Электротехнические комплексы с повышенным использованием энергии первичного энергоносителя в процессе электроснабжения

1
ЕЭС России
на 01.01.2019г. (МВт)
По данным Минэнерго
на 02.2017г.

2
Цель работы – разработка электротехнического комплекса с повышенным использованием энергии первичного энергоносителя в процессе электроснабжения потребителей
Задачи работы:
Обосновать структуру электротехнического комплекса с автономным источником при использовании тригенерационного режима с бинарным циклом;
Разработать систему автоматического регулирования потока жидкости в цикле распределения энергии холода, питающей теплообменный аппарат охлаждения воздуха подающего на вход компрессора ГТУ в составе электротехнического комплекса;
Разработать систему автоматического регулирования мощностных потоков электротехнического комплекса с автономным источником при использовании тригенерационного режима с бинарным циклом
Составить технико-экономическое обоснование эффективности использования энергии первичного энергоносителя в газотурбинных электростанциях при тригенерационном режиме с бинарным циклом.

3
Модель когенерационной системы на основе газотурбинной установки (ГТУ)
Модель бинарного цикла когенерационного электротехнического комплекса в среде Matlab Simulink
Когенерация – процесс выработки электрической и тепловой энергии. Когенерационные системы позволяют повысить эффективность электротехнических комплексов вдвое.

4
Тригенерация – процесс выработки электрической, тепловой и энергии холода. Тригенерационные системы системы позволяют всезезонно повысить эффективность электротехнических комплексов вдвое.
1
2
Графики зависимости выработки электрической и тепловой мощностей от температуры на входе ГТУ
Тригенерационная система энергоснабжения с бинарным циклом

5
Модель САУ теплообменного аппарата в среде Matlab Simulink
Уравнения баланса тепловой мощности

6

6

ДГ – дизель-генератор;
ДВС – двигатель внутреннего сгорания;
Тр – трансформатор;
ДВ – диодный выпрямитель;
С – конденсатор;
АИ – автономный инвертор;
ПЧ – преобразователь частоты;
М – асинхронный двигатель с короткозамкнутым ротором;
САУ ЭД – система автоматического управления электродвигателем.
Структурная схема системы электроснабжения с электроприводом в качестве основного потребителя электрической энергии

Математическая модель системы электроснабжения с электроприводом в качестве основного потребителя электрической энергии в программе Matlab
Асинхронный двигатель с короткозамкнутым ротором АИР280М2 с номинальной мощностью 132 кВт.
Частотно-регулируемый электропривод с векторной системой управления.
В процессе математического моделирования был произведен запуск АД с КЗР с временем разгона равным 1 с., задание по скорости – 120 рад/с. С момента времени 1 с. до 2 с. двигатель работал на холостом ходу. В момент времени 2 с. к электродвигателю подключалась нагрузка, равная 108 кВт, таким образом, момент составлял 900 Н∙м.

Результаты моделирования
АД с нагрузкой
без ГЭК
Пуск
ХХ

Структура автономной энергосистемы с нелинейной и разработанным гибридным фильтрокомпенсирующим устройством с общим звеном постоянного тока
ГФУ– гибридный фильтрокомпенсирующее устройство;
IGBT АФ – инвертор активного фильтра;
САУ АФ – система автоматического управления активным фильтром;
L АФ – выходной дроссель для активного фильтра;
ПФ – высокочастотный емкостной пассивный фильтр.

Гибридное фильтрокомпенсирующее устройство
Модель схемы электроснабжения с применением ГЭК
1. Применение общего накопительного элемента для гибридного фильтрокомпенсирующего устройства и преобразователя частоты.
2. Повышение эффективности компенсации высших гармоник за счет дополнительного высокочастотного емкостного фильтра на выходе активного фильтра, входящего в состав гибридного фильтрокомпенсирующего устройства.

Оценка эффективности ГЭК
АД с нагрузкой
Пуск
ХХ

Результат математического моделирования
Осциллограмма кривой напряжения и тока с подключенным гибридным комплексом
Спектрограмма кривой напряжения и тока с включенным гибридным комплексом для определения показаний качества электроэнергии

График зависимости коэффициента мощности всей системы до и после применения гибридного фильтрокомпенсирующего устройства
Исследование зависимости коэффициента мощности системы электроснабжения

Основные выводы
Предложенный гибридный электротехнический комплекс обеспечивает значительное сокращение высших гармонических составляющих, как по току, так и по напряжению, при этом суммарный коэффициент гармонических составляющих по току снижается с 22,99% до 0,43%, а суммарный коэффициент гармонических составляющих по напряжению - с 16,09% до 1,43%. Также обеспечивается практически полная компенсация потребляемой из сети реактивной мощности до величины коэффициента мощности, близкой к 1, что дает возможность эффективно управлять потоками энергии в условиях автономных энергосистем.
Таким образом, разработанный гибридный электротехнический комплекс является эффективным технических средством коррекции уровня несинусоидальности формы кривых тока и напряжения для условий автономных систем электроснабжения кустов скважин нефтедобычи, удаленных от централизованной энергосистемы.