CZ304084B6 - Zpusob a zapojení pro rízení vetrné elektrárny - Google Patents

Abstract

Zpusob rízení vetrné elektrárny zmenou hodnoty pripojené impedancní záteze spocívá v tom, ze se na základe znalosti prubehu zatezovacích charakteristik, na základe znalosti prubehu budicí charakteristiky a na základe znalosti hodnot dostupných impedancních zátezí stanoví dostupné spínací hladiny, které se dále porovnávají s údajem o úrovni výstupního napetí elektrického generátoru, nacez se na základe tohoto porovnání vydává pokyn pro pripojení nebo odpojení nejméne jedné z dostupných impedancních zátezí, s cílem dosazení maximální úcinnosti elektrického generátoru (1). Zapojení pro rízení vetrné elektrárny obsahující elektrický generátor (1), jehoz výstup (11) je pripojen k nejméne jedné impedancní zátezi (21, 22, 23) pres spínací jednotku (3), jejíz druhý vstup (32) je spojen s výstupem (43) komparátoru (4) úrovní napetí. První vstup (41) komparátoru (4) úrovní napetí je pripojen k výstupu (11) elektrického generátoru (1) a druhý vstup (42) komparátoru (4) úrovní napetí je pripojen k výstupu (54) bloku (5) pro urcení spínacích hladin. Mezi výstup (11) elektrického generátoru (1) a první vstup (41) komparátoru (4) úrovne napetí je s výhodou zapojen prevodník (6) napetí. Komparátor (4) úrovne napetí je opatren nejméne tretím vstupem (44) pro privedení informace o hodnote momentálne pripojené impedancní záteze a o moznostech jejího delení, který je pripojen ke spínací jednotce (3). Blok (5) pro urcení spínacích hladin je dále opatren vstupy (531, 532, 533) pro privedení informace o hodnote kazdé z impedancních zátezí (21, 22, 23), které jsou pripojeny k nejméne jedné impedancní zátezi (21, 22, 23). Blok (5) pro urcení spínacích hladin je d

Description

Způsob a zapojení pro řízení větrné elektrárny

Oblast techniky

Vynález se týká způsobu a zapojení pro řízení větrné elektrárny a řeší její maximální účinnost při různé intenzitě větru, pokud jde o větrnou elektrárnu pracující v autonomním režimu, který je vhodný pro větrné elektrárny o výkonu do 50 kW.

Dosavadní stav techniky

U větrných elektráren pracujících v autonomním provozu může být vlastní spotřeba větrné elektrárny pokryta dodávkou elektrického proudu ze sítě nebo může být větrná elektrárna zcela nezávislá na distribuční soustavě, pokud je tato spotřeba kryta ze záložních zdrojů. Výkon asynchronního generátoru je buzen kapacitory a je přímo vyveden do zátěže s obecnou impedancí, kterou v případě, kdy se požaduje akumulace energie, představuje usměrňovač a akumulátor.

Je známo, že s ohledem na momentální intenzitu větru lze výkon větrné elektrárny řídit připojováním zátěže po stupních, kdy je velikost impedance jednotlivých stupňů zátěže volena s ohledem na budicí charakteristiku elektrického generátoru a velikost zatížení. Okamžik připojení nebo odpojení jednotlivých stupňů zátěže je určován na základě velikosti napětí na svorkách elektrického generátoru.

Nevýhodou tohoto zařízení je, že okamžik připojení jednotlivých stupňů zátěže je definován na základě předem nastavené konstantní úrovně napětí, což se projeví tím, že větrná elektrárna nepracuje s optimální účinností.

Podstata vynálezu

Uvedené nevýhody řeší způsob a zapojení pro řízení větrné elektrárny podle vynálezu. Podstatou způsobu je, že se na základě znalosti průběhu zatěžovacích charakteristik, na základě znalosti průběhu budicí charakteristiky a na základě znalosti hodnot dostupných impedančních zátěží stanoví dostupné spínací hladiny, které se dále porovnávají s údajem o úrovni výstupního napětí elektrického generátoru, načež se na základě tohoto porovnání vydává pokyn pro připojení nebo odpojení nejméně jedné z dostupných impedančních zátěží. Podstatou zařízení, které obsahuje elektrický generátor, jehož výstup je připojen k nejméně jedné impedanční zátěži je, že mezi výstupem elektrického generátoru a vstupem nejméně jedné impedanční zátěže je zapojena spínací jednotka. Druhý vstup spínací jednotky je spojen s výstupem komparátoru úrovní napětí, jeho první vstup je připojen k výstupu elektrického generátoru a jehož druhý vstup je připojen k výstupu bloku pro určení spínacích hladin. S výhodou je mezi výstup elektrického generátoru a první vstup komparátoru úrovně napětí zapojen převodník napětí. Alternativně je podstatou, že komparátor úrovně napětí je opatřen nejméně jedním třetím vstupem pro přivedení informace o hodnotě momentálně připojené impedanční zátěže a o možnostech jejího dělení, který je s výhodou připojen ke spínací jednotce a/nebo k nejméně jedné impedanční zátěži. Dle dalších alternativ je podstatou, že blok pro určení spínacích hladin je dále opatřen nejméně jedním vstupem pro přivedení informace o hodnotách dostupných impedančních zátěží, který je s výhodou připojen k nejméně jedné impedanční zátěži, že blok pro určení spínacích hladin je dále opatřen vstupem pro přivedení informace o zatěžovacích charakteristikách elektrického generátoru nebo o přímce optimálního zatěžování, který je s výhodou připojen k zařízení pro měření zatěžovací charakteristiky elektrického generátoru, které je k bloku pro určení spínacích hladin připojeno přes jednotku pro výpočet křivky optimálního zatěžování, a že zařízení pro měření zatěžovací charakteristiky elektrického generátoru je přes první spínač připojeno k výstupu elektrického generátoru. Alternativně je rovněž podstatou, že blok pro určení spínacích hladin je dále opatřen

-1 CZ 304084 B6 vstupem pro přivedení informace o budicí charakteristice elektrického generátoru, který je s výhodou připojen k jednotce pro vyhodnocení budicí charakteristiky elektrického generátoru je přes druhý spínač připojena k výstupu elektrického generátoru.

Výhodou řízení větrné elektrárny podle vynálezu je, že k přepínání jednotlivých zátěží dochází v pracovním bodě zatěžovací charakteristiky, t.j. v blízkosti přímky optimálního zatěžování. V tomto případě je hodnota limitního napětí pro přepnutí proměnlivá. Tím se dosáhne co největší možné účinnosti.

Přehled obrázků na výkresech

Na obrázku 1 je znázorněno blokové schéma zapojení podle příkladného provedení, zatímco na obrázku 2 je znázorněn graf znázorňují postup podle příkladného provedení.

Příklad provedení vynálezu

Způsob řízení větrné elektrárny změnou hodnoty připojené impedanční zátěže se podle příkladného provedení provádí u konkrétního elektrického generátoru i spojeného pomocí hřídele 13 s větrným motorem 12. Hodnoty příkonu elektrického generátoru 1 označené na obr. 2 Pg představují mechanický výkon na hřídeli 13 větrného motoru 12. Při sepnutém druhém spínači 91, nesepnutém prvním spínači 71 a nesepnutém třetím spínači 110 se nejprve změří budicí charakteristika elektrického generátoru, představující závislost výstupního napětí elektrického generátoru 1 na otáčkách větrného motoru 12. Získané hodnoty se uloží do paměti počítače. Dále se při nesepnutém druhém spínači 91, sepnutém prvním snímači 71 a nesepnutém třetím snímači 110 změří změnou velikosti zatěžovacího odporu při konstantních otáčkách větrného motoru 12 závislosti napětí na výstupu 11 elektrického generátoru i na zatěžovacím proudu 71, 72, 73, 74, 75, 76, 77 pro různé úrovně otáček větrného motoru 12. Z průběhu těchto závislostí se vypočte přímka 85 optimálního zatěžování elektrického generátoru 1. Rovněž přímka 85 optimálního zatěžování elektrického generátoru 1 se uloží do paměti počítače.Elektrický generátor se provozuje při sepnutém třetím spínači 110 a nesepnutém prvním a druhém spínači 91, 71. K dispozici jsou tři úrovně impedančních zátěží, kde první úroveň impedanční zátěže má hodnotu 300 Ohm, druhá úroveň impedanční zátěže má hodnotu 150 Ohm a třetí úroveň impedanční zátěže má hodnotu 100 Ohm. K. těmto hodnotám impedančních zátěží vypočte blok 5 pro určení spínacích hladin hodnoty napětí, při kterých může dojít k připojení další zátěže nebo k odpojení některé z jíž připojených zátěží a to samostatně pro situaci, kdy má výstupní napětí elektrického generátoru 1 kladný a kdy má záporný gradient. Během provozu porovnává komparátor 4 úrovně napětí na výstupu H elektrického generátoru 1 s hladinami určenými blokem 5 pro určení spínacích hladin a vydává na základě informace o hodnotě momentálně připojené zátěže pokyn spínací jednotce 3 k připojení další zátěže nebo k odpojení některé z již připojených zátěží. Například může jít o průběh křivky představující změny výstupního napětí elektrického generátoru a změny velikosti odebíraného proudu při různých zátěžích, při stoupajícím a posléze zase klesajícím výkonu větrného motoru 12. Při roztáčení větrného motoru 1_2 není k elektrickému generátoru 1 nejprve připojena žádná impedanční zátěž. Napětí na výstupu 11 elektrického generátoru 1 stoupá podle prvního úseku 120 křivky, přičemž při dosažení napětí 200 V je připojena první impedanční zátěž 21 o velikosti 300 Ohm. Průběh napětí a proudu se změní podle druhého úseku 121 křivky, přičemž při dále stoupajícím výkonu větrného motoru 12 se mění průběh napětí a proudu podle třetího úseku 122 křivky, a to až do dosažení napětí 175 V, kdy dojde k paralelnímu připojení druhé impedanční zátěže 22 o velikosti 300 Ohm, takže celková impedanční zátěž je nyní 150 Ohm. Průběh napětí a proudu se změní podle čtvrtého úseku 123 křivky a napětí na výstupu li elektrického generátoru 1 klesne na 130 V. Při dalším stoupání otáček větrného motoru 12 se průběh napětí a proudu mění podle pátého úseku 124 křivky. Při dosažení napětí 215 V dojde k paralelnímu připojení třetí impedanční zátěže 23 o velikosti 300 Ohm. Celková impedanční zátěž připojená k elektrickému generátoru je nyní 100 Ohm a napětí na výstupu 11 elektrického

-2CZ 304084 B6 generátoru I se změní podle šestého úseku 125 křivky. Při dále stoupajícím výkonu větrného motoru 12 se průběh napětí a proudu mění podle sedmého úseku 126 křivky. V této fázi došlo v důsledku snížení intenzity větru ke snížení výkonu větrného motoru. Při napětí 220 V a proudu 2,15 A začal výkon větrného motoru 12 klesat a průběh napětí a proudu se pohyboval podél sed5 mého úseku 126 křivky zpět. V okamžiku, kdy pokleslo napětí na hodnotu 120V, došlo k odpojení třetí impedanční zátěže 23, takže celková impedanční zátěž je nyní 150 Ohm. Průběh napětí a proudu se v této fázi mění podle osmého úseku 127 křivky, a to až do dosažení hodnot odpovídajících pátému úseku 124 křivky. S dalším poklesem výkonu větrného motoru 12 klesá napětí na výstupu elektrického generátoru 1 až na úroveň 100 V, kdy dojde k odpojení druhé io impedanční zátěže 22. Celková impedanční zátěž je v této fázi 300 Ohm a průběh napětí a proudu se mění podle devátého úseku 128 křivky. Při dalším poklesu otáček větrného motoru 12 dochází k dalšímu poklesu napětí a proudu podle třetího úseku 122 křivky, a to až do opětovného dosažení hodnoty 100 V, při které dojde k odpojení první impedanční zátěže 21, přičemž se průběh napětí změní podle desátého úseku 129 křivky. Zařízení podle vynálezu opět připojí některou z impedančních zátěží 21, 22, 23, pokud výkon větrného motoru stoupne natolik, že je bez zátěže dosažena na výstupu generátoru napětí 200 V. Klesá-li nebo stoupá-li výkon větrného motoru 12 při provozu větrné elektrárny, komparátor 4 úrovně napětí vydává pokyny k připojování nebo odpojování zátěží 21, 22, 23 tak, aby se průběh napětí a proudu měnil podle jednotlivých úseků 120, 121, 122, 123, 124, 125, 126, 127, 128, 129 oběma směry, podle toho, zda výkonu větrného motoru 12 stoupá nebo klesá.

Elektrický generátor 1 je pomocí hřídele 13 spojen s větrným motorem 12. Výstup 11 elektrického generátoru I je připojen ke třem impedančním zátěžím 21, 22, 23, a to prostřednictvím spínací jednotky 3, jejíž druhý vstup 32 je spojen s výstupem 43 komparátoru 4 úrovní napětí. První vstup 41 komparátoru 4 úrovní napětí je připojen k výstupu JJ. elektrického generátoru i a druhý vstup 42 komparátoru 4 úrovní napětí je připojen k výstupu 54 bloku 5 pro určení spínacích hladin. Mezi výstup Π. elektrického generátoru i a první vstup 4J. komparátoru 4 úrovně napětí je zapojen převodník 6 napětí. Komparátor 4 úrovně napětí je opatřen třetím vstupem 44 pro přivedení informace o hodnotě momentálně připojené impedanční zátěže a o možnostech jejího dělení, který je připojen ke spínací jednotce 3. Blok 5 pro určení spínacích hladin je dále opatřen třemi vstupy 531, 532, 533 pro přivedení informací o hodnotách tří dostupných impedančních zátěží 21, 22, 23, které jsou každý samostatně připojeny k jedné z impedančních zátěží 21, 22, 23. Blok 5 pro určení spínacích hladin je dále opatřen vstupem 5J. pro přivedení informace o zatěžovací charakteristice nebo o přímce optimálního zatěžování elektrického generátoru 1, který je připojen k zařízení 7 pro měření zatěžovací charakteristiky elektrického generátoru 1, které je přes první spínač 71 připojeno k výstupu 11 elektrického generátoru 1, přičemž zařízení 7 pro měření zatěžovací charakteristiky elektrického generátoru 1 je k bloku 5 pro určení spínacích hladin připojeno přes jednotku 8 pro výpočet optimální zatěžovací charakteristiky. Blok 5 pro určení spínacích hladin je dále opatřen vstupem 52 pro přivedení informace o budicí charakteristice elektrického generátoru 1, který je připojen k jednotce 9 pro vyhodnocení budicí charakteristiky elektrického generátoru 1 a kde jednotka 9 pro vyhodnocení budicí charakteristiky elektrického generátoru 1 je přes druhý spínač 91 připojena k výstupu JJ. elektrického generátoru 1.

Průmyslová využitelnost

Vynálezu je možné využít v případech, kdy je k dispozici několik různých impedančních zátěží, z nichž alespoň jedna je v případě nedostatečné energie větru postradatelná nebo může být připojena k jinému zdroji elektrické energie. Dále je možno vynálezu využít v případě, kdy zátěž je akumulační a její okamžité použití se nepředpokládá. Využití vynálezu se předpokládá zejména v případě, kdy je větrná elektrárna používána jako doplňkový zdroj energie rodinného domku, rekreačního objektu nebo malé provozovny.

Claims (10)

PATENTOVÉ NÁROKY

1. Způsob řízení větrné elektrárny změnou hodnoty připojené impedanční zátěže, vyznačující se tím, že se na základě znalosti průběhu zatěžovacích charakteristik, na základě znalosti průběhu budicí charakteristiky a na základě znalosti hodnot dostupných impedančních zátěží stanoví dostupné spínací hladiny, které se dále porovnávají s údajem o úrovni výstupního napětí elektrického generátoru, načež se na základě tohoto porovnání vydává pokyn pro připojení nebo odpojení nejméně jedné z dostupných impedančních zátěží.

2. Zapojení pro řízení větrné elektrárny, obsahující elektrický generátor (1), jehož výstup (11) je připojen k nejméně jedné impedanční zátěži (21, 22, 23), vyznačující se tím, že mezi výstupem (11) elektrického generátoru (1) a vstupem (210, 220, 230) nejméně jedné impedanční zátěže (21, 22, 23) je zapojena spínací jednotka (3), jejíž druhý vstup (32) je spojen s výstupem (43) komparátoru (4) úrovní napětí, kde první vstup (41) komparátoru (4) úrovní napětí je připojen k výstupu (11) elektrického generátoru (1) a druhý vstup (42) komparátoru (4) úrovní napětí je připojen k výstupu (54) bloku (5) pro určení spínacích hladin.

3. Zapojení pro řízení větrné elektrárny podle nároku 2, vyznačující se tím, že mezi výstup (11) elektrického generátoru (1) a první vstup (41) komparátoru (4) úrovně napětí je zapojen převodník (6) napětí.

4. Zapojení pro řízení větrné elektrárny podle nároku 2, vyznačující se tím, že komparátor (4) úrovně napětí je opatřen nejméně jedním třetím vstupem (44) pro přivedení informace o hodnotě momentálně připojené impedanční zátěže a o možnostech jejího dělení, kteiý je s výhodou připojen ke spínací jednotce (3) a/nebo k nejméně jedné impedanční zátěži (21,22, 23).

5. Zapojení pro řízení větrné elektrárny podle nároku 2, vy z n a č uj í c í se tím, že blok (5) pro určení spínacích hladin je dále opatřen nejméně jedním vstupem (531, 532, 533) pro přivedení informace o hodnotách dostupných impedančních zátěží (21, 22, 23), který je s výhodou připojen k nejméně jedné impedanční zátěži (21, 22, 23).

6. Zapojení pro řízení větrné elektrárny podle nároku 2, vyznačující se tím, že, blok (5) pro určení spínacích hladin je dále opatřen vstupem (51) pro přivedení informace o zatěžovací charakteristice nebo o přímce optimálního zatěžování elektrického generátoru (1), který je s výhodou připojen k zařízení (7) pro měření zatěžovací charakteristiky elektrického generátoru (1).

7. Zapojení pro řízení větrné elektrárny podle nároku 6, vyznačující se tím, že zařízení (7) pro měření zatěžovací charakteristiky elektrického generátoru (1) je k bloku (5) pro určení spínacích hladin připojeno přes jednotku (8) pro výpočet přímky optimálního zatěžování.

8. Zapojení pro řízení větrné elektrárny podle nároku 6, vyznačující se tím, že zařízení (7) pro měření zatěžovací charakteristiky elektrického generátoru (1) je přes první spínač (71) připojeno k výstupu (11) elektrického generátoru (1).

9. Zapojení pro řízení větrné elektrárny podle nároku 2, vyznačující se tím, že blok (5) pro určení spínacích hladin je dále opatřen vstupem (52) pro přivedení informace o budicí charakteristice elektrického generátoru (1), kteiý je s výhodou připojen k jednotce (9) pro vyhodnocení budicí charakteristiky elektrického generátoru (1).

-4CZ 304084 B6

10. Zapojení pro řízení větrné elektrárny podle nároku 9, vyznačující se tím, že jednotka (9) pro vyhodnocení budicí charakteristiky elektrického generátoru (1) je přes druhý spínač (91) připojena k výstupu (11) elektrického generátoru (1).