptul că alimentarea de rezervă a instalațiilor pentru generarea tensiunilor de comandă, a instalațiilor de telecomunicații sau a instalațiilor ce nu admit întreruperi în funcționare - de exemplu cele aferente calculatoarelor - sau anumite surse speciale de rezervă cum ar fi cele ce deservesc sălile de operații din spitale, instalațiile de iluminat de siguranță, centralele energetice, stațiile de transformare, centralele de telecomunicații, spitalele, clădirile înalte etc., sunt echipate cu surse de rezervă prevăzute cu redresoare și acumulatoare electrochimice. Acumulatoarele și bateriile de tip industrial folosite în acest scop și care au, în general, durate de serviciu cuprinse între 10 și 20 de ani, sunt folosite efectiv de circa 50 de ori pe întreaga lor durată de serviciu (inclusiv duratele de testare). Aceste tipuri cunoscute de surse de rezervă se dovedesc a fi neeconomice datorită nivelului redus de folosire a unor acumulatoare electrochimice scumpe.

în fine, mai sunt cunoscute centralele energetice de rezervă echipate exclusiv cu acumulatoare și prevăzute cu instalațiile necesare de încărcare a acestor acumulatoare; în perioadele de consum redus, acumulatoarele sunt încărcate cu ajutorul unor redresate, iar atunci când intervin creșteri ale consumului, sursele de rezervă furnizează în rețea energia suplimentară cerută. Aceste centrale energetice de rezervă, bazate pe folosirea de acumulatoare și racordate la rețea prin intermediul unor onduloare, sunt comparabile cu centralele hidroelectrice cu acumulare prin pompare. Ele intră în funcțiune exclusiv pentru acoperirea vârfurilor de consum și nu îndeplinesc nici un fel de alte funcțiuni.

Obiectivul pe care și-l propune prezenta invenție constă în elaborarea unui procedeu și a unui circuit electric de tipul celor enumerate mai sus și care să permită să se furnizeze, în condiții economice deosebit de avatajoase și extrem de rapid, energia necesară pentru acoperirea vârfurilor de consum de scurtă durată ce apar în rețelele de curent alternativ și trifazat.

Ideea care stă la baza acestei invenții constă în aceea că sursele de rezervă racordate la o rețea de alimentare, ale căror capacități individuale nu sunt suficiente pentru acoperirea unui vârf de consum, dar a căror capacitate totală, obținută prin însumare, poate atinge valori importante, sunt susceptibile a fi folosite la acoperirea unor vârfuri de consum de scurtă durată, păstrându-și totdată funcția de surse de rezervă.

Capacitatea energetică devenită disponibilă, pentru o scurtă perioadă de timp, prin conectarea în totalitate - sau cel puțin în mare măsură - a surselor de rezervă racordate la rețea servește, în primul rând, la acoperirea acelui interval de timp ce este necesar pentru a aduce centralele furnizoare de energie de bază, la nivelul crescut al consumului.

RO 118506 Β1 în felul acesta, nu mai este necesar - sau, în orice caz, nu mai este necesar în egală măsură - să se introducă restricții în regimul de exploatare al centralelor energetice, astfel încât funcționarea poate fi adusă la parametri sensibili mai economici.

Pe de altă parte, pentru prealuarea unor suprasarcini importante, dar de scurtă durată, fie că nu mai este necesar să se prevadă un acumulator suplimentar, fie că este sufici- 55 entă o majorare modestă a numărului de acumulatoare ce constituie sursa de rezervă, ceea ce înseamnă un avantaj și în ce privește sursa de rezervă. în acest condiții, pentru acoperirea unor vârfuri de consum de scurtă durată, prin introducerea unui sistem centralizat de comandă, devine posibil să se antreneze, în primul rând, acumulatoarele existente și care constituie sursele de rezervă, precum și eventual acumulatoarele dispuse descentralizat și 60 prevăzute suplimentar. în acest context, trebuie însă avut în vedere ca din diversele surse rezervă să se preleveze doar o anumită fracțiune din energia acumulată, în așa fel încât acestea să-și poată îndeplini oricând funcția de furnizor de energie de avarie.

Prin aplicarea măsurilor preconizate prin prezenta invenție, energia necesară pentru preluarea vârfurilor de consum poate fi furnizată într-un interval de timp de ordinul milisecun- 65 delor. în consecință, invenția se pretează a fi utilizată îndeosebi în cazurile în care se pune condiția ca alimentarea de rezervă să intre în funcțiune într-un interval de timp de ordinul secundelor.

Realizarea concretă a invenției se dovedește a fi deosebit de indicată atunci când se urmărește folosirea simultană a acumulatoarelor ca sursă de rezervă și ca soluție pentru 70 preluarea vârfurilor de consum ce intervin în exploatarea rețelelor. Având în vedere capacitatea limitată a acumulatoarelor în condițiile unor curenți de intensitate ridicată, se prevede ca nivelul ridicat de absorbție ce caracterizează regimul de funcționare în condițiile preluării vârfurilor de consum să se realizeze automat și anume, prin aceea că acumulatoarele păstrează o rezervă de energie suficientă pentru asigurarea alimentării în caz de avarie; această 75 rezervă de energie rămâne disponibilă prin aceea că, spre deosebite de regimul de funcționare cu preluarea vârfurilor de consum, intensitățile de curent necesare în regim de avarie pot fi menținute la niveluri suficient de coborâte pentru a permite epuizarea completă a capacității acumulatoarelor.

Caracteristicile uzuale ale acumulatoarelor și bateriilor fac ca acestea să fie deosebit 80 de indicate pentru a asigura rezerva de avarie în paralel cu acoperirea vârfurilor de consum.

Printr-o alcătuire corespunzătoare a onduloarelor devine posibilă o asemenea reglare a prelevării de curent în regim de acoperire a vârfurilor de consum, încât energia necesară pentru preluarea acestor vârfuri de consum să fie disponibilă în limitele unor intervale de timp. 85

Se prezintă un regim de exploatare deosebit de eficient și avantajos din punct de vedere economic. Ideea care stă la bază constă în aceea că, în regim de avarie, din acumulatoare se prelevează, în unitatea de timp, doar o fracțiune redusă din capacitatea orară a acestora; pe de altă parte însă, în regim de acoperire a vârfurilor de consum, din acumulatoare se prelevează pe o durată scurtă un curent al cărui ordin de mărime reprezintă aproxi- 90 mativ 100% din capacitatea lor orară - oarecum similar cu modul în care se procedează la pornirea unui autovehicul. Acest lucru prezintă avantajul că în regim de acoperire a vârfurilor de consum se eliberează doar o cotă parte limitată din capacitatea acumulatoarelor, rămânând astfel disponibilă o capacitate suficientă pentru asigurarea alimentării în caz de avarie.

în felul acesta, invenția pune în valoare caracteristicile specifice acumulatoarelor 95 electrice și anume de a-și păstra capacitatea integrării la prelevarea unor curenți de intensitate redusă pe durate apreciabile, respectiv de a furniza la capacitatea redusă și pe durate scurte curenți de intensitate extrem de ridicată - ceea ce creează condiții optime pentru o alimentare eficientă în caz de avarie și, pe de altă parte, pentru disponibilizarea energiei necesare acoperirii vârfurilor de consum.

100

RO 118506 Β1

Pentru a preleva de la acumulatoare cantitatea de energie necesară preluării vârfurilor de consum fără a depăși însă limita dincolo de care tensiunea acumulatoarelor scade în asemenea măsură, încât să fie periclitată alimentarea în caz de avarie. Ideea care stă la baza acestei variante constă în prevederea unui regulator de tensiune continuă, de preferință de tipul cu reglare a limitei superioare, și prin care se obține o asemenea compensare a tensiunii acumulatoarelor, încât să se asigure tensiunea nominală cerută de consumatorii racordați la alimentarea de rezervă. în felul acesta, o cotă parte substanțială din capacitatea acumulatoarelor poate fi utilizată pentru preluarea vârfurilor de consum fără a periclita însă alimentarea de avarie. în general, în condițiile prevederii unui dispozitiv de reglare a tensiunii continue, este posibil ca circa 30% din capacitatea acumulatoarelor să fie folosită pentru preluarea vârfurilor de consum, respectiv să constituie o rezervă disponibilă pe durata unui interval de timp de ordinul secundelor sau minutelor, urmând ca restul de circa 70% să fie suficient pentru a constitui alimentarea de rezervă, mai cu seamă atunci când - în înțelesul acestei invenții - se acceptă o ușoară supradimensionare la stabilirea numărului de acumulatoare ce asigură alimentarea în caz de avarie. Utilizarea dispozitivelor de reglare cu limită superioară impusă este în sine cunoscută și se aplică în scopul menținerii la o valoare constantă a tensiunii de ieșire, în condițiile scăderii tensiunii furnizate de acumulatoare; în cadrul prezentei invenții, aceste dispozitive îndeplinesc însă o funcțiune deosebită, deoarece alimentarea de avarie nu ar mai putea fi asigurată concomitent cu preluarea vârfurilor de consum dacă, în acest interval de timp, nu s-ar furniza sursei de avarie o tensiune continuă cvasiconstantă prin introducerea reglajului tensiunii continue. în condiții normale de alimentare a rețelei, regulatoarele cu limită superioară impusă nu îndeplinesc decât o funcțiune auxiliară prelungind, în oarecare măsură, prelevarea de energie de la acumulatoare - prelevare oricum asigurată chiar și în absența unor asemenea regulatoare.

Plecând de la situația în care dispozitivele de reglare a tensiunii continue asigură, în general, un curent a cărui intensitate maximă este perfect admisibilă, se prezintă o altă variantă care permite, chiar în cazul în care a intervenit un scurtcircuit pe partea consumatorilor racordați la o sursă de rezervă, să circule totuși un curent suficient, de exemplu, pentru acționarea siguranțelor cu care sunt echipate circuitele consumatorilor racordați la o alimentare de avarie. '

Varianta prezentată prezintă avantajul că stațiile de transformare sunt prevăzute cu capacități importante de acumulatoare constituind sursele de rezervă și că, în afară de aceasta, mai sunt rezervate spațiile necesare pentru a permite o creștere a numărului acestor acumulatoare.

în altă variantă de realizare se consideră deosebit de indicată comasarea redresoarelor și onduloarelor sub forma unui mutator-invertor.

Din punctul de vedere al transpunerii în practică a invenției, un interes deosebit prezintă variantele unde introducerea dispozitivelor de reglare a tensiunii devine posibilă atingerea unui nivel sensibil mai ridicat de descărcare a acumulatoarelor în condițiile preluării vârfurilor de consum fără ca prin aceasta să fie periclitată alimentarea rețelei de avarie la tensiunea nominală impusă.

O variantă de alcătuire a circuitului electric permite, de exemplu, în caz de scurtcircuit pe partea consumatorilor racordați la sursa de rezervă, tranzitarea unor curenți a căror intensitate depășește intensitatea maximă de curent furnizată de dispozitivul de reglare a tensiunii continue.

Una din variante constituie o rezolvare avantajoasă deoarece nu numai că disponibilizează o capacitate suplimentară pentru realimentarea cu energie a rețelei, dar totodată conduce la o creștere a fiabilității rețelei de alimentare în caz de avarie; capacitatea sensibil mărită nu numai că prelungește durata de intervenție a sursei de rezervă în cazul unei avarii

RO 118506 Β1 în rețeaua principală, dar totodată permite o descărcare mult mai avansată a acumulatoarelor la realimentarea rețelei fără ca prin aceasta să fie periclitată păstrarea unei rezerve suficiente de energie în acumulatoare pentru asigurarea în bune condițiuni a alimentării în condiții de avarie.

I

O altă variantă poate fi aplicată, în condiții deosebit de avantajoase, în cadrul stațiilor de transformare care, având capacități importante instalate în acumulatoarele ce constituie sursa de rezervă, oferă totodată spațiile necesare pentru montarea unor acumulatoare suplimentare.

Avantajele obținute prin aplicarea prezentei invenții constau în îmbunătățirea:

- vitezei de reglaj în paralel cu diminuarea puterii reglate;

- utilizării energiei primare prelevate din instalațiile existente de reglare și prin exploatare la sarcină redusă;

- realizării eșalonate a programului de investiții în corelare cu puterea efectiv cerută;

- utilizării în condiții economic avantajoase a premiselor create, prin descentralizare, la nivelul instalațiilor de distribuție și al construcțiilor din dotare;

- gradului de folosire a potențialelor existente în acumulatoarele de energie, precum și ameliorarea randamentelor în exploatare;

- căilor de transport de putere electrică prin evitarea transportului vârfurilor de sarcină și a puterii reglate ca urmare a descentralizării; și

- componentelor ce intră în alcătuirea instalațiilor prin promovarea activităților de cercetare-dezvoltare în domeniul instalațiilor cu caracteristici economice avantajoase dar dimensiuni reduse, în scopul utilizării acestora la acoperirea vârfurilor de sarcină și realizarea de sisteme de acumulare zi-noapte.

Avantajul deosebit pe care îl oferă prezenta invenție rezidă deci în aceea că vârfurile de sarcină nu sunt acoperite dintr-un punct central prin injectarea unei cantități mari de energie, ci prin folosirea unui număr mare de instalații descentralizate și de capacitate redusă, care furnizează energia în cantități mici, dar care constituie un ansamblu de surse de alimentare, distribuite relativ uniform pe întreaga rețea. în felul acesta, se diminuează considerabil pierderile ohmice la injectarea în rețea a energiei necesare acoperirii vârfurilor de cerere.

în cele ce urmează, se face o prezentare detaliată a invenției, cu referire la desenele anexate și anume:

- fig.1, schema bloc a unei rețele de curent trifazat cu evidențierea consumatorilor racordați la rețea, o parte din acești consumatori fiind prevăzuți și cu sursă de alimentare de rezervă care, potrivit prevederilor prezentei invenții, asigură totodată returnarea în rețea a energiei electrice;

- fig.2, schema bloc a unui circuit electric conceput potrivit prevederilor prezentei invenții cu aplicabilitate în cadrul unei stații de transformare.

Așa cum se vede în fig.1, la o rețea de curent trifazat de medie tensiune 14, de exemplu de 20 kV, alimentată dintr-o centrală energetică 19 prin mai multe stații de transformare de 220/380 kV- 110kV-20 kV sunt racordați prin intermediul transformatoarelor 22 o serie de consumatori 11,12. Fiecare din aceste transformatoare 22 alimentează o rețea de curent trifazat de joasă tensiune la tensiunea de 400V și frecvența de 50Hz.

Consumatorii 11 sunt prevăzuți, suplimentar față de rețeaua 26, cu o rețea 23 de alimentare de rezervă, în timp ce consumatorii 12 nu prezintă o asemenea rețea de alimentare de rezervă.

150

155

160

165

170

175

180

185

190

195

RO 118506 Β1

Fiecare din aceste rețele de alimentare de rezervă 23, aferente consumatorilor 11, este echipată cu câte un set de acumulatoare 13 conectate în serie sau, în anumite condiții în paralel și a căror tensiune de ieșire este, de exemplu, de 220V. Acumulatoarele 13 se încarcă cu ajutorul unui redresor 15 racordat, prin intermediul unui întrerupător cu comandă 17, la ieșirea transformatorului 22 sau la rețeaua de curent trifazat 26. în felul acesta, acumulatoarele 13 sunt menținute permanent în stare încărcată.

Potrivit prevederilor prezentei invenții, la fiecare set de acumulatoare 13 este conectat, în paralel cu redresorul 15, câte un ondulor 16 care, prin comutarea întrerupătorului 17 sau, de preferință, printr-un sistem de comandă fără întrerupător, poate fi adus în poziția indicată prin linie întreruptă și astfel conectat la rețeaua de curent trifazat 26 adică, implicit, la înfășurarea secundară a transformatorului 22.

în dreptul fiecăruia din consumatorii 11 echipați cu o alimentare de rezervă, este prevăzut câte un aparat de comandă 18 care, prin intermediul unui circuit pilot 24, este alimentat cu datele caracteristice ale acumulatoarelor 13 și, în mod deosebit, cu nivelul tensiunii de ieșire. Se pot avea în vedere și alte date precum bilanțul de încărcare, bilanțul de putere, decontul serviciilor prestate, rezolvarea defecțiunilor, coeficinții de durată de serviciu. Deosebit de cele de mai sus, către aparatul de comandă 18 mai sunt dirijate, printr-un circuit pilot suplimentar 20, semnale de comutare provenind de la centrala d© rețea 19 și care se referă la vârfurile de cerere. De preferință, semnalele de comandă corespunzătoare sunt dirijate către aparatul de comandă 18 prin conductoarele rețelei, astfel încât se poate renunța la prevederea unui circuit pilot 20 separat. La instalațiile de mai mică anvergură, solicitările pot fi transmise fără a necesita o legătură directă la centrala de rețea. Aparatul de comandă contorizează și tarifează, de exemplu anual, serviciile prestate. Capacitatea de funcționare poate fi apreciată de unitatea de exploatare pe baza deconturilor tarifare. Prin aparatul de comandă 18 se determină aducerea întrerupătorului cu comandă 17 fie în poziția reprezentată prin linii continue și în care redresorul 15 este conectat la rețeaua 26, fie în poziția reprezentată prin linii întrerupte și în care, în locul redresorului 15, la rețeaua 26 este conectat ondulerul 16. în acest scop, aparatul de comandă 18 este legat la întrerupătorul 17 printr-un circuit pilot 25.

De preferință, redresorul 15 și ondulerul 16 se comasează pentru a forma un mutator-invertor 21 care poate fi făcut să funcționeze, la alegere, prin intermediul circuitului pilot 25, fie ca redresor, fie ca ondulor.

în cele ce urmează se prezintă modul de funcționare a acestui circuit electric.

în condiții normale de exploatare, întrerupătorul cu comandă 17 este adus de aparatul de comandă 18 în poziția reprezentată în figură prin linii continue, în poziție în care redresorul 15 este conectat la rețeaua de curent trifazat 26. în această poziție, se realizează încărcarea acumulatoarelor 13, iar acestea sunt menținute în stare încărcată deoarece, în condiții normale de exploatare, rețeaua de alimentare în caz de avarie 23 nu consumă energie.

în momentul în care, însă, apare un vârf de cerere în rețeaua 14, centrala de rețea trimite, eventual prin dispecerul energetic, un semnal adecvat către aparatele de comandă 18 ale tuturor consumatorilor 11 prevăzuți cu o rețea de alimentare în caz de avarie și care, la rândul lor, deconectează redresorul 15 de la rețeaua de curent trifazat 26 prin inversarea întreruptorului 17 și, în schimb conectează la rețeaua de curent trifazat 26 ieșirea pe curent alternativ a ondulorului 16 - firește, în măsura în care aparatul de comandă 18 constată un nivel satisfăcător de încărcare al acumulatoarelor 13 asociate.

RO 118506 Β1

245

La instalațiile de mai mică anvergură, energia reglată se furnizează direct din rețea. Pentru acceptarea unor asemenea instalații și încărcarea lor în zona supusă tarifului, este necesar ca utilizatorii particulari să stabilească modul de dimensionare de comun acord cu furnizorii de energie electrică. Capacitatea bateriei, a mutatorului-invertor sau a unei alte componente similare precum și limitele de variație a sarcinilor în rețeaua proprietate privată sunt principalele elemente avute în vedere la dimensionare și la stabilirea tarifului.

Operația de comutare a întrerupătorului 17 trebuie efectuată într-un interval de timp de ordinul milisecundelor, mai cu seamă atunci când redresorul 15 și ondulorul 16 se comasează pentru a forma un mutator-invertor 21 cu comandă electronică. în felul acesta, acumulatoarele 13 aparținând totalității rețelelor de alimentare în caz de avarie 23, conectate la rețeaua 14, sunt în situația de a injecta energie în rețeaua 14 - de preferință, pe o durată de 2 până la 10 min. Conform unei prime variante, dispoziția generală poate fi astfel concepută încât, pe durata acestui interval de timp, cantitatea de energie înmagazinată în acumulatoarele 13 să înregistreze o diminuare de maximum 20% așa fel încât să rămână disponibilă o cantitate suficientă de energie pentru cazul în care brusc intervine o avarie ce ar solicita intervenția sursei de rezervă. La instalațiile noi sau la extinderea unor instalații existente, cantitatea de energie înmagazinată poate fi astfel dimensionată încât să permită prelevarea unei cote părți mai mari decât 20% din energia totală - de exemplu 30%. Vârfurile de consum și consumul în condiții de avarie constituie elementele determinate pentru stabilirea cantității totale de energie înmagazinată.

Dacă, de exemplu, se dispune de un grup de acumulatoare 13 cu o capacitate de 200 Ah, atunci pentru alimentarea în condiții de avarie pe o durată de 5 h se poate furniza o cantitate de energie având ordinul de mărime de 50 kWh.

De asemenea, este posibil ca de la grupul de acumulatoare să se preleveze, în condiții de avarie, doar 10% din curentul corespunzător capacității - de exemplu, 20 A, timp de 10 min.

în regim de preluare a vârfurilor de consum, cantitatea de energie prelevată este de circa 8,5 kWh pentru o solicitare de 10 min și respectiv 1,7 kWh pentru o solicitare de 2 min, în vreme ce mutatorul invertor furnizează 50kVA și respectiv 100kVA. în acest din urmă caz este, însă, necesar ca mutatorul-invertor 21 să fie prevăzut cu un sistem de control și reglare a temperaturii.

Transformatoarele 22 aferente consumatorilor 11,12 se dimensionează, în general, pentru o putere de minimum 500 kVA. Ținând seama de scopul urmărit de prezenta invenție, transformatorul pentru consum propriu 22 este astfel dimensionat, încât să nu fie necesară o limitare a puterii la o funcționare a ondulorului, timp de 10 min.

Mutatoarele-invertoare 21 dispun, în general, de o capacitate de supraîncărcare egală cu de 2,5 ori puterea nominală pentru un interval de 2 min. De preferință, se utilizează un mutator-invertor 21 care nu necesită măsuri deosebite de supraveghere și reglare a rețelei și este comandat prin rețea. Racordul la rețea trebuie însă adaptat corespunzător.

Se poate asigura o capacitate mărită de supraîncărcare la valori coborâte ale rezistenței interioare, care depinde însă de tipul și alcătuirea acumulatoarelor. Sunt preferate sistemele cu rezistență interioară redusă, o bună capacitate de încărcare și caracteristici ciclice optime - de exemplu, tehnologia OCSM elaborată de solicitantul de brevet.

Aparatul de comandă 18 controlează bilanțul energetic al acumulatorului 13 și, în afară aceasta, supraveghează prin circuitul pilot 27 temperatura mutatorului-invertor 21 pe care este montat, în acest scop, un senzor de temperatură 28 care alimentează circuitul pilot

27. Deosebit de cele de mai sus, aparatul de comandă 18 mai trebuie să supravegheze, în bune condițiuni, tensiunea continuă la nivelul tensiunii de comandă, frecvența și tensiunea din rețea, starea acumulatoarelor, duratele de anclanșare la sarcină redusă prin intermediul unei instalații de comandă omnidirecțională, sarcina de compensare ș.a.m.d.

250

255

260

265

270

275

280

285

290

RO 118506 Β1 în înțelesul prezentei invenții, se formulează soluții bazate pe utilizarea de acumulatoare de energie și sisteme de reglaj ce funcționează în paralel cu acumulatoarele electrochimice și mutatoare-invertoare (invertoare trifazate) reglate prin rețea, concepute pentru alimentarea centralizată sau descentralizată a rețelelor de distribuție și a marilor consumatori de energie electrică, respectivele soluții fiind caracterizate prin aceea că toate resursele descentralizate, existente sau de perspectivă, materializate prin acumulatoarele electrochimice și folosite, până în prezent, exclusiv ca surse de alimentare în curent continuu în caz de avarie, să fie antrenate să furnizeze rețelei de curent trifazat, pe durate scurte de timp, puterea reglată solicitată. în consecință, devine posibilă echiparea acumulatoarelor de energie și a sistemelor de reglaj cu mutatoare-invertoare comandate prin rețea - ceea ce permite ca diverse domenii specifice de utilizare, cum ar fi armonizarea fazelor, defazarea, rezerva rapidă, compensarea vârfurilor de sarcină, folosirea perioadelor de funcționare la sarcină redusă ca acumulator diurn/nocturn ș.a. să fie încorporate într-o uzină descentralizată și de capacitate redusă.

Invenția poate fi aplicată în cazul instalațiilor existente prin înlocuirea redresorului cu un mutator-invertor dimensionat corespunzător capacității acumulatoarelor și conceput pentru o durată de funcționare de circa 10 min. în cazul instalațiilor noi, se consideră indicat ca acumulatoarele și mutatoarele-invertoare să fie dimensionate în corelare cu capacitatea transformatoarelor existente, cu folosirea integrală a spațiilor libere și a potențialelor disponibile.

în felul acesta devine posibil ca atât la instalațiile existente, cât și la cele noi, prin introducerea unui mutator-invertor cu reglaj de frecvență și tensiune și întocmirea de bilanț pe acumulatoare, să se treacă la un sistem de culegere și transmitere la distanță a informațiilor precum și de comandă de la distanță.

în fig. 1, se prezintă o singură dată structura detaliată a consumatorilor 11,12. Cercurile din linii întrerupte și identificate prin simbolurile de referință 11,12 reprezintă o alcătuire de tipul celei reprezentate în detaliu în partea din stânga sus.

Simbolurile de referință din fig.2 se referă la elementele componente corespunzătoare din fig.1.

Conform fig.2, centrala energetică 35 care cuprinde o centrală de rețea 19, asigură alimentarea unei rețele de curent trifazat de 220/380 kV care, la rândul său, prezintă un număr de stații de transformare 36 și de transformatoare 32 dispuse distanțat prin care tensiunea înaltă este coborâtă la 110 kV. Tensiunea de 110 kV este apoi coborâtă la 20 kV în însăși stația de transformare 36 (reprezentarea din jumătatea din stânga a figurii), sau într-o stație de tranformare de zonă 36' dispusă la intrarea unei rețele de zonă (reprezentarea din jumătatea din dreapta a figurii), în care scop se recurge la o înfășurare terțiară 33 aparținând transformatorului 32, sau la un sistem suplimentar de transformare 33'. Plecarea înfășurării terțiare 33 respectiv plecarea transformatorului 33' sunt conectate la rețeaua de curent trifazat de medie tensiune 14, la care tensiunea este coborâtă la 3 x 400 V cu ajutorul transformatoarelor 22 și apoi dirijată către o rețea de curent trifazat 26 care asigură alimentarea consumatorilor 11, este amplasată în incinta stațiilor de transformare 36, 36' și servește eventual și pentru conectarea la o sursă de alimentare în caz de avarie, echipată cu o capacitate suplimentară instalată în acumulatoare și alcătuită în mod corespunzător.

Așa cum se vede în exemplul din fig. 1, rețelele de curent trifazat de joasă tensiune sunt racordate prin întrerupătoare cu comandă 17 și, în special, prin întrerupătoare semiconductoare la redresoarele 15, respectiv la onduloarele 16 care, la rândul lor, sunt conectate la un set de acumulatoare 13. Se atrage atenția asupra faptului că, din considerente de

RO 118506 Β1 simplificare a modului de reprezentare, în fig.2 legătura între centrala energetică 35 și acumulatoarele 13 apare sub forma unui conductor monopolar, dar că în punctul de racordare la acumulatoarele 13 sunt redate schematic atât conductoarele pozitive, cât și cele negative. 340

Aparatul de comandă 18 receptează datele de la acumulatorul 13 prin circuitul pilot 24, iar semnalele de comandă de la centrala de rețea 19 prin circuitul pilot 20 și formează, pe baza semnalelor receptate, un semnal de comandă pentru întrerupătorul cu comandă 17 care este transmis către acesta din urmă prin circuitul pilot 17.

în fig.2 mai apar și doi consumatori prevăzuți cu alimentare în caz de avarie și notați 345 cu 31, consumatorii fiind conectați la rețeaua de alimentare din sursa de rezervă 23 prin intermediul siguranțelor 34.

în completarea circuitului electric din fig.1, rețelele de alimentare din sursa de rezervă 23 din fig.2 prezintă, între acumulatoarele 13 și consumatorii prevăzuți cu alimentare în caz de avarie 31, un regulator de tensiune continuă sub forma unui regulator cu limită superioară 350 impusă 29 montat în paralel cu un grup de redresoare, de regulă o diodă 30, conectate în direcția de trecere. Regulatorul cu limită superioară impusă 29 furnizează, la borna de plecare, o tensiune ce corespunde tensiunii livrate de setul de acumulatoare 13 la încărcare totală sau o depășește cu câteva procente - și anume independent de valoarea cu care s-a micșorat tensiunea acumulatoarelor 13 în limitele unui domeniu prestabilit, de exemplu cu- 355 prins între 220V și 180V. în felul acesta se asigură consumatorilor racordați la sursa de rezervă, tensiunea nominală necesară - ceea ce este deosebit de important, mai cu seamă în condițiile prelevării de energie de la acumulatoare în scopul acoperirii vârfurilor de consum.

Dioda 30, montată în paralel cu regulatorul cu limită superioară impusă 29, are rolul 360 de a permite - în caz de scurtcircuitare pe partea consumatorilor legați la sursa de avarie trecerea unui curent ce depășește curentul maxim admis de regulatorul cu limită superioară impusă 29 și care servește, de exemplu, pentru acționarea și, în mod deosebit, arderea siguranțelor 34 cu care sunt echipate circuitele consumatorilor cu alimentare de rezervă 31.

Regulatorul cu limită superioară impusă este astfel reglat și respectiv are un astfel 365 de regim de funcționare, încât tensiunea la borna de plecare să fie cu puțin mai mare decât cea de la borna de intrare; în felul acesta, prin dioda 30 nu trece nici un curent atâta vreme cât regulatorul cu limită superioară impusă 29 conduce un curent de regim ce se situează sub curentul său maxim. Abia din momentul în care se atinge curentul maxim, partea de intrare a regulatorului cu limită superioară impusă 29 devine cu puțin mai mare decât tensiu- 370 nea pe partea de plecare, așa fel încât curentul poate trece și prin dioda 30 și, în special, poate crește în așa măsură încât să determine intrarea în funcțiune a siguranțelor 34.

Așa cum se vede în fig.2, alimentarea de rezervă a unei stații de transformare 36 de 220/380 kV sau a unei stații de transformare zonale 36' de 110 kV poate fi antrenată să servească scopurilor urmărite prin prezenta invenție. Acest lucru prezintă avantajul de a permite 375 folosirea integrală și pe scară largă a dotărilor existente - clădiri, instalația de distribuție pe 20 kV, transformatoarele de 20kV/400V, instalațiile de distribuție pe 400 V și sistemul de distribuție în curent continuu - urmând ca completările să se limiteze la montarea de ondulare 16 precum și de întrerupătoare și aparatură de comandă 17,18. Un alt avantaj îl constituie faptul că seturile de acumulatoare prezintă capacități relativ ridicate. Dacă se ține seama de 380 faptul că, de regulă, spațiile rezervate bateriilor în cadrul unor stații de transformare 36,36' sunt suficiente pentru amplasarea unor capacități suplimentare de acumulatoare, apare indicat ca în camera de baterii, în locul unui acumulator cu o capacitate de 300 Ah, să se instaleze, de exemplu, o capacitate de 1740 Ah. Aceasta nu înseamnă doar o capacitate crescută de returnare a energiei, ci conduce totodată la o îmbunătățire semnificativă a condițiilor 385

RO 118506 Β1 de alimentare în caz de avarie prin mărirea duratei de funcționare. Deosebit de cele de mai sus, trebuie avut în vedere faptul că aceasta permite o descărcare mai avansată a acumulatoarelor 13 atunci când rețeaua este exploatată în regim de preluare a vârfurilor de consum; acest lucru se explică prin aceea că, și în acest caz, capacitatea remanentă și prezența regulatoarelor cu limită superioară impusă 29 sunt suficiente pentru a asigura o alimentare corespunzătoare a rețelei de distribuție 23 racordate la sursa de rezervă.

în felul acesta, în stațiile de transformare 220/380kV se poate disponibiliza o rezervă rapidă de putere pentru un interval de circa 15 min. La rețelele normale, pentru asigurarea unei rezerve suficiente de putere cu ajutorul unor acumulatoare 13, ar fi necesar să se prevadă 10 până la 30 - de regulă circa 20 - astfel de stații de transformare 36 de capacitate mai mare. în felul acesta se poate realiza în rețea cu o putere de circa 500 kV per stație de transformare, ceea ce înseamnă o rezervă rapidă de circa 10 MW obținută cu ajutorul unui număr de 20 de stații de transformare cu o putere peste medie, conectate laolaltă.

în mod analog, s-au putut realiza rezerve de putere mai modeste de până la 200 kW per stație de transformare, recurgând la stații de transformare 36‘ de mai mică putere.

în înțelesul prezentei invenții, pe durata returnării energiei în rețea, redresoarele 15 sunt deconectate cu ajutorul onduloarelor 16 și al comutatoarelor 17. La căderi de tensiune la acumulatoarele 13 de până la 50V, prin regulatoarele cu limită superioară impusă 29 folosite în cadrul prezentei invenții, se poate asigura în continuare o alimentare a consumatorilor racordați la o sursă de avarie 31, cu respectarea tensiunii nominale de 220V.

O altă posibilitate de realizare a invenției constă în aceea că o returnare a energiei către acumulator are loc automat, chiar în lipsa unui circuit pilot (20 în fig.1), atunci când rețeaua se folosește de sprijinul dat de energie. Prin măsuri corespunzătoare se poate determina lucrul mecanic furnizat - bilanțul anual întocmit pentru tarifare și decontare, sau pe baza unei taxe de bază stabilite în funcție de mărimea acumulatoarelor și a posibilităților teoretice date.

Claims

Revendicări

1. Procedeu pentru acoperirea vârfurilor de consum de energie în rețelele electrice de curent alternativ sau trifazat cu un număr important de consumatori (11,12), din care cel puțin o parte (11) sunt prevăzuți cu o alimentare de avarie, cu acumulatoare (13) și redresoare (15) alimentate de la rețea (14), caracterizat prin aceea că, în cazul apariției unui vârf de consum de scurtă durată în rețeaua (14), o parte din energie este prelevată din acumulatoarele (13) ale rețelei individuale și descentralizate de alimentare în caz de avarie (23) și injectată prin onduloare (16) în rețeaua (14), atâta vreme cât se manifestă vârful de consum, iar acumulatoarele (13) dispun de energie suficientă pentru alimentarea în condiții de avarie.
2. Procedeu conform revendicării 1, caracterizată prin aceea că,pentru acoperirea vârfului de consum din rețeaua (14), din acumulatoarele (13) se prelevează numai o asemenea cantitate de energie, încât nivelul energiei conținute în rețelele de alimentare în caz de avarie să coboare cu maximum 50%, preferabil cu cel mult 30 până la 40% și îndesebi cu cel mult 20% din rezerva maximă de energie.
3. Procedeu conform revendicării 1 sau 2, caracterizat prin aceea că energia din rețelele de alimentare în caz de avarie (23) devine disponibilă într-un interval de timp de ordinul milisecundelor.

RO 118506 Β1
4. Procedeu conform uneia din revendicările precedente, caracterizat prin aceea că, în regimul de alimentare pentru acoperirea vârfurilor de consum, din acumulatoarele (13) se prelevează un curent de asemenea intensitate încât, în condițiile menținerii unei tensiuni suficiente pentru funcționarea onduloarelor (16), acumulatoarele (13) să poată ceda o fracțiune din capacitatea lor.
5. Procedeu conform revendicării 4, caracterizat prin aceea că această fracțiune reprezintă 10 până la 50%, preferabil 20 până la 40% și îndeosebi circa 30%.
6. Procedeu conform uneia din revendicările precedente, caracterizat prin aceea că energia conținută în acumulatoarele (13) se disponibilizează pentru acoperirea vârfurilor de consum numai pe un interval de timp de ordinul minlor, preferabil de la 1 până la 20 min și îndeosebi de la 2 până la 10 min.
7. Procedeu conform uneia din revendicările precedente, caracterizat prin aceea că, în regimul de alimentare pentru acoperirea vârfurilor de consum, din acumulatoarele (13), se prelevează un curent de o intensitate ce reprezintă aproximativ 100% din capacitatea orară, iar în regim alimentare de avarie un curent de o intensitate ce reprezintă maximum 20% și respectiv circa 10% ca ordin de mărime din capacitatea orară.
8. Procedeu conform uneia din revendicările precedente, caracterizat prin aceea că, cu ajutorul unui dispozitiv de reglare a tensiunii continue (29), tensiunea din rețeaua de alimentare în caz de avarie (23) este menținută, independent de tensiunea acumulatoarelor, la un nivel aproximativ constant corspunzător valorii nominale prescrise.
9. Procedeu conform uneia din revendicările precedente, caracterizat prin aceea că, în regimul de alimentare pentru acoperirea vârfurilor de consum, prelevarea de energie din acumulatoarele (13) pe un interval scurt de timp, se face cu o astfel de intensitate, încât tensiunea acumulatoarelor să scadă vizibil sub valoarea nominală prevăzută pentru exploatarea rețelei de alimentare în caz de avarie (23).
10. Procedeu conform revendicării 9, caracterizat prin aceea că, în regimul de alimentare pentru acoperirea vârfurilor de consum, prelevarea de energie din acumulatoarele (13) pe un interval scurt de timp se face cu o astfel de inetsnitate încât tensiunea acumulatoarelor coboară cu 10 până la 30%, în special cu circa 20% sub valoarea nominală prevăzută pentru exploatarea rețelei de alimentare în caz de avarie (23) sau sub tensiunea acumulatoarelor la încărcarea totală.
11. Procedeu conform revendicării 10, cu cel puțin un set de acumulatoare (13) furnizând o tensiune continuă de aproximativ 220V, caracterizat prin aceea că, în regim de alimentare pentru acoperirea vârfurilor de consum, prelevarea de energie din acumulatoarele (13) pe un interval scurt de timp se face, astfel încât tensiunea continuă a acumulatoarelor să scadă la 170 până la 190 V și, în special, până la circa 180V.
12. Procedeu conform uneia din revendicările 8...11, caracterizat prin aceea că, în paralel cu dispozitivul de reglare a tensiunii continue (29) se montează un grup de redresoare (30) polarizate în sensul de trecere și care, la un consum de avarie ce conduce la un curent ce depășește curentul maxim al dispozitivului de reglare a tensiunii continue (29), preia integral sau parțial transferul de curent continuu.
13. Procedeu conform uneia din revendicările precedente, caracterizat prin aceea că se prevede o creștere de 2 până la de 10 ori, preferabil de 4 până la de 8 ori și, de regulă, de 6 ori a capacității acumulatoarelor în raport cu capacitatea normală determinată pentru rețeaua de alimentare în caz de avarie (23).
14. Procedeu conform uneia din revendicările precedente, caracterizat prin aceea că un consumator (11) constituie nivelul de joasă tensiune, de exemplu 400V, la o stație de transformare.

RO 118506 Β1
15. Circuit electric pentru acoperirea vârfurilor de consum de energie în rețelele electrice de curent alternativ sau trifazat cu un număr important de consumatori (11,12), din care cel puțin o parte (11) sunt prevăzuți cu o alimentare de avarie ce cuprinde acumulatoare (13) și redresoare (15) alimentate de la rețea (14) pentru încărcarea acumulatoarelor, circuit electric ce este, îndeosebi, conceput pentru aplicarea procedeului conform uneia in revendicările precedente și este caracterizat prin aceea că cel puțin o parte semnificativă din totalul consumatorilor (11) prevăzuți cu o rețea de alimentare de avarie (23), sunt echipați suplimentar cu cel puțin un ondulor (16) alimentat de la acumulatoarele electrice (13), ondulor care poate fi conectat la rețeaua (14) prin intermediul unui aparat de comandă (18) în locul redresorului (15) și prezintă o asemenea capacitate de conducere a curentului, încât acumulatoarele (13) au posibilitatea de a debita în rețeaua (14), în dreptul onduloarelor (16) conectate la rețea și într-un interval scurt de timp de ordinul câtorva min preferabil 1 până la 20 de min și îndeosebi 2 până la 10 min, o fracțiune semnificativă din energia proprie reprezentând, de preferință, 10 până la 50%, recomandabil 20 până la 40% și în special 30%.
16. Circuit electric conform revendicării 15, caracterizat prin aceea că aparatul de comandă (18) este conectat prin circuitele pilot (20.24) la o centrală de rețea (19) și respectiv la acumulatoarele (13), și asigură conectarea ondulorului la rețeaua (14) prin un alt circuit pilot (25), atunci când:

- este necesară acoperirea unui vârf de consum de scurtă durată, intervenit în rețeaua (14) și

- starea de încărcare a acumulatoarelor de energie electrică și, în special, a acumulatoarelor (13) permite acest lucru și asigură deconectarea de la rețeaua (14) atunci când una din condițiile enunțate mai sus nu mai este îndeplinită.
17. Circuit electric conform revendicării 15 sau 16, caracterizat prin aceea că ondulorul (16) poate fi conectat la rețeaua (14) prin acționarea unui întrerupător cu comandă (17) în locul redresorului (15).
18. Circuit electric conform uneia din revendicările precedente, caracterizat prin aceea că redresorul (15) și ondulorul (16) sunt comasate într-un mutator-invertor (21) care, cu ajutorul aparatului de comandă (18) și prin intermediul circuitului pilot (25), poate fi comutat în mod selectiv pentru a funcționa ca redresor (15) sau ca ondulor (16).
19. Circuit electric conform uneia din revendicările, 15...18, caracterizat prin aceea că rețeaua (14) este o rețea de curent trifazat de medie tensiune, de exemplu de 20 kV, la care consumatorii (11,12) sunt conectați prin intermediul transformatoarelor (22) care furnizează o tensiune alternativă sau trifazată joasă, de exemplu de 400V.
20. Circuit electric conform revendicării 19, caracterizat prin aceea că acumulatoarele de energie electrică și, în special acumulatoarele (13) furnizează rețelei de alimentare în caz de avarie (23) o tensiune joasă continuă, de exemplu de 220V.
21. Circuit electric conform uneia din revendicările 15 până la 20, caracterizat prin aceea că, între acumulatoarele (13) și consumatorii prevăzuți cu o alimentare de avarie (31), este intercalat un dispozitiv de reglare a tensiunii continue (29) care asigură menținerea aproximativ constantă a tensiunii furnizate consumatorului sau consumatorilor cu alimentare în caz de avarie (31), cel puțin până când scăderea tensiunii la acumulatoare atinge un nivel prestabilit.
22. Circuit electric conform revendicării 21, caracterizat prin aceea că dispozitivul de reglare a tensiunii continue (29) este un regulator cu limită superioară impusă.

R0118506 Β1

525
23. Circuit electric conform revendicării 21 sau 22, caracterizat prin aceea că dispozitivul de reglare a tensiunii continue (29) menține aproximativ constantă tensiunea furnizată consumatorului sau consumatorilor prevăzuți cu o alimentare în caz de avarie (31) cel puțin până când scăderea tensiunii la acumulatoare reprezintă 10 până la 30% și, în special, circa 20% sub valoarea la încărcarea totală.
24. Circuit electric conform uneia din revendicările 21 ...23, cu un set de acumulatoare (13) ce furnizează o tensiune continuă de aproximativ 220V, caracterizat prin aceea că dispozitivul de reglare a tensiunii continue (29) este astfel alcătuit încât, în regim de alimentare pentru acoperirea vârfurilor de consum, prelevarea energiei de la acumulatoarele (13) se face până la o scădere a tensiunii continue la acumulatoare de la 170 până la 190V și, în special, până la circa 180V.
25. Circuit electric, conform uneia din revendicările 21...24, caracterizat prin aceea că, în paralel cu dispozitivul de reglare a tensiunii continue (29), este montat un grup de redresoare (30), în special o diodă polarizată în sensul de trecere și care, la un consum de avarie ce conduce la un curent ce depășește curentul maxim al dispozitivului de reglare a tensiunii continue (29), preia integral sau parțial conducerea curentului continuu.
26. Circuit electric conform uneia din revendicările 15...25, caracterizat prin aceea că se prevede creșterea de 2 până la de 10 ori, preferabil de 4 până la de 8 ori și, de regulă, de 6 ori, a capacității acumulatoarelor în raport cu capacitatea normală determinată pentru rețeaua de alimentare în caz de avarie (23).
27. Circuit electric, conform uneia din revendicările 15...26, caracterizat prin aceea că un consumator (11) constituie nivelul de joasă tensiune de exemplu 400V, la o stație de transformare.