Система электроснабжения потребителей в сетях напряжения с использованием возобновляемых и невозобновляемых источников энергии и управлением генерацией электроэнергии

Система электроснабжения потребителей в сетях напряжения с использованием возобновляемых и невозобновляемых источников энергии и управлением генерацией электроэнергии

Реферат

Изобретение относится к электроэнергетике, а именно к производству и распределению электрической энергии.

Известны различные системы, реализующие способы бесперебойного и автономного электроснабжения потребителей (Гусаров В.А, Задде В.В., Никитин Б.А., Каргиев В.М. «Автоматический комплекс бесперебойного энергоснабжения», Труды 4-й Международной научно-технической конференции (12-13 мая 2004, г. Москва, ГНУ ВИЭСХ, часть 1, стр.263-268).

Недостатками данных систем являются невозможность использования существующих электрических сетей для обмена электроэнергией с генерирующими компаниями, а также акцентирование на способах выработки электроэнергии либо от возобновляемых, либо от невозобновляемых источников энергии.

Известна система автономного электроснабжения жилых и производственных помещений, описанная в RU 2249125, F03D 9/00, опубликовано 27.03.2005 г.

Изобретение относится к устройствам энергоснабжения и предназначено для электро-, тепло- и горячего водоснабжения жилых и производственных помещений.

Система автономного электро- и теплоснабжения жилых и производственных помещений содержит ветрогенераторную установку для выработки электроэнергии, связанную с потребителями электрической энергии; аккумулятор электрической энергии связанный с ветрогенераторной установкой и потребителями электрической энергии; установку для преобразования солнечной энергии в тепловую и тепловой аккумулятор, связанный с потребителями тепловой энергии. Система содержит работающий от ветрогенераторной установки тепловой насос, связанный с потребителями тепловой энергии; инвертор, через который аккумулятор электрической энергии.

Недостатком данной системы является использование исключительно возобновляемых источников энергии с труднопрогнозируемыми количественными показателями вырабатываемой электроэнергии для потребителя электроэнергии, низкая надежность системы из-за отсутствия системы управления выработкой электроэнергии, а также невозможности масштабирования системы для увеличения производства электроэнергии.

Известна система для автономного электроснабжения трехфазным переменным током, при использовании энергии ветра, описанная в RU 2 262 790 С1 H02J 7/34, 3/38, F03D 9/00, опубликованная 20.10.2005.

Сущность изобретения состоит в том, что согласно данному изобретению, автономная система бесперебойного электроснабжения содержит два независимых источника электроснабжения, соединенных между собой блоком переключения, функцию одного из них выполняет дизель-генераторная установка, снабженная системой автоматического регулирования активной мощности, функцию другого - синхронный компенсатор, с устройством разгона и системой автоматического регулирования скорости, ветротурбина переменной скорости вращения, жестко связанная с многоскоростной асинхронной машиной, управляемой блоком выбора режима, задающая ее рабочую скорость в функции активной мощности, аккумуляторная батарея, соединенная с синхронным компенсатором посредством двухкомплектного реверсивного тиристорного преобразователя, который при превышении мощности ветротурбины над мощностью нагрузки управляется в системе автоматической стабилизации скорости синхронного компенсатора, а в режиме, когда мощность ветротурбины меньше мощности нагрузки и аккумуляторная батарея разряжена - в системе стабилизации активной мощности дизель-генераторной установки.

Недостатками данной системы являются наличие механических жестких связей, невозможность подключения других источников энергии для наращивания мощности.

Наиболее близким прототипом является система управления выработкой электрической энергией RU 2435270 C1, H02J 3/00, опубликована 27.11.2011 г., включающая энергоблоки, включенные в сеть по параллельной схеме и вращающие силовую установку, электрический генератор, выключатели, программируемые средства управления и защиты. К электрической сети параллельно энергоблокам подключено, по меньшей мере, одно активное нагрузочное устройство. Программируемые средства управления и защиты включают многопроцессорную систему возбуждения с преобразователем на биполярных транзисторах с изолированным затвором, контроллер автоматической регулировки усиления и контроллер дифференциальной защиты электрического генератора.

Недостатками данной системы являются отсутствие возможности организации локальных сетей, автономных микросетей и невозможность выбора оптимального типа генерации электроэнергии в зависимости от конкретных условий потребления электроэнергии.

Технический результат предлагаемого изобретения достигается устройством системы электроснабжения, использующей возобновляемые и невозобновляемые источники энергии при совместной работе в единой электрической сети низкого напряжения с приоритетным использованием энергии от возобновляемых источников для выработки электрической энергии реализующей способ управления генерацией в зависимости от условий выработки и потребления электрической энергии на основе данных датчиков обратной связи для снижения себестоимости вырабатываемой электроэнергии и с возможностью обмена электроэнергией с электросетями более высокого уровня. При этом производится непрерывный анализ данных окружающей среды (направления и скорости ветра, значения солнечной радиации, скорости водного потока, объема и давления биогаза в магистрали), напряжения и частоты на силовом вводе от магистральной линии электропередачи и мощности в нагрузке. На основе полученных данных реализуется алгоритм выбора наиболее оптимального источника генерации для обеспечения потребителя электроэнергией с качеством по ГОСТ 13109 и при наименьшей себестоимости выработки электроэнергии. При изменении состояния окружающей среды и (или) потребления электроэнергии производится изменение источника генерации таким образом, чтобы качество электроэнергии являлось приоритетным параметром.

На фиг.1 показана структурная схема предлагаемой системы.

Предлагаемая система электроснабжения потребителей включает в себя стационарную систему управления 1, локальные модули управления 2, которые устанавливаются непосредственно на источники генерации, использующие невозобновляемую энергию A1…An (дизельное топливо, магистральный газ, котельное топливо), а также на источники генерации, использующие возобновляемую энергию B1…Bn (ветроустановки, мини-ГЭС, солнечные панели, биогазовые генераторы). Локальные модули управления, устанавливаемые на источники генерации с возобновляемой энергией осуществляют трансляцию данных от датчиков окружающей среды 9 в стационарную систему управления 1 через информационный канал 6, использующий в качестве среды передачи данных сеть локальную сеть низкого напряжения 3. Все источники генерации объединены в локальную сеть низкого напряжения 3, доставляющую электроэнергию непосредственно к потребителю. Локальная сеть низкого напряжения использует систему обмена электрической энергией 4 с магистральными электросетями низкого, среднего или высокого напряжения 5. Стационарная система управления 1 имеет информационный канал 7 для обмена данными и передачи управления системе верхнего уровня 8.

Предлагаемая система электроснабжения потребителей работает следующим образом. Электрическая мощность из магистральной сети 5 через систему обмена электрической энергией 4 поступает к потребителям.Стационарная система управления 1 анализирует нагрузку в сети и состояние окружающей среды через датчики 9. При достаточном ветропотоке, солнечной радиации или напоре воды через локальные модули управления 2, установленные у каждого источника генерации в локальную сеть 3, вводится замещающая генерация, при этом мощность магистральной сети выводится таким образом, что бы в качестве основного источника генерации в микросети максимально использовалась генерация от возобновляемых источников энергии B1…Bn. В случае избытка мощности от локальных возобновляемых источников энергии B1…Bn осуществляется ее рекуперация через систему обмена электрической энергией 4 в магистральную сеть 5. При пиковой нагрузке в сети, если мощности генерации от возобновляемых источников энергии B1…Bn недостаточно, а также в случае отсутствия подключения к магистральной сети осуществляется ввод в сеть генерации от источников возобновляемой энергии A1…An таким образом, что бы преимущество имели источники с более дешевым видом топлива (использование газовой генерации имеет преимущество перед дизельной, дизельная - перед бензиновой). Стационарная система управления 1 осуществляет непрерывное управление источниками генерации A1…An и B1…Bn таким образом, чтобы в любой момент времени в зависимости от изменения нагрузки в локальной сети 3 осуществлять изменение локальной генерации в сети посредством управления источниками генерации через локальные модули управления 2, а также обеспечивать оптимальный обмен энергией с сетями более высокого уровня. Каждая подобная локальная система может встраиваться как элемент более крупной сети и работать под управлением системы верхнего уровня 8 через информационный канал обмена данными 7.

Система электроснабжения содержит стационарную систему управления, имеет информационный канал для обмена данными и передачи управления системе верхнего уровня, включает локальные модули управления, которые устанавливаются непосредственно на источники генерации, использующие невозобновляемую энергию, а также на источники генерации, использующие возобновляемую энергию, где локальные модули управления, устанавливаемые на источники генерации с возобновляемой энергией, осуществляют трансляцию данных от датчиков окружающей среды в стационарную систему управления через информационный канал, использующий в качестве среды передачи данных локальную сеть низкого напряжения, и где все источники генерации объединены в локальную сеть низкого напряжения, доставляющую электроэнергию непосредственно к потребителю, а локальная сеть низкого напряжения использует систему обмена электрической энергией с магистральными электросетями среднего или высокого напряжения с целью создания надежной энергетической системы, где для снижения себестоимости электроэнергии локальной сети первично используется энергия возобновляемых источников энергии.