Использование возобновляемых источников энергии для повышения надежности работы систем управления и защиты насосных станций | Статья в журнале «Молодой ученый»

Авторы: ,

Рубрика: Технические науки

Опубликовано в Молодой учёный №18 (152) май 2017 г.

Дата публикации: 08.05.2017

Статья просмотрена: 32 раза

Библиографическое описание:

Адылов Я. Т., Назаров О. А. Использование возобновляемых источников энергии для повышения надежности работы систем управления и защиты насосных станций // Молодой ученый. — 2017. — №18. — С. 21-24. — URL https://moluch.ru/archive/152/43126/ (дата обращения: 24.06.2018).



Проблема ложного срабатывания, связанная с искажениями формы кривой напряжения и тока в линиях, питающих системы управления и защиты, является достаточно актуальной. Материал статьи связан с решением проблемой повышения надежности работы систем управления магистральными насосами, используемыми в ирригационных системах Республики Узбекистан. На основе анализа данных наблюдений предлагается использовать в качестве резервного источника питания энергией систем управляющих работой магистральных насосных станций альтернативный источник — солнечную батарею с преобразователем постоянного тока в переменный.

Современные насосные станции, используемые в ирригационных системах Республики Узбекистан, оснащены двумя типами управляющих систем [2, 4]: 1 — системы, регулирующие режим работы двигателей насосных агрегатов; 2 — системы защиты электрических двигателей привода насосов от аварийных или ненормальных режимов работы. Учитывая категорию надежности работы насосных станций, схема электроснабжения систем управления и защиты насосных станций предполагает снабжение электрической энергией, помимо основного и от резервного источника. На сегодняшний день, это схема 2х стороннего питания, которая классически реализуется с использованием устройства Автоматического Включения Резерва (АВР). С другой стороны, независимость электроснабжения относительная, т. к. обе линии подключены к единой энергосистеме со всеми вытекающими отсюда последствиями. Имеется в виду, что качество электрической энергии в обеих линиях будет одним и тем же. Говоря о качестве, нас особенно интересует показатель несинусоидальности формы кривой напряжения и тока.

На рисунке представлены отклонения от формы кривой тока, часто встречающиеся в энергосистеме [1,6]. В основном, они являются следствием различных переходных процессов, происходящих в электрических сетях (пуск или аварийное отключение объектов соизмеримой с системой мощности, различного рода атмосферные явления) Очень часто эти отклонения могут стать причиной ложных сигналов срабатывания или отключения систем управления и защиты. Для уменьшения вероятности несанкционированного срабатывания систем защиты и управления насосным агрегатом, в статье предлагается использовать в качестве резервного, абсолютно независимый источник энергии для их электроснабжения. В реальных условиях таким источником может быть возобновляемый источник. Имеется в виду электроснабжение от нетрадиционного источника электрической энергии. Такими источниками могут быть солнечная батарея, ветрогенератор и т. д. [3]. С учетом климатических особенностей Узбекистана (большое количество солнечных дней в год), для питания систем управления и защиты насосной станции оптимально использовать систему солнечная батарея– аккумулятор- инвертор для преобразования постоянного тока с переменный частотой 50 Гц, а также контроллер для управления процессом распределения тока. Предполагается следующий режим работы системы: в дневное время система будет использоваться как основной источник питания, линия от энергосистемы как резервная, в ночные часы наоборот. Следует отметить, что по статистике чаще всего искажения формы кривой напряжения и тока чаще всего встречаются в дневное время.

Общий вид установки и ее принципиальная схема приведены на рис.1 «а» и «б»

ИнвенторСолнечная энергоустановка

Рис. 1. «а», «б»

На практике используются два варианта схемы рис1 «б»: с сетевым и автономными инверторами.

Сетевой инверторАвтономные инверторы

Рис. 3. А) Сетевой инвертор [2], Б) Автономный инвертор

Сетевой инвертор работает без зарядного устройства и аккумулятора, поэтому схема рис 1б сильно упрощается и инвертор присоединяется непосредственно к солнечной батарее. Для варианта с Автономным инвертором схема не меняется. Мы предлагаем вариант с сетевым инвертором по двум причинам:

Он будет иметь высокую надежность (меньше элементов). Будет дешевле. В основном инверторы используются для снабжения потребителей 1 и 2 категорий надежности. Основной показатель работы инверторов — это форма кривой выходного напряжения и тока. В зависимости от формы кривой инверторы бывают: с «чистой синусоидой» на выходе и с «квазисинусоидой» на выходе. Инверторы с «чистой синусоидой» используются для питания измерительных приборов высокой точности, потому что форма кривой на выходе инвертора, намного чище чем в общей сети. У квазисинусоидальных инверторов форма кривой выходного напряжения — трапеция или прямоугольник [3]. По этой причине запрещается подключение к ним счетчиков. и измерительных приборов Показатель «чистая синусоида» для нас является основным и поэтому мы предлагаем использовать именно вариант с сетевым инвертором.

Основные рабочие параметры инверторa GW20K-DT

Показатели постоянного тока

МАХ мощность солнечной батареи, Вт

20500

Максимальное напряжение постоянного тока, В

1000

Напряжение передачи, В

500~800

Минимальное напряжение соединения инвертора, В

250

Максимальный ток, А

22/22

(Количество входов)/ число MPPТ трекеров

6/2

Тип коллектора

MC 4

Потребление в режиме ожидания, Вт

10

Показатели переменного тока

Номинальная мощность на выходе инвертора (переменный ток)Вт

20000

Максимальная мощность на постоянном токе, Вт

20000

Максимальный ток, А

30

Напряжение, В

400В, согласно VDE0126–1-1/A1

Частота

50Гц, согласно VDE0126–1-1/A1

THDi

менее 1.5 %

Эффективность (КПД)

Макс. Эффективность

98.0 %

Эффективность поЕвропейским стандартам

97.5 %

Макс. Эффективность

99.5 %

Безопасность

Выключатель постоянного тока

По требованию

Несинхронная защита(Islandingprotection)

есть

Мониторинг сети

VDE0126–1-1/A1

Другие показатели

Размеры(Ш*В*Г), мм

516*650*203

Вес, кг.

39

Место установки

снаружи

Крепление

На стену

Диапазон рабочих температур, С

от -20 до +60

Влажность

0 ~ 95 %

Класс защиты

IP65

Конструкция

Без трансформатора

Уровень шума, дБ

<45

Диагональ LCD дисплея, дюймов

5

Тип связи,

USB2.0; RS485; Wi-Fi

Гарантия, лет

5 или 10 лет

С учетом вышеизложенного для питания приборов контроля и защиты на крупных насосных станциях, мы предлагаем установить комплект Солнечная батарея- сетевой Инвертор GW20K-DT мощностью 20 кВт. В схеме инвертора не будут использованы зарядное устройство и аккумулятор, что повысит надежность работы инвертора.

Технико-экономические расчеты

  1. По статистике на территории Узбекистана бывает 320–340 солнечных дней в год.
  2. В среднем световой день составляет-11 часов в день.
  3. Система мощностью 20кВт выработает в день:20кВт х11час= 220кВт*час
  4. В год это составит: 220 кВт*час х 320 дней=70400 кВт.час

70400 кВт*час сэкономленной электроэнергии при цене за 1кВт*час= 250сум\кВт*час будет равно 17600000 сум в год. При курсе ЦБ 3500сум за 1$ это составит $5028. Стоимость всей системы GW20K-DT =$3800 за 1 комплект. При покупке партии из нескольких систем скидка обязательна. Таким образом, даже при максимальной цене, устройство окупается за 8.5 месяцев.

В статье мы предлагаем еще более удешевить установку за счет использования сетевого инвертора вместо автономного. В этом варианте, в схему не будет включены зарядное устройство и аккумулятор, а инвертор будет непосредственно соединен с солнечной батареей. Переменное напряжение от инвертора будет подключено через счетчик к питающей сети. Таким образом, компенсация расхода электрической энергии будет проходить непрерывно в объеме 2200кВт час ежедневно. Например, если предприятие в сутки потребляет 6000кВт часов электроэнергии, оплачиваться будут только (600–2200=3800) кВт часов.

Заключение

Использование в качестве независимого источника для питания систем управления работой насосных агрегатов солнечную батарею с необходимыми сопутствующими элементами, мы имеем:

  1. Частичная независимость в снабжении электроэнергией от центральной энергосистемы.
  2. С учетом 1, возможность получения идеальной синусоиды тока и напряжения и как следствие снижение вероятности ложных срабатываний
  3. Возможность корректировки параметров электроэнергии,особенно частоты и амплитуды напряжения.
  4. Повышение надежности.
  5. Ощутимая экономия электроэнергии, позволяющая в короткий срок окупить затраты на приобретение и установку системы-«Солнечная батарея-Аккумулятор-Инвертор-Контроллер»

Литература:

  1. Б. М. Тешабаев и др. // Анализ работы предприятия ГАК Узбекэнерго Предложения по улучшению качества электрической энергии. Известия АН РУз, № 12, 2014 г.
  2. http://www.schneider-electric.ru
  3. http://solarcrown.ru/
  4. http://www.a-electronica.ru/
  5. Testsieger «BesteZinsenTagesgeld 2017" (tagesgeldvergleich.net)
  6. Grid development in Uzbekistan: current status and planned tasks, proceedings of the XXII International Symposium on Nuclear Electronics &Computing, Berlin,Germany, September, 24–26,2011 (F. T. Adilova, Ya. T. Adilov, R. K. Bazarov, D. Akhmedov).
Основные термины (генерируются автоматически): солнечная батарея, сетевой инвертор, форма кривой, ток, электрическая энергия, переменный ток, максимальный ток, дневное время, выходное напряжение, Автономный инвертор.


Похожие статьи

Сравнительный анализ характеристик традиционного...

преобразователь, UPS, КИй, инвертор, выходное линейное напряжение, зависимость коэффициента гармоник, входной ток, напряжение, внешняя характеристика, система электроснабжения.

Асинхронные генераторы переменного тока

Асинхронные генераторы переменного тока. Для выработки электроэнергии обычно

Тем не менее, выходное напряжение не может контролироваться и реактивной мощности

В суб-синхронных условиях, роторный преобразователь работает как инвертор и сетевой...

Выбор емкости конденсатора звена постоянного тока двухзвенного...

Неотъемлемой частью двухзвенного электрического преобразователя с инвертором напряжения является звено постоянного тока, состоящее, в общем случае, из накопительного конденсатора — фильтра, который задает режимы работы инвертора...

Технология повышения энергоэффективности электрических сетей

ток, переменный ток, сеть, напряжение, реактивная мощность, уровень напряжения, фазное напряжение. Ключевые слова. энергоэффективность, энергосбережение, электрическая сеть, постоянный ток, фаза и...

Расчет ветро-солнечной установки малой мощности

Расчет мощности инвертора. где Pинврек — рекомендуемая мощность инвертора

Реальная энергоёмкость АКБ, Вт-ч/сут: Оптимальный ток заряда, А. и коэффициент потерь, о.е.

Ток, который должен обеспечить солнечный контроллер, А.: Энергобаланс.

Сравнение одно-диодных и двух-диодных моделей...

В настоящее время солнечные батареи являются наиболее важным источником для преобразование

Солнечная энергия является чистой и не загрязняющий окружающую среду.

Выходной ток уравнение для Rp — модель может быть написана как на выражение (1).

Повышение эффективности электрифицированного...

переменный ток, ток, электрическая энергия, напряжение, питающее напряжение, уменьшение тока, активное сопротивление, высокое напряжение, железная дорога, контактная подвеска.

Алгоритм расчёта системы автономного питания на основе ВЭУ...

— стабилизирует выходное напряжение, — облегчает разгон ВЭУ, — является хорошим сумматором для различных источников энергии [5].

— выбор остального оборудования, входящего в состав автономного ЭГК (кабели, аккумуляторная батарея, инвертор и т. д.).

Векторное управление активным выпрямителем напряжения

Такие активные преобразователи могут быть построены на основе автономного инвертора напряжения (АИН), если его обратить на сторону переменного тока [1 с.305; 2 с. 400]. Активный преобразователь напряжения может работать в режиме выпрямителя...

Сравнительный анализ характеристик традиционного...

преобразователь, UPS, КИй, инвертор, выходное линейное напряжение, зависимость коэффициента гармоник, входной ток, напряжение, внешняя характеристика, система электроснабжения.

Асинхронные генераторы переменного тока

Асинхронные генераторы переменного тока. Для выработки электроэнергии обычно

Тем не менее, выходное напряжение не может контролироваться и реактивной мощности

В суб-синхронных условиях, роторный преобразователь работает как инвертор и сетевой...

Выбор емкости конденсатора звена постоянного тока двухзвенного...

Неотъемлемой частью двухзвенного электрического преобразователя с инвертором напряжения является звено постоянного тока, состоящее, в общем случае, из накопительного конденсатора — фильтра, который задает режимы работы инвертора...

Технология повышения энергоэффективности электрических сетей

ток, переменный ток, сеть, напряжение, реактивная мощность, уровень напряжения, фазное напряжение. Ключевые слова. энергоэффективность, энергосбережение, электрическая сеть, постоянный ток, фаза и...

Расчет ветро-солнечной установки малой мощности

Расчет мощности инвертора. где Pинврек — рекомендуемая мощность инвертора

Реальная энергоёмкость АКБ, Вт-ч/сут: Оптимальный ток заряда, А. и коэффициент потерь, о.е.

Ток, который должен обеспечить солнечный контроллер, А.: Энергобаланс.

Сравнение одно-диодных и двух-диодных моделей...

В настоящее время солнечные батареи являются наиболее важным источником для преобразование

Солнечная энергия является чистой и не загрязняющий окружающую среду.

Выходной ток уравнение для Rp — модель может быть написана как на выражение (1).

Повышение эффективности электрифицированного...

переменный ток, ток, электрическая энергия, напряжение, питающее напряжение, уменьшение тока, активное сопротивление, высокое напряжение, железная дорога, контактная подвеска.

Алгоритм расчёта системы автономного питания на основе ВЭУ...

— стабилизирует выходное напряжение, — облегчает разгон ВЭУ, — является хорошим сумматором для различных источников энергии [5].

— выбор остального оборудования, входящего в состав автономного ЭГК (кабели, аккумуляторная батарея, инвертор и т. д.).

Векторное управление активным выпрямителем напряжения

Такие активные преобразователи могут быть построены на основе автономного инвертора напряжения (АИН), если его обратить на сторону переменного тока [1 с.305; 2 с. 400]. Активный преобразователь напряжения может работать в режиме выпрямителя...

Обсуждение

Социальные комментарии Cackle

Похожие статьи

Сравнительный анализ характеристик традиционного...

преобразователь, UPS, КИй, инвертор, выходное линейное напряжение, зависимость коэффициента гармоник, входной ток, напряжение, внешняя характеристика, система электроснабжения.

Асинхронные генераторы переменного тока

Асинхронные генераторы переменного тока. Для выработки электроэнергии обычно

Тем не менее, выходное напряжение не может контролироваться и реактивной мощности

В суб-синхронных условиях, роторный преобразователь работает как инвертор и сетевой...

Выбор емкости конденсатора звена постоянного тока двухзвенного...

Неотъемлемой частью двухзвенного электрического преобразователя с инвертором напряжения является звено постоянного тока, состоящее, в общем случае, из накопительного конденсатора — фильтра, который задает режимы работы инвертора...

Технология повышения энергоэффективности электрических сетей

ток, переменный ток, сеть, напряжение, реактивная мощность, уровень напряжения, фазное напряжение. Ключевые слова. энергоэффективность, энергосбережение, электрическая сеть, постоянный ток, фаза и...

Расчет ветро-солнечной установки малой мощности

Расчет мощности инвертора. где Pинврек — рекомендуемая мощность инвертора

Реальная энергоёмкость АКБ, Вт-ч/сут: Оптимальный ток заряда, А. и коэффициент потерь, о.е.

Ток, который должен обеспечить солнечный контроллер, А.: Энергобаланс.

Сравнение одно-диодных и двух-диодных моделей...

В настоящее время солнечные батареи являются наиболее важным источником для преобразование

Солнечная энергия является чистой и не загрязняющий окружающую среду.

Выходной ток уравнение для Rp — модель может быть написана как на выражение (1).

Повышение эффективности электрифицированного...

переменный ток, ток, электрическая энергия, напряжение, питающее напряжение, уменьшение тока, активное сопротивление, высокое напряжение, железная дорога, контактная подвеска.

Алгоритм расчёта системы автономного питания на основе ВЭУ...

— стабилизирует выходное напряжение, — облегчает разгон ВЭУ, — является хорошим сумматором для различных источников энергии [5].

— выбор остального оборудования, входящего в состав автономного ЭГК (кабели, аккумуляторная батарея, инвертор и т. д.).

Векторное управление активным выпрямителем напряжения

Такие активные преобразователи могут быть построены на основе автономного инвертора напряжения (АИН), если его обратить на сторону переменного тока [1 с.305; 2 с. 400]. Активный преобразователь напряжения может работать в режиме выпрямителя...

Сравнительный анализ характеристик традиционного...

преобразователь, UPS, КИй, инвертор, выходное линейное напряжение, зависимость коэффициента гармоник, входной ток, напряжение, внешняя характеристика, система электроснабжения.

Асинхронные генераторы переменного тока

Асинхронные генераторы переменного тока. Для выработки электроэнергии обычно

Тем не менее, выходное напряжение не может контролироваться и реактивной мощности

В суб-синхронных условиях, роторный преобразователь работает как инвертор и сетевой...

Выбор емкости конденсатора звена постоянного тока двухзвенного...

Неотъемлемой частью двухзвенного электрического преобразователя с инвертором напряжения является звено постоянного тока, состоящее, в общем случае, из накопительного конденсатора — фильтра, который задает режимы работы инвертора...

Технология повышения энергоэффективности электрических сетей

ток, переменный ток, сеть, напряжение, реактивная мощность, уровень напряжения, фазное напряжение. Ключевые слова. энергоэффективность, энергосбережение, электрическая сеть, постоянный ток, фаза и...

Расчет ветро-солнечной установки малой мощности

Расчет мощности инвертора. где Pинврек — рекомендуемая мощность инвертора

Реальная энергоёмкость АКБ, Вт-ч/сут: Оптимальный ток заряда, А. и коэффициент потерь, о.е.

Ток, который должен обеспечить солнечный контроллер, А.: Энергобаланс.

Сравнение одно-диодных и двух-диодных моделей...

В настоящее время солнечные батареи являются наиболее важным источником для преобразование

Солнечная энергия является чистой и не загрязняющий окружающую среду.

Выходной ток уравнение для Rp — модель может быть написана как на выражение (1).

Повышение эффективности электрифицированного...

переменный ток, ток, электрическая энергия, напряжение, питающее напряжение, уменьшение тока, активное сопротивление, высокое напряжение, железная дорога, контактная подвеска.

Алгоритм расчёта системы автономного питания на основе ВЭУ...

— стабилизирует выходное напряжение, — облегчает разгон ВЭУ, — является хорошим сумматором для различных источников энергии [5].

— выбор остального оборудования, входящего в состав автономного ЭГК (кабели, аккумуляторная батарея, инвертор и т. д.).

Векторное управление активным выпрямителем напряжения

Такие активные преобразователи могут быть построены на основе автономного инвертора напряжения (АИН), если его обратить на сторону переменного тока [1 с.305; 2 с. 400]. Активный преобразователь напряжения может работать в режиме выпрямителя...

Задать вопрос