Автоматизированная мини-ГЭС как основа системы электроснабжения горных районов Таджикистана

Abstract

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. The article briefly analyzes the existing small hydropower plants in the Republic of Tajikistan. Analysis reveals why such units are not suitable for stand-alone operation and what renders them less reliable. The paper proposes a simpler design for better reliability and stand-alone, low-maintenance operation. A design based on simpler and more reliable components requires less maintenance, which could be limited to regular inspections, hence no need for round-the-clock staff presence. A centrifugal pump is proposed as a turbine, as it does not require additional parameter controls, while a synchronous permanent magnet-excited unit is proposed as a generator, as it does not require a special channer to control the excitation flux. For better quality of generated electricity, the paper proposes using a semiconductor-based voltage converte that will stabilize the input voltage to a required accuracy of frequency and amplitude. Self-diagnosis instrumentation is part of the design, as it can monitor not only the input voltages, but also the condition of primary components: turbines, voltage converters, switches, and communications with the mission control center. The paper also analyzes the problems of implementing this design, which mainly pertain to balancing the input voltage given a significantly asymmetrical load; another challenge is to improve the accuracy and reliability of instrumentations implemented to monitor the health of specific small-HPP elements.