Спосіб керування вітроелектротехнічним комплексом з асинхронним генератором

Реферат: Спосіб керування вітроелектротехнічним комплексом з асинхронним генератором (АГ) полягає в тому, що регулювання частоти та напруги на виході генератора відбувається завдяки плавній зміні рівня додаткової ємності та баластним навантаженням, завдяки чому керування вихідними параметрами АГ здійснюється узгоджено зі зміною швидкості діючого в даний момент часу повітряного потоку та зміною потужності підключеного навантаження, в результаті аварійної ситуації, навантаження живиться від акумуляторних батарей, стан яких контролюється під час роботи вітроенергетичного комплексу, що зумовлює підвищення коефіцієнта корисної дії, надійності електропостачання підключених споживачів та ефективності роботи всього вітроенергетичного комплексу. UA 86426 U (12) UA 86426 U UA 86426 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Корисна модель належить до вітроенергетики, зокрема до систем керування генераторами у складі вітроелектротехнічних комплексів, і призначена для регулювання вихідної частоти та напруги генератора, що забезпечить стабільне та стійке електропостачання споживачів електричної енергії. Відоме технічне рішення [Патент RU 2096907 Способ управления асинхронным генератором, Вавилов В.Н.; Вальшонок Е.С; Иванов С.Л], суть якого полягає у керуванні асинхронним генератором з навантаженнями по змінному та постійному струмах, що включає збудження генератора від джерела реактивної потужності, багатофазні випрямлення вихідної напруги, вимірювання величини цієї напруги, порівняння її з величиною опорної напруги, формування сигналу неузгодженості зазначених величин і перетворення його в послідовність керуючих величиною навантаження по постійному струму імпульсів. відрізняється тим, що сигнал неузгодженості формується у вигляді послідовності імпульсів з тривалістю, котра дорівнює часу перевищення пульсацій випрямленої вихідної напруги над опорним і паузами між зазначеними імпульсами, рівними часу перевищення рівня опорної напруги над пульсаціями її випрямленого значення. Одночасно з перетворенням імпульсів сигналу неузгодженості в керуючі імпульси значення тривалостей імпульсів або пауз сигналу неузгодженості порівнюють із заданими гранично допустимими їх значеннями і при перевищенні будь-якого заданого значення відключають навантаження по змінному струму і джерело реактивної потужності. Спільними ознаками із способом, що заявляється, є: об'єкт керування - асинхронний генератор та збудження генератора від джерела реактивної потужності. Недоліками розглянутого відомого технічного рішення є: відключення навантаження при перевищенні керуючими імпульсами максимально заданого значення їх тривалості, вузький діапазон регулювання рівня вихідної напруги генераторної установки, що є істотним недоліком, який обмежує сферу застосування генераторних пристроїв на базі асинхронних генераторів. Відоме технічне рішення [Патент UA 87294 Спосіб і пристрій керування асинхронним генератором з короткозамкненим ротором, Родькін Д.Й.; Риков Г.Ю.; Шокарьов Д.А.; Скрипко О.А.], суть якого полягає у підвищенні функціональних можливостей асинхронних генераторів шляхом збільшення діапазону регулювання вихідної напруги за рахунок побудови системи керування збудженням ємності, та підвищення енергетичних і техніко-економічних показників установок для резервного аварійного електроживлення, а наслідок - поліпшення його енергетичних і регулювальних характеристик, розширення області застосування. Спосіб відрізняється тим, що тиристори регулятора мають два фіксовані стани: відкритий і закритий, причому вимкнення тиристорів здійснюється при перевищенні напругою асинхронного генератора максимального заданого значення, а ввімкнення тиристорів відбувається при падінні напруги асинхронного генератора нижче мінімального заданого значення, діапазон коливання напруги встановлюється залежно від вимог до якості напруги живлення, для кожного типу навантаження асинхронного генератора окремо, крім того переведення тиристорів в закритий стан відбувається при перевищенні струмом допустимої величини. Спільними ознаками з способом, що заявляється, є: об'єкт керування - асинхронний генератор з короткозамкненим ротором, збудження генератора від джерела реактивної потужності, регулювання вихідної напруги. Недоліком даного пристрою є: використання тиристорів для регулювання, що реагують на лише на два фіксовані стани для двох критичних значень напруги. Відоме технічне рішення [Патент RU 2133375 Способ управления ветроэнергетической установкой, Чебодаев А.В.; Бастрон А.В.], суть якого полягає у тому, що підключення електричного навантаження до асинхронного n-полюсного електродвигуна, прийнятого як генератор електричної енергії, виробляють в залежності від згенерованої вітроенергетичною установкою енергії. При досягненні частотою обертання значення, що перевищує мінімальну синхронну частоту при з'єднанні n-полюсного асинхронного електродвигуна з максимальним числом полюсів, до генератора підключають батарею конденсаторів і мінімальне навантаження відповідно до згенерованої вітроенергетичною установкою енергією. Зі збільшенням частоти обертання вала генератора при досягненні частотою обертання значення, що перевищує наступну синхронну частоту при з'єднанні n-полюсного асинхронного електродвигуна з наступним числом полюсів, підключають додаткову батарею конденсаторів і додаткове навантаження, відповідно згенерованої вітроенергетичною установкою енергії. Спільними ознаками з способом, що заявляється, є: регулювання вихідних параметрів асинхронного генератора для підвищення його техніко-економічних характеристик, керування асинхронним генератором у складі вітрового комплексу. Недоліком даного способу є: дискретне регулювання параметрів частоти та напруги при досягненні максимальних чи мінімальних допустимих значень, використання у складі 1 UA 86426 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 вітроенергетичного комплексу n-полюсного асинхронного електродвигуна, призводить до ускладнення конструкції, система керування не адаптована для керування асинхронними генераторами з фіксованої кількістю пар полюсів. Дане технічне рішення прийняте як прототип корисної моделі, що заявляється. В основу корисної моделі поставлена задача підвищення ефективності роботи вітроенергетичного комплексу з асинхронним генератором з короткозамкненим ротором за допомогою регулювання частоти та вихідної напруги генератора та накопичення електричної енергії в акумуляторних батареях, що дозволить стабілізувати та підвищити надійність електропостачання підключених до нього споживачів. Поставлена задача вирішується тим, що регулювання частоти та напруги відбувається завдяки плавному регулюванню додатковою ємністю і баластним навантаженням, завдяки чому регулювання частоти та напруги здійснюється узгоджено зі зміною швидкості діючого повітряного потоку та зміною потужності підключеного навантаження, в результаті аварійної ситуації, навантаження живиться від акумуляторних батарей, стан яких контролюється під час роботи вітроенергетичного комплексу, що заряджаються під час вироблення електричної енергії генератором, що зумовлює підвищення коефіцієнта корисної дії, надійності електропостачання підключених споживачів та ефективності роботи вітроенергетичного комплексу. Корисна модель пояснюється кресленням, де: ВК - вітрове колесо; АГ - асинхронний генератор з короткозамкненим ротором; БЗК - батарея збуджуючих конденсаторів; ЕМГ електромагнітне гальмо; ДН - датчик напруги; ДЧ - датчик частоти обертів ВК; ДЧМ - датчик частоти напруги мережі; АЗП - автоматичний зарядний пристрій; АКБ - акумуляторна батарея; ПК - пристрій контролю стану АКБ; І - інвертор; БДК - батарея додаткових конденсаторів; БН баластне навантаження; БС1, БС2 - блок симісторів; МКБ - мікропроцесорний блок; К1-К3 керовані комутатори; Н - навантаження. Пристрій працює наступним чином. Після запуску системи керування мікропроцесорний блок шляхом подачі живлення на обмотку розблоковує електромагнітне гальмо і установка переходить в автоматичний режим. Блок МКБ переходить в режим очікування виходу генератора на номінальну частоту обертання. За відсутності вітру установка залишається нерухомою і ніяких змін в електричних колах не відбувається. За наявності вітру вітроколесо починає обертатися, на затискачах АГ з'являється напруга. За значеннями частоти виробленої генератором напруги МКБ визначає необхідність регулювання частоти обертання вала ВК. Якщо швидкість вітру менше номінальної і ВК обертається недостатньо швидко, блок АГ не видає номінальної напруги і частоти. По досягненні швидкістю вітру мінімальної робочої величини частота змінної напруги, що розвивається блоком АГ, піднімається до значень з допустимого діапазону 50±0,50 Гц і відбувається вихід установки на режим, що свідчить про можливість підключення робочого навантаження баластного навантаження (БН). Обмеження частоти обертання блока ВК та напруги на виході АГ здійснюється шляхом регулювання струму в додатковому БН через блок симісторів (БС). Якщо частота знаходиться в межах від 50,5 до 51 Гц здійснюється її регулювання. Можна провести підключення зовнішнього корисного навантаження (Н). Якщо частота виробленої напруги падає нижче 49,5 Гц, це свідчить про недостатню швидкість вітру або перевантаження установки, про необхідність відключення Н. Якщо резерву навантаження і потужності АГ для його живлення при зростанні швидкості вітру недостатньо, гальмуючий момент не зупиняє зростання частоти обертання блока ВК. У цій ситуації частота змінного струму стає вище 51 Гц, і проводиться аварійна зупинка ВК шляхом блокування ЕМГ. Батарея збуджуючих конденсаторів призначена для збудження АГ під час пуску, а додаткових конденсаторів, підключених через БС2, для компенсації реактивної потужності при номінальному навантаженні AГ. Автоматичний зарядний пристрій дозволяє заряджати та контролювати заряд акумуляторні батареї за допомогою пристрою контролю стану АКБ. При нормальній роботі ВЕК відбувається електропостачання споживачів Н і заряд АКБ. При аварійній ситуації за допомогою відключення керованого комутатора К1 відбувається відключення навантаження Н від генератора АГ, а за допомогою комутатора К3 відбувається підключення навантаження до АКБ через інвертор І. Заряд АКБ через комутатор К2 відбувається доти, поки пристрій контролю стану АКБ ПК не виявить несправності або повного заряду АКБ або автоматичний зарядний пристрій АЗУ, в результаті невідповідності параметрів струму або напруги заряду, відключить АКБ від генератора. 2 UA 86426 U Такий пристрій забезпечить збільшення діапазону швидкості вітрового потоку для генерування електричної енергії. Отже коефіцієнт використання вітрового потоку вітроустановки зростає, а це означає, що і коефіцієнт корисної дії вітроустановки зростає. 5 10 15 ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ Спосіб керування вітроелектротехнічним комплексом з асинхронним генератором (АГ), який відрізняється тим, що регулювання частоти та напруги на виході генератора відбувається завдяки плавній зміні рівня додаткової ємності та баластним навантаженням, завдяки чому керування вихідними параметрами АГ здійснюється узгоджено зі зміною швидкості діючого в даний момент часу повітряного потоку та зміною потужності підключеного навантаження, в результаті аварійної ситуації, навантаження живиться від акумуляторних батарей, стан яких контролюється під час роботи вітроенергетичного комплексу, що зумовлює підвищення коефіцієнта корисної дії, надійності електропостачання підключених споживачів та ефективності роботи всього вітроенергетичного комплексу. Комп’ютерна верстка Л. Ціхановська Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 3