Автоматизированная мини-ГЭС как основа системы электроснабжения горных районов Таджикистана

Сергей Григорьевич Воронин, Азамджон Махмадиевич Давлатов, Оламафруз Олимович Султонов, Бахтиёр Исматуллович Косимов, Диловар Юсупович Гулов

Аннотация


Представлен краткий анализ существующих малых ГЭС Республики Таджикистан. В результате анализа проблем, усложняющих эксплуатацию мини-ГЭС, отмечены элементы, не позволяющие их использовать в автономном режиме и снижающие надёжность работы. Предлагается для обеспечения надёжной работы мини-ГЭС и возможности эксплуатации в необслуживаемом режиме строить её на основе конструктивно простых и надёжных устройств. При этом появляется возможность отказаться от непрерывного наблюдения за работой мини-ГЭС обслуживающим персоналом и обойтись периодическими регламентными проверками. В качестве турбины предлагается использовать центробежный насос, не нуждающийся в дополнительных операциях управления рабочими режимами, а в качестве генератора – синхронную машину с возбуждением от постоянных магнитов, не требующую наличия канала организации и регулирования потока возбуждения. Качество вырабатываемой энергии предлагается обеспечить с помощью полупроводникового преобразователя напряжения, который должен осуществлять стабилизацию с заданной точностью частот и амплитуд входного напряжения мини-ГЭС. В состав мини-ГЭС предлагается ввести устройства для самодиагностики, осуществляющие контроль не только качества входного напряжения, но и состояние основных элементов мини-ГЭС – турбин, преобразователя напряжений, коммутационной аппаратуры и устройства связи с центральным диспетчерским пунктом.
В статье показаны также проблемы, возникающие при реализации предлагаемой структуры, касающиеся в основном обеспечения симметрирования входного напряжения при существенно несимметричной нагрузке, а также повышения достоверности и надёжности устройств диагностики состояния отдельных элементов мини-ГЭС и пути их решения.


Ключевые слова


микро- и мини-ГЭС, гидротурбина, центробежный насос, синхронный генератор с постоянными магнитами; устройство самодиагностики; симметрирование напряжения

Полный текст:

PDF

Литература


Inoyatov M.B., Kirghizov A.K. [On the issue of using small hydropower in relation to the conditions of

the Republic of Tajikistan]. Bulletin of the Tajik Technical University, 2008. no. 2, pp. 38–42. (in Russ)

Druz N., Borisova N., Asankulova A., Radjabov., Zakhidov R., Tajiev U. [The state of affairs on the use of renewable energy sources in Central Asia. Prospects for their use and training needs. Overview]. UNESCO, Almaty, 2010. 144 p. (in Russ.)

[Report by the Ministry of Economic Development and Trade of the Republic of Tajikistan “Express as-sessment and analysis of gaps in the energy sector of Tajikistan”]. Dushanbe, 2011. (in Russ)

Li X., Chang J., Li C. Guide vane asynchronous closure mode for improving the transient quality of hydro-turbinen. Journal of Hydroelectric Engineering, 2014, vol. 33 (1), pp. 202–206. DOI: 10.1115/1.4036234

Li H., Chen D., Wang F., Zhang H. Switched Model and Dynamic Analysis of a Hydroturbine Governing System in the Process of Load Rejection Transient. Journal of Dynamic Systems, Measurement and Control, Transactions of the ASME, 2017, vol. 139 (10), 101002.

Timoshevskiy M.V., Churkin S.A., Kravtsova A.Y., Markovich D.M., Hanjalić K. [Cavitating flow around a scaled-down model of guide vanes of a high-pressure turbine]. International Journal of Multiphase Flow 78, 2016, pp. 75–87. DOI: 10.1016/j.ijmultiphaseflow.2015.09.014

Lewis B.J., Cimbala J.M. Unsteady computational fluid dynamic analysis of the behavior of guide vane trailing-edge injection and its effects on downstream rotor performance in a francis hydroturbine. Journal of Tur-bomachinery, 2015, vol. 137 (8), 81001. DOI: 10.1115/1.4029427

Lukutin B.V. Obukhov S.G., Shandarova E.B. Avtonomnoe elektrosnabzheniya mikrogidroelektrostantsi-ya [Autonomous power supply small hydroelectric power plant]. Tomsk, 2001. 104 p.

Smolin N.I., Gulov D.Yu., Kosimov B.I., Sultonov O.O. [Asynchronized synchronous generators for wind farms and small hydropower plants in Tajikistan]. In: Priority directions of energy development in the agro-industrial complex. Proceedings. of the 1st All-Russian Research Conference, 2017, pp. 100–105. (in Russ)

Dietz A., Groeger A., Klingler C. Efficiency improvement of small hydroelectric power stations with

a permanent-magnet synchronous generator. 1st International Electric Drives Production Conference 2011, EDPC–2011 – Proceedings, 6085557, pp. 93–100. DOI: 10.1109/edpc.2011.6085557

Wegiel T., Borkowski D. Variable speed small hydropower plant, Proceedings – 2012 3rd IEEE Interna-tional Symposium on Power Electronics for Distributed Generation Systems, 2012, pp. 167–174. DOI: 10.1109/pedg.2012.6253996

Borkowski D., Wegiel T. Small hydropower plant with integrated turbine-generators working at variable speed. IEEE Transactions on Energy Conversion, 2013, vol. 28 (2), 6479690, pp. 452–459. DOI: 10.1109/tec.2013.2247605

Gandzha S.A., Kosimov B.I., Aminov D.S. Optimizing the Design of a Pilger Mill Motor to Produce Seam-less Pipes. Bulletin of the South Ural State University. Ser. Power Engineering, 2019, vol. 19, no. 1, pp. 5–17. (in Russ.) DOI: 10.14529/power190101

Farret F.A., Simoes M.G., Michels A. Small Hydroelectric Systems. Green Energy and Technology, 2013, vol. 59, pp. 151–184. DOI: 10.1007/978-1-4471-5104-3_5

Pistelok P., Baranski M. Highly efficient synchronous generators with permanent magnets intended to small hydropower station. 5th International Conference on Clean Electrical Power: Renewable Energy Re-sources Impact (ICCEP 2015), 2015, 7177654, pp. 395–399. DOI: 10.1109/iccep.2015.7177654

Gandzha S.A., Sogrin A.I., Kiessh I.E. The comparative analysis of permanent magnet electric machines with integer and fractional number of slots per pole and phase. Procedia Engineering, 2015, vol. 129, pp. 408–414. (in Russ.) DOI: 10.1016/j.proeng.2015.12.137

Gandzha S.A., Aminov D.S., Kosimov B.I. [Mathematical modeling of a permanent magnet for optimiza-tion of valve electric machines and renewable energy sources]. Science SUSU. Materials of the 70th scientific conference, 2018, pp. 420–428. (in Russ.)

Booth D.A. Beskontaktnyy elektricheskiy mashiny [Contactless Electric Machines]. Moscow, Higher School, 1990. 415 p.

Kim K.I., Kim K.K. A Study of the Operation Mode of a Synchronous Compensator with Two Excitation Windings. Russian Electrical Engineering, 2018, vol. 89 (10), pp. 598–606. DOI: 10.3103/s106837121810005x

Xie X., Yu K., Ye C., Tang L., Zhang H. Transient analysis of air-core pulsed alternators in self-excitation mode. IEEE Transactions on Plasma Science, 2015, vol. 43 (5), pp. 1415–1420. DOI: 10.1109/tps.2015.2416371

Kopylov I.P. Elektricheskiye mashiny [Electrical Machines]. Moscow, Higher School, 2006. 607 p.

Abo-Khalil A.G., Lee D.-C., Lee S.-H. Grid connection of doubly-fed induction generators in wind energy conversion system. Conference Proceedings – IPEMC 2006: CES/IEEE 5th International Power Electronics and Motion Control Conference 3, 2006, 4078676, pp. 1482–1486. DOI: 10.1109/ipemc.2006.4778244

Chlodnicki Z., Koczara W., Al-Khayat N. Control strategies of the variable speed generating systems. EUROCON 2007 – The International Conference on Computer as a Tool 4400682, 2007, pp. 1301–1309. DOI: 10.1109/eurcon.2007.4400682

Hwang J.-C., Chen M.-H., Yeh S.-N. Application of three-level converters to wind power systems with permanent-magnet synchronous generators. IECON Proceedings (Industrial Electronics Conference), 2007, 4460130, pp. 1615–1620. DOI: 10.1109/iecon.2007.4460130

Voronin S.G., Kurnosov D.A., Kulmukhametova A.S. [Vector control of synchronous motors with excita-tion from permanent magnets]. Electrical Engineering, 2013, no. 10, pp. 50–54. (in Russ.)

Dedkov V.N. [Application of serial pumps as hydro turbines for small-scale power engineering]. Probrem Mechanical Engineering, 2011, no. 4, pp. 24–30. (in Russ.)

Lyamasov A.K. Orahelashvili B.M. [Investigation of Hydromachines of Hydropower Plants: Centrifugal Pump and Hydrodynamic Transmission]. Vestnik UGATU [Bulletin of USATU], 2013, no 3, pp. 189–193. (in Russ.)

Yusoff N.A., Razali A.B.M., Karim K.A., Jidin A., Sutikno T. An analysis of virtual direct power control of three-phase AC-DC converter. International Journal of Power Electronics and Drive Systems, 2018, vol. 9 (3), pp. 947–956. DOI: 10.11591/ijpeds.v9.i3.pp947-956

Huang Y., Xiong S., Tan S.-C., Hui S.Y. Nonisolated Harmonics-Boosted Resonant DC/DC Converter with High-Step-Up Gain. IEEE Transactions on Power Electronics, 2018, 33(9), pp. 7770–7781. DOI: 10.1109/tpel.2017.2769165

De Freitas N.B., Jacobina C.B., Maia A.C.N., Oliveira A.C. Six-Leg Single-Phase to Three-Phase Convert-er. IEEE Transactions on Industry Applications, 2017, 53(6), 7959097, pp. 5527–5538. DOI: 10.1109/tia.2017.2720138

Saidov A.Kh. [Load balancing in three-phase networks with discrete formation of phase voltages]. Scien-tific search: materials of the ninth scientific conference of graduate students and doctoral students. Chelyabinsk, SUSU Publishing Center, 2017. pp. 47–54. (in Russ.)




DOI: http://dx.doi.org/10.14529/power190311

Ссылки

  • На текущий момент ссылки отсутствуют.