Steuerungssystem von Kleinstwasserkraftwerken. Enzyklopädie der Funkelektronik und Elektrotechnik

Lexikon der Funkelektronik und Elektrotechnik / Alternative Energiequellen

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Für die Regelung der wichtigsten technologischen Parameter des Kraftwerks ist ein Steuerungssystem für ein Kleinstwasserkraftwerk erforderlich. Die wichtigsten davon sind der stabile Betrieb der Hydraulikeinheit (Turbinendrehzahl), die Stabilisierung der Ausgangsspannung und der Stromfrequenz.

Steuerung der Turbinendrehzahl

Netzwerkverbundene Systeme

Die Drehzahl der Turbine in einem Kleinstwasserkraftwerk muss konstant gehalten werden, damit der Generator Strom in Standardqualität erzeugen kann, d. h. mit einer Frequenz von 50 Hz und einer Spannung von 220-230 Volt (V).

Bei Systemen, die an ein gemeinsames Netzwerk angeschlossen sind, ist der Hauptparameter die Turbinenleistung und der entsprechende Wasserdurchfluss. In diesem Fall ist die Belastung des Generators kein kritisches Thema, da nahezu jede Leistung in das allgemeine Netz für Verbraucher eingespeist werden kann.

Typischerweise wird der Wasserstand im Druckbecken überwacht und der Wasserfluss mithilfe einer Leitschaufel (durch Änderung der Position ihrer Schaufeln) oder eines Nadelventils an der Düse (im Fall einer Schaufelturbine) reguliert.

Isolierte Systeme

In isolierten Systemen wird die Regelung der Turbinendrehzahl komplizierter, da hier nicht die Wasserdurchflussparameter, sondern die durch den Lastschwerpunkt fließende Leistung, also die elektrische Belastung, die durch das Zu- oder Abschalten von Elektrogeräten entsteht, ausschlaggebend sind ( Verbrauch).

Standardregler erkennen Geschwindigkeitsschwankungen und regulieren den Wasserfluss mithilfe einer Leitschaufel (durch Änderung der Position ihrer Schaufeln) oder eines Nadelventils an der Düse (im Fall einer Schaufelturbine).

In isolierten Systemen kann es zu schnellen Lastwechseln kommen und die Flusskontrolle wird sehr schwierig. Der Einbau eines Schwungrads kann diese Aufgabe in gewissem Maße erleichtern.

Lastregler (für Anlagen <100 kW) schalten Ballastlasten in Abhängigkeit von Änderungen der Verbraucherlasten bei konstantem Turbinendurchfluss und damit konstanter Turbinen-/Generatorleistung ein und aus. Zu diesem Zweck sind die meisten Kleinwasserkraftwerke mit einem elektrischen Lastregler in Form eines Ballastlastreglers ausgestattet. Die Ballastlast ist darauf ausgelegt, überschüssige Energie beim Betrieb eines Kleinwasserkraftwerks in einem Inselsystem aufzunehmen.

Beispiel: Die Leistung eines Kleinwasserkraftwerks beträgt 5 kW, Ihre Elektrogeräte verbrauchen jedoch nur 3 kW. Ohne ausreichende Belastung des Generators erhöht sich dadurch die Turbinendrehzahl, was wiederum zu einem Anstieg der Spannung und Frequenz des elektrischen Stroms im System führt. Diese Situation kann zum Ausfall des Generators des Wasserkraftwerks und der elektrischen Verbrauchergeräte führen. Um dieses Problem zu lösen, können Sie die Wasserzufuhr zur Turbine reduzieren und dadurch deren Drehzahl reduzieren oder zusätzliche Elektrogeräte mit 2 kW einschalten oder eine Ballastlast auf diesen Wert schalten, wodurch die Belastung des Generators und damit des Generators erhöht wird die Turbine. Sobald die Last steigt und beispielsweise die oben genannten 3 kW überschreitet, reduziert sich der Verbrauch in der Ballastlast entsprechend, sodass der Gesamtverbrauch im System 5 kW beträgt.

Ballastlast

Unter einer Ballastlast ist eine Art nicht nutzbare Last zu verstehen, die für eine automatische Umverteilung der elektrischen Leistung zwischen bestimmten Verbrauchern, beispielsweise verschiedenen elektrischen Haushaltsgeräten, sorgt (Abb. 33).

Abb.33. Schema der Verwendung von Ballastlast

Der Vorteil der Ballastlast ist der vollständige Ausschluss elektromechanischer Geräte aus dem Turbinengeschwindigkeitsstabilisierungssystem. Ein solches Regelungssystem kann eine hohe Geschwindigkeit aufweisen, was sich positiv auf die Qualität der Ausgangsspannung des Netzteils auswirkt. Dank der Stabilisierung der Drehzahl des Hydrogenerators können allgemeine Industriegeneratoren ohne großen Spielraum für die mechanische Festigkeit des Generatorrotors verwendet werden.

Autoren: Kartanbaev B.A., Zhumadilov K.A., Zazulsky A.A.

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