Вітроелектричний агрегат

Изобретение относится в ветроэнергетике и может быть использовано для обеспечения энергией потребителей различной мощности и назначения. Известны ветроэлектрические агрегаты [1], содержащие ветродвигатель, синхронный генератор, вал которого связан с валом ветродвигателя, регулятор и коммутирующий элемент цепи статора. При этом напряжение генератора регулируется пропорционально некоторой степени частоты генератора в ограниченном диапазоне. Недостатком такого агрегата является невозможность максимального использования мощности ветродвигателя при частотах вращения генератора отличных от номинальной, а, следовательно, и максимального использования силы ветрового потока. Наиболее близким по технической сущности к заявляемому устройству является выбранный в качестве прототипа ветроэлектрический агрегат [2], содержащий ветродвигатель, вал которого связан с ротором вспомогательной электрической машины, второй конец вала ротора вспомогательной электрической машины связан с ротором основной электрической машины, статорные обмотки которой электрически соединены с системой управления, датчик скорости ветра, подключенный к пороговому элементу и регулятор возбуждения, подключенный при помощи коммутатора к внешнему источнику, измеритель частоты вращения, пороговый элемент, вентиль несовпадения, дискриминатор, реверсирующее устройство. Недостатком такого агрегата является необходимость точной стабилизации требуемой частоты вращения для синхронизации при работе агрегата параллельно с сетью, а также сложность устройства управления и, как следствие, невысокая надежность. Задачей предлагаемого изобретения является создание ветроэнергетической установки с расширенным диапазоном синхронизированных скоростей вращения, упрощенной схемой и повышенной надежностью, за счет стабилизации тока в обмотках электрической машины независимо от скорости вращения вала. Указанная задача решается таким образом, что ветроэлектрический агрегат, содержащий ветродвигателль с установленной на его валу электрической машиной, статорные обмотки которой подключены к первому входу блока управления, датчик скорости ветра, подключенный к пороговому элементу, снабжен согласно изобретению, блоком контакторов и электромеханическим тормозом, установленным на валу ветродвигателя и соединенным через блок контакторов с выходом порогового элемента, а блок управления выполнен в виде последовательно соединенных первого неуправляемого мостового выпрямителя, неуправляемого мостового инвертора и второго неуправляемого мостового выпрямителя, выводы переменного тока которого соединены с выходом параметрического стабилизатора тока, выводы переменного тока неуправляемого мостового инвертора через трансформатор соединены с входом параметрического стабилизатора тока, анодная группа вентилей первого неуправляемого мостового выпрямителя и катодная группа вентилей второго неуправляемого мостового выпрямителя подключены к соответствующим входам токового делителя, выход которого является выходом блока управления и подключен к обмотке возбуждения электрической машины, первым входом блока управления являются выводы переменного тока первого неуправляемого мостового выпрямителя, а вторым входом - вход параметрического стабилизатора тока, второй вход блока управления подключен к блоку контакторов, выход которого предназначен для соединения с выводами внешней сети. Введение новых блоков и связей дает возможность расширить диапазон синхронизированных скоростей вращения и повысить надежность. На чертеже представлена блок-схема ветроэлектрического агрегата. Ветроэлектрический агрегат содержит ветродвигатель 1 с установленной на его валу электрической машиной 2, статорные обмотки которой подключены к первому входу блока управления 3, датчик скорости ветра 4, подключенный к пороговому элементу 4, блок контакторов 6, электромеханический тормоз 7, установленный на валу ветродвигателя 1 и соединенный через блок контакторов 6 с выходом порогового элемента 5, а блок управления 3 выполнен в виде последовательно соединенных первого неуправляемого мостового выпрямителя 8, неуправляемого мостового инвертора 9 и второго неуправляемого мостового выпрямителя 10, выводы переменного тока которого соединены с выходом параметрического стабилизатора тока 11, выводы переменного тока неуправляемого мостового инвертора 9 через трансформатор 12 соединены с входом параметрического стабилизатора тока 11,анодная группа вентилей неуправляемого мостового выпрямителя 8 и катодная группа вентилей второго неуправляемого мостового выпрямителя 10 подключены к соответствующим входам токового делителя 13, выход которого является выходом блока управления 3 и подключен к обмотке возбуждения электрической машины 2, первым входом блока управления 3 являются выводы переменного тока первого неуправляемого мостового выпрямителя 8, а вторым входом - вход параметрического стабилизатора тока 11, второй вход блока управления 3 подключен к блоку контакторов 6. выход которого предназначен для соединения с выводами внешней сети 14. Ветроэлектрический агрегат работает следующим образом. При наличии ветра сигнал с датчика скорости ветра 4 поступает на пороговый элемент 5. Если скорость ветрового потока создает мощность, превышающую мощность механических и электрических потерь в ветроэлектрическом агрегате, пороговый элемент 5 выдает сигнал в блок контакторов 6. Блок контакторов 6 выдает сигнал в электромеханический тормоз 7 на растормаживание ветрового колеса и подключает к питающей сети 14 параметрический стабилизатор переменного тока 11 и трансформатор 12. Параметрический стабилизатор тока 11 передает электрическую энергию из питающей сети 14 в цепь выпрямленного тока выпрямителей 8, 10 и неуправляемого инвертора 9, который возвращает эту энергию за вычетом электрических потерь в питающую сеть через трансформатор 12, По цепи выпрямителей 8, 10 и инвертора 9 протекает выпрямленный стабилизированный ток. Одновременно через токовый делитель 13 получает питание обмотка возбуждения электрической машины 2. Под действием потока ветра ветродвигатель 1, а вместе с ним и электрическая машина 2 начинает вращаться. По мере роста скорости вращения электрической машины 2 растет ЭДС, наводимая в статорных обмотках. При этом в статорных обмотках электрической машины 2 протекает стабилизированный ток, его величина неизменна, не зависит от скорости вращения электрической машины 2 и задается параметрическим стабилизатором переменного тока 11, тем самым параметрический стабилизатор переменного тока 11 нейтрализует действие ЭДС статорной обмотки в цепи выпрямленного тока, и суммарное напряжение выпрямителей 8 и 10 при любой скорости вращения электрической машины 2 равно напряжению неуправляемого инвертора 9. Это обеспечивает жесткую синхронизацию ветроэяектрического агрегата с питающей сетью 14 при любой скорости и направлении вращения. Мо щность электрической энергии, генерируемой Электрической машиной 2. пропорциональна скорости вращения ее вала w и равна где Рэм.ном - номинальная электромагнитная мощность электрической машины 2 при номинальном потоке возбуждения; w* = w / wo - скорость вращения вала электрической машины 2 в относительных единицах; DPэл.с - мощность электрических потерь в статорных обмотках электрической машины 2 и выпрямителе 8. Мо щность, отдаваемая в цепь постоянного тока параметрическим стабилизатором переменного тока 11, равна где Рэл.п.ном - номинальная мощность параметрического стабилизатора переменного тока 11; DPэл.п мощность электрических потерь в параметрическом стабилизаторе тока 11 и выпрямителе 10. Мо щность, передаваемая в сеть неуправляемым инвертором 9, равна где РИН.НОМ - номинальная мощность инвертора 9; DPэл.ин - мощность электрических потерь на инверторе 9 и трансформаторе 12. Тогда мощность, генерируемая в сеть ветроэлектрическим агрегатом, равна: где DPв - мощность электрических потерь в токовом делителе и обмотке возбуждения электрической машины. Следовательно, мощность, генерируемая ветроэлектрическим агрегатом в сеть, пропорциональна скорости вращения электрической машины 2. Настройка порогового элемента 5 осуществляется таким образом, чтобы подключение ветроэлектрического агрегата к сети и растормаживание ветродвигателя 1 происходило лишь в том случае, если мощность, генерируемая электрической машиной 2 в цепь выпрямителей 8, 10 и инвертора 9, больше мощности электрических потерь в ветроэлектрическом агрегате. Это предотвращает неоправданные потери энергии сети на возбуждение электрической машины 2 при слабом потоке ветра или его отсутствии, а также исключает износ механических узлов ве троэлектрического агрегата в этом случае. Экспериментальные исследования заявляемого ветроэлектрического агрегата показали, что в отличие от известных устройств он обеспечивает параллельную работу с питающей сетью в диапазоне изменения скорости вращения ветроколеса от - wн до + wн , а также имеет по сравнению с ними более простую систему управления, что обеспечивает ему высокую надежность. Это позволяет создавать ветроэлектрические агрегаты, не требующие высококвалифицированного обслуживания, и значительно снижает эксплуатационные затраты.