RU2173928C2

RU2173928C2 - System converting and stabilizing electric voltage of renewed source of energy ( versions )

Info

Publication number: RU2173928C2
Application number: RU99118113/09A
Authority: RU
Inventors: А.В. Пивник
Original assignee: Закрытое акционерное общество "Производственное объединение Бийскэнергомаш"
Priority date: 1999-08-23
Filing date: 1999-08-23
Publication date: 2001-09-20

Abstract

FIELD: electrical engineering. SUBSTANCE: invention refers to system converting electric alternating voltage to alternating voltage with intermediate conversion to direct current with the aid of electric machine converter changing voltage and number of phases with frequency and voltage stabilization. It includes several D C generators, rectifiers, buffer storage station, reversible electron regulator of rotation speed of shaft of D C electric motor, driving D C electric motor with tachogenerator and synchronous generator. System of conversion is effective thanks to matching of flywheel moment of driving electric motor and synchronous generator. Power of output three-phase voltage can be risen by individual models. Invention is predominantly intended for free-flow hydraulic power stations. EFFECT: increased stability of output voltage. 3 cl, 1 dwg

Description

Изобретение относится к преобразователям напряжения с последующей стабилизацией напряжения и частоты для электроэнергии, получаемой со свободнопоточных гидроэлектростанций и может использоваться в системах энергопитания, вырабатываемых возобновляемыми источниками энергии (такими как ветроэлектростанции, солнечные электростанции, тепловые электростанции, геотермальные электростанции и др.). The invention relates to voltage converters with subsequent stabilization of voltage and frequency for electricity received from free-flow hydroelectric power plants and can be used in power supply systems generated by renewable energy sources (such as wind power plants, solar power plants, thermal power plants, geothermal power plants, etc.).

Известно изобретение "Устройство для питания нагрузки", патент РФ N 1709461, H 01 J 7/35, предназначенное для питания постоянным током от генератора постоянного тока со стабильной частотой вращения и включающее в себя: генератор постоянного тока, буферную аккумуляторную батарею, систему ограничения тока нагрузки. Недостатком данного устройства является то, что невозможно использовать его для нестабильного вращающегося ротора генератора постоянного тока и для потребителей переменного тока. The invention is known "Device for powering the load", RF patent N 1709461, H 01 J 7/35, designed to supply direct current from a constant current generator with a stable speed and including: a direct current generator, a buffer battery, a current limiting system load. The disadvantage of this device is that it is impossible to use it for an unstable rotating rotor of a DC generator and for consumers of alternating current.

Известно изобретение "Устройство" для защиты от превышения частоты вращения электромагнитного преобразователя", патент РФ N 1569930, H 02 H 7/093, в котором приводной двигатель постоянного тока, имеющий регулятор частоты вращения, связан по валу с синхронным генератором. Данное устройство позволяет стабилизировать частоту и напряжение выходного синхронного генератора регулятором частоты вращения приводного электродвигателя постоянного тока при наличии постороннего источника электропитания. Недостатком данного устройства является то обстоятельство, что невозможно его использовать при отсутствии постороннего источника электропитания или при наличии нестабильного источника переменного напряжения. The invention is known as a "Device" for protection against exceeding the rotation frequency of an electromagnetic converter, "RF patent N 1569930, H 02 H 7/093, in which a direct current drive motor having a speed controller is connected via a shaft to a synchronous generator. This device allows you to the frequency and voltage of the output synchronous generator by the speed controller of the DC drive electric motor in the presence of an extraneous power supply. elstvo that it is impossible to use it in the absence of an external source of power or in the presence of an unstable alternating voltage source.

Предлагаемое изобретение представляет собой многоканальное соединение генераторов постоянного тока, работающих на одну буферную аккумуляторную станцию. Так как валы каждого из генераторов постоянного тока крутит гидравлическая часть свободнопоточной гидроэлектростанции, то вращение вала нельзя стабилизировать, т.к. нет обратной связи между скоростью течения реки и частотой вращения вала генератора постоянного тока. Поэтому каждый генератор постоянного тока заряжает свой аккумулятор или конденсатор через выпрямитель. Буферная аккумуляторная станция содержит как минимум два аккумулятора или конденсатора, соединенные последовательно или параллельно для получения необходимого напряжения на выходе аккумуляторной станции. В виде варианта выполнения системы буферная аккумуляторная станция может содержать по меньшей мере три аккумулятора и конденсатора, соединенные параллельно и последовательно. Мощность аккумуляторной станции определяется суммарной мощностью генераторов постоянного тока. The present invention is a multi-channel connection of DC generators operating on a single buffer battery station. Since the shafts of each of the DC generators are turned by the hydraulic part of the free-flow hydroelectric power station, the rotation of the shaft cannot be stabilized, because there is no feedback between the speed of the river and the speed of the shaft of the DC generator. Therefore, each DC generator charges its battery or capacitor through a rectifier. The buffer battery station contains at least two batteries or capacitors connected in series or in parallel to obtain the required voltage at the output of the battery station. As an embodiment of the system, the buffer battery station may comprise at least three batteries and capacitors connected in parallel and in series. The power of the battery station is determined by the total power of the DC generators.

Напряжением аккумуляторной станции запитывается реверсивный электронный регулятор частоты вращения вала приводного электродвигателя постоянного тока. На валу реверсивного приводного электродвигателя постоянного тока расположен тахогенератор, который имеет связь с электронным регулятором частоты вращения. Вал приводного электродвигателя постоянно тока кинематически соединен с валом синхронного трехфазного генератора. Регулятор частоты вращения стабилизирует частоту оборотов на заданном уровне, для получения стабильной частоты и напряжения на выходе синхронного генератора. Для оптимального преобразования электрической мощности буферной аккумуляторной станции механический маховый момент приводного электродвигателя согласуется с маховым моментом синхронного генератора, причем электродвигатель постоянного тока выбирается с наибольшим маховым моментом, а синхронный генератор с минимальным маховым моментом, для определенных номинальных мощностей. The voltage of the battery station is powered by a reversible electronic speed controller of the shaft of the DC drive electric motor. A tachogenerator is located on the shaft of the reversible DC drive electric motor, which is connected to an electronic speed controller. The shaft of a direct current drive motor is kinematically connected to the shaft of a synchronous three-phase generator. The speed controller stabilizes the speed at a predetermined level to obtain a stable frequency and voltage at the output of the synchronous generator. For optimal conversion of the electric power of the buffer battery station, the mechanical flywheel of the drive electric motor is consistent with the flywheel of the synchronous generator, the DC motor being selected with the highest flywheel and the synchronous generator with the minimum flywheel, for certain rated powers.

Предлагаемое изобретение представлено на чертеже, где 1 - генераторы постоянного тока, 2 - выпрямители, 3 - буферная аккумуляторная станция, 4 - реверсивный электронный регулятор частоты вращения вала электродвигателя постоянного тока, 5 - тахогенератор, 6 - электродвигатель постоянного тока, 7 - синхронный генератор. The invention is presented in the drawing, where 1 is a DC generator, 2 is a rectifier, 3 is a battery buffer station, 4 is a reversible electronic speed controller for a shaft of a DC motor, 5 is a tachogenerator, 6 is a DC motor, 7 is a synchronous generator.

Несколько генераторов 1 постоянного тока заряжают буферную аккумуляторную станцию 3 через выпрямители 2. Цепь питания реверсивного электронного регулятора частоты вращения вала электродвигателя 4 постоянного тока связана с аккумуляторной станцией 3, цепь управления связана с тахогенератором 5, исполнительная цепь связана с приводным реверсивным электродвигателем 6 постоянного тока, причем последний связан кинематически по валу с валом синхронного генератора. Several DC generators 1 charge the buffer battery station 3 through rectifiers 2. The power circuit of the reversible electronic speed controller of the shaft of the DC motor 4 is connected to the battery station 3, the control circuit is connected to the tachogenerator 5, the Executive circuit is connected to the drive reversing DC motor 6, moreover, the latter is kinematically connected along the shaft with the shaft of the synchronous generator.

Сопоставительный анализ с аналогом позволяет сделать вывод, что заявляемое техническое решение соответствует критерию изобретения "новизна". Comparative analysis with an analogue allows us to conclude that the claimed technical solution meets the criteria of the invention of "novelty."

Повышение экономичности и эффективности системы достигается: за счет использования стандартных отработанных моделей электродвигателей и генераторов, за счет согласования напряжения и мощности потребления, за счет согласования механических характеристик электродвигателя постоянного тока и синхронного генератора, за счет преобразования нестабильного переменного напряжения в постоянный вид тока, а затем путем запитывания согласованного по механическим характеристикам электродвигателя достигается стабилизация частоты вращения его вала и получение на выходе стабилизированного трехфазного напряжения. Improving the efficiency and effectiveness of the system is achieved: by using standard proven models of electric motors and generators, by matching voltage and power consumption, by matching the mechanical characteristics of a DC motor and a synchronous generator, by converting an unstable alternating voltage into a constant current, and then by feeding a motor that is coordinated by the mechanical characteristics, stabilization of the rotational speed shaft and obtaining a stabilized output phase voltage.

При поиске в патентной и научно-технической литературе не обнаружено системы преобразования и стабилизации электрического напряжения возобновляемых источников энергии с генератором постоянного тока, реверсивным регулятором частоты вращения вала электродвигателя постоянного тока, буферной аккумуляторной станцией, выпрямителями, электродвигателем постоянного тока, синхронным генератором. Таким образом, предложенное техническое решение соответствует критерию "существенные отличия". When searching in the patent and scientific literature, no system was found for converting and stabilizing the electrical voltage of renewable energy sources with a direct current generator, a reversible speed regulator for the shaft of a direct current electric motor, a buffer battery station, rectifiers, a direct current electric motor, and a synchronous generator. Thus, the proposed technical solution meets the criterion of "significant differences".

Использование предлагаемой системы повышает эффективность свободнопоточных гидроэлектростанций. Позволяет суммарную мощность доводить до необходимой потребителю путем суммирования мощностей отдельных модулей. Позволяет использовать нестабильное напряжение путем его преобразования для запитывания промышленных потребителей стабильным трехфазным напряжением. Using the proposed system increases the efficiency of free-flow hydroelectric power plants. Allows to bring the total power to the required consumer by summing the capacities of individual modules. Allows you to use unstable voltage by converting it to power industrial consumers with a stable three-phase voltage.

Claims

1. A system for converting and stabilizing the electrical voltage of a renewable energy source, comprising at least two direct current generators that are connected through rectifiers to a buffer battery station containing at least two batteries or capacitors connected in series or in parallel, and a power circuit is connected to the battery station reversible electronic speed controller, which is connected through the control circuit to the tachogenerator, and along the executive circuit - to the reverse a constant current direct current electric motor, on the shaft of which a tachogenerator is located, as well as a shaft of a reverse direct current electric drive, is kinematically connected to the shaft of a synchronous generator, and the flywheel of the reverse direct current electric drive is matched with the flywheel of the synchronous generator.

2. The system according to claim 1, characterized in that the renewable source of electricity is a free-flow hydroelectric power station.

3. A system for converting and stabilizing the electrical voltage of a renewable energy source, comprising at least two direct current generators that are connected through rectifiers to a buffer battery station containing at least three batteries and capacitors connected in parallel and in series, with a circuit connected to the battery station power supply of a reversible electronic speed controller, which is connected via a control circuit to a tachogenerator, and via an executive circuit to a reverse an apparent drive a DC motor, whose shaft is located tachogenerator and reversible drive shaft DC motor kinematically coupled to the shaft of the synchronous generator and the flywheel action a reversing motor driving DC agreed luffing torque of the synchronous generator.

4. The system according to p. 3, characterized in that the renewable energy source is a free-flow hydroelectric power station.