Конспект лекций по курсу “Электрический привод”, страница 66

§ 10.3.  Электроприводы гидроаккумулирующих электростанций

Энергосистемы, обеспечивающие какие-либо регионы электроэнергией, работают, как правило, в неравномерной нагрузкой в течение суток. В утренние и дневные часы наблюдается повышенный расход энергии, в ночные часы потребление энергии уменьшается.

При снижении потребления электроэнергии можно снижать уровень ее производства. Однако это не всегда экономически оправдано. Например, снижение мощности гидроэлектростанций означает недоиспользование энергии рек.

Одно из эффективных решений указанной проблемы – использование гидроаккумулирующих электростанций (ГАЭС). В типичной ГАЭС возле какого-либо водоема создается искусственное озеро на высоте 100 и более метров, которое соединяется с водоемом водопроводами (туннелями). Вверх по водопроводам вода движется турбинами, которые приводятся во вращение гидрогенераторами, работающими в режиме двигателей. При движении воды вниз по водопроводам турбины работают двигателями, а гидрогенераторы производят электроэнергию.

Таким образом, в режимах малых нагрузок энергосистем ГАЭС являются дополнительной нагрузкой и обеспечивают преобразование излишков электроэнергии в потенциальную энергию воды. В режимах повышенных нагрузок энергосистем накопленная потенциальная энергия воды преобразуется в электроэнергию.

Экономическая целесообразность использования ГАЭС определяется двумя основными факторами – стоимостью создания ГАЭС и ее КПД. Причем КПД в данном случае имеет особое значение, так как осуществляется многократное преобразование энергии – преобразования при изменении потенциальной энергии воды и при переводе ее в электроэнергию.

В 70-х годах прошлого века в России была построена Загорская ГАЭС. В ней использованы гидрогенераторы мощностью порядка 230 МВт. Связь каждого гидрогенератора с электроэнергетической системой осуществляется через тиристорные преобразователи частоты и трансформаторы. К недостаткам такой системы можно отнести то, что преобразователи частоты и трансформаторы выполнены на полную мощность гидрогенераторов. Следствием этого является повышенная стоимость оборудования, пониженный КПД и повышенные масса и габариты.

Более перспективно применение в ГАЭС электрических машин двойного питания. Примером такого применения является ГАЭС Голдисталь в Германии. Комплект электрооборудования поставлен фирмой ALSTOM. Схема ГАЭС изображена на рис.10.3.1.

Рис.10.3.1 Схема ГАЭС Голдисталь

В ГАЭС Голдисталь две турбины соединены с двумя синхронными генераторами-двигателями традиционного исполнения с возбуждением через контактные кольца. В генераторном режиме мощность этих агрегатов по 331 МВА. Эти агрегаты подключаются к энергосистеме через трансформаторы без преобразователей в цепях главного тока. Они почти всегда в работе и имеют максимальный КПД.

Две другие турбины соединены с машинами двойного питания (МДП), каждая генерирующей мощностью 340,4 МВА. Статорные обмотки МДП подключены через трансформаторы к энергосистеме. Роторные обмотки МДП подключены к энергосистеме через НПЧ и трансформаторы. С помощью этих агрегатов осуществляется динамическое регулирование мощности ГАЭС. Скорость изменения мощности порядка 130 МВт за 20 мс. При такой высокой динамике эти приводы используются для стабилизации энергосистемы.

КПД турбин в значительной степени зависит от частоты вращения и оказывает большое влияние на КПД ГАЭС. Поскольку МДП имеют регулируемую частоту вращения, то высокий КПД может быть достигнут и при частичной нагрузке. Срок службы турбин при частичной нагрузке увеличивается за счет работы с оптимальной частотой вращения.

Более подробная структура циклоконвертера изображена на рис.10.3.2.

Рис.10.3.2 Схема НПЧ и его подключения