способ повышения эффективности использования электрической энергии

Формула изобретения

Способ повышения эффективности использования электрической энергии, заключающийся в том, что сравнивают напряжение сети с напряжением эталонного источника качественной электрической энергии, выделяют напряжение, которое определяется разностью между напряжением сети и напряжением эталонного источника качественной электрической энергии, и полученное напряжение подают к потребителям электрической энергии.

Приоритеты:

07.07.2005

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к электроэнергетике и предназначено для применения в системах электроснабжения для повышения качества электрической энергии и эффективности использования электрической энергии, определяемой высшими гармониками и различного вида асимметриями, и может быть отнесено к энергоресурсосберегающим технологиям в системах электроснабжения.

В системах электроснабжения в различных электроустановках при нормальных и аварийных режимах генерируется некачественная электрическая энергия (энергия искажения), которая определяется высшими гармониками и различного вида асимметриями, очень часто ее объемы сопоставимы с объемом качественной электрической энергии прямой последовательностью по первой гармонике. Потоки некачественной электрической энергии приводят к выходу из строя электрооборудования, сказываются на нормальных режимах работы электроустановок, вызывают существенные потери электрической энергии и рост электропотребления, а также ухудшают показатели качества электрической энергии. Поэтому эффективное снижение потоков некачественной электрической энергии в электрических системах является актуальной задачей.

Известен способ повышения качества электрической энергии, основанный на уменьшении амплитуд гармоник напряжения и снижении напряжения асимметрии - для этого выделяют из напряжения электрической сети высшие гармоники напряжения, а также первую гармонику, определяемую напряжением асимметрии. Выпрямляют выделенные гармоники напряжения, преобразуют выпрямленное напряжение в переменное напряжение с частотой, равной частоте первой гармоники сети, и возвращают переменное напряжение в электрическую сеть. В итоге, по данному способу выделяют, а затем используют электрическую энергию, определяемую нулевой последовательностью по первой гармонике и нулевыми последовательностями всех высших гармоник (см. патент РФ №2237334, МПК Н02J 3/01, 3/26, 2004 г.).

Основным недостатком известного способа является недостаточно высокая эффективность использования электрической энергии искажения, так как не используется электрическая энергия, связанная с обратной последовательностью по первой гармонике, а также электрическая энергия, определяемая прямой и обратной последовательностью всех высших гармоник.

Заявителем не выявлен наиболее близкий к заявляемому способ повышения эффективности использования электрической энергии за счет использования энергии искажения.

Техническим результатом заявляемого способа является повышение эффективности использования электрической энергии за счет выделения из нее некачественной составляющей для дальнейшего использования.

Результат достигается тем, что в способе повышения эффективности использования электрической энергии сравнивают напряжение сети с напряжением эталонного источника качественной электрической энергии, выделяют напряжение, которое определяется разностью между напряжением сети и напряжением эталонного источника качественной электрической энергии, и полученное напряжение подают к потребителям электрической энергии.

Заявляемый способ позволяет использовать ту энергию (некачественную), которая теряется в электрических сетях в виде дополнительных потерь, приводящих к перегреву силовых трансформаторов, массовому выходу из строя асинхронных двигателей и т.п.

В заявляемом способе за счет сравнения напряжения сети и напряжения эталонного источника качественной энергии получают напряжение, которое определяется разностью напряжений некачественной электрической энергии (напряжение сети) и качественной электрической энергии (напряжение эталонного источника качественной электрической энергии). Полученное напряжение полностью определяется электрической энергией искажения, в котором присутствуют системы всех последовательностей для всех высших гармоник и системы обратной и нулевой последовательностей для первой гармоники. Эту некачественную энергию предлагается использовать после выпрямления и заряда аккумуляторных батарей, от которых питаются электроустановки постоянного тока, а также инверторы, от которых питаются электроустановки переменного тока и(или) с помощью которых электрическая энергия возвращается обратно в электрическую сеть, а также утилизировать в электроустановках, для которых качество электрической энергии не является значимым (различные электронагреватели).

Данное техническое решение может быть использовано для любой системы многофазных напряжений, в том числе и для однофазной системы напряжений.

На фиг.1 приведена схема одного из устройств, реализующего заявляемый способ для трехфазной цепи.

На чертеже: 1 - система электроснабжения; 2, 3, 4 - однофазные трехобмоточные трансформаторы; 5, 6, 7 - обмотки трансформаторов, подключенные к трехфазной системе напряжений системы электроснабжения; 8 - источник электрической энергии эталонного качества; 9 - фильтр; 10, 11, 12 - обмотки трансформаторов, подключенные к источнику электрической энергии эталонного качества, эти обмотки включены встречно обмоткам 5, 6, 7; 13, 14, 15 - обмотки трансформаторов, в которые трансформируется напряжение, определяемое некачественной электрической энергией системы электроснабжения; 16 - программируемый коммутатор; 17 - утилизаторы некачественной электрической энергии; 18 - выпрямитель; 19 - аккумуляторная батарея; 20 - инвертор; 21 - нагрузка по постоянному току; 22 - нагрузка по переменному току.

Способ реализуется данным устройством следующим образом. При подключении обмоток 5, 6, 7 и 10, 11, 12 однофазных трансформаторов 2, 3, 4 соответственно к системе электроснабжения 1 и источнику электрической энергии эталонного качества 8 через фильтр 9, в магнитопроводах однофазных трансформаторов, вследствие встречного включения обмоток магнитный поток будет определяться разностью магнитных потоков, созданных напряжениями системы 1 и эталонного источника качественной электрической энергии 8. В обмотках 13, 14, 15 будет индуцироваться напряжение, определяемое разностью магнитных потоков, поэтому это напряжение будет определяться некачественной электрической энергией, генерируемой в системе электроснабжения 1. Это напряжение подается на входные зажимы программируемого коммутатора 16, который распределяет поток некачественной электрической энергии в цепи утилизаторов некачественной электрической энергии 17 (различного типа электронагреватели и газогенераторные установки и пр.) и выпрямитель 18, от которого питается аккумуляторная батарея. К аккумуляторной батарее 19 подключены потребители постоянного тока 21 и инвертор (инверторы) 20, от которого запитана нагрузка по переменному току 22. Напряжение, индуцируемое в обмотках 10, 11, 12, определяемое разностным магнитным потоком, будет создавать пренебрежительно малые токи и, следовательно, поток некачественной электрической энергии в цепи с источником электрической энергии эталонного качества 8 из-за наличия в этой цепи фильтра 9 отсутствует.

Пример осуществления способа.

На фиг.2 приведена схема устройства, по которой был реализован способ.

На фиг.2: 23 - однофазные зажимы электроустановки, в которой генерируется некачественная электроэнергия; 24 - однофазный трехобмоточный трансформатор; 25 - сетевая обмотка трансформатора; 26 - обмотка трансформатора, к которой подключен посредством фильтра 27 однофазный источник электрической энергии эталонного качества 28; 29 - обмотка, в которой индуцируется некачественная электрическая энергия; 30 - коммутатор, 31 - реостатная нагрузка; 32 - выпрямитель; 33 - аккумуляторная батарея; 34 - инвертор с нагрузкой; 35 - ИВК "ОМСК-М". Результаты замеров следующие: активная мощность, определяемая высшими гармониками в цепи обмотки 29, составила 90% от величины активной мощности высших гармоник в цепи обмотки 25, на выходе обмотки 26 активная мощность высших гармоник была незначительна.

Таким образом, заявляемый способ позволяет более эффективно использовать электрическую энергию, которая определяется высшими гармониками напряжения и напряжениями асимметрии.

Заявляемый способ может быть использован для разработки энергосберегающих технологий в системах электроснабжения с существенными потоками некачественной электрической энергии.