RU2113616C1 - Способ управления ветроэнергетической установкой - Google Patents
Способ управления ветроэнергетической установкой Download PDFInfo
- Publication number
- RU2113616C1 RU2113616C1 RU96111224A RU96111224A RU2113616C1 RU 2113616 C1 RU2113616 C1 RU 2113616C1 RU 96111224 A RU96111224 A RU 96111224A RU 96111224 A RU96111224 A RU 96111224A RU 2113616 C1 RU2113616 C1 RU 2113616C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- speed
- wind wheel
- wind
- rotation
- wheel
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
- Y02E10/70—Wind energy
- Y02E10/72—Wind turbines with rotation axis in wind direction
Landscapes
- Wind Motors (AREA)
Abstract
Использование: в ветроэнергетике и касается способов пуска ветроэнергетической установки. Сущность изобретения: способ управления ветроэнергетической установкой (ВЭУ) заключается в том, что при пуске ВЭУ ветроколесо разгоняют с помощью электродвигателя, после набора скорости ветроколеса прекращают его разгон и переводят ветроколесо в режим вращения генератора по достижению номинальной скорости вращения. При пуске ВЭУ с помощью электродвигателя разгон ветроколеса производят до промежуточной скорости вращения ω составляющей 0,3 - 0,6 номинальной скорости ωн, затем, отключив электродвигатель, выдерживают ветроколесо на промежуточной скорости вращения, регулируя при этом угол установки лопастей и поддерживая скорость вращения ветроколеса в пределах 0,3 - 0,6 номинальной скорости, после чего переводят ветроколесо на номинальную скорость вращения. 3 з.п.ф-лы, 4 ил., 1 табл.
Description
Изобретение относится к ветроэнергетике и касается способов пуска ветроэнергетической установки, преимущественно рассчитанных на работу в низкоскоростных ветропотоках.
Известна ветроэнергетическая установка, в которой реализован способ пуска ВЭУ, заключающийся в том, что перед пуском ВЭУ отсоединяют вал ветроколеса от генератора с помощью муфты сцепления, отсоединяют с помощью дополнительной муфты сцепления от ветроколеса дополнительное многолопастное ветроколесо, после разгона ветром дополнительного ветроколеса его подсоединяют с помощью муфты сцепления к основному ветроколесу и после разгона основного ветроколеса до номинальной скорости подключают к основному ветроколесу генератор и отсоединяют от основного ветроколеса с помощью муфты сцепления дополнительное ветроколесо [1].
Недостатком данного способа пуска ВЭУ является необходимость введения дополнительного ветроколеса, что усложняет конструкцию ВЭУ и сравнительно большая величина скорости ветра, при которой может быть запущена ВЭУ из-за большого сопротивления силовой передачи ветроколес особенно при низкой температуре, когда застывает смазка в подшипниках и затруднен запуск ВЭУ.
Известна ветроэнергетическая установка, в которой реализован способ разгона ветроколеса, заключающийся в том, что ветроколесо разгоняют с помощью электродвигателя, после набора скорости прекращают разгон ветроколеса и переводят ВЭУ в режим вращения ветроколесом генератора по достижению номинальной скорости вращения [2].
Данный способ управления ветроэнергетической установкой является наиболее близким к предложенному по технической сущности и достигаемому результату.
Недостатком данного способа управления ВЭУ при малых скоростях ветра и при низких температурах из-за большого сопротивления силовой передачи и загустения смазки в редукторе и подшипниках вращающихся элементов ВЭУ.
В результате уменьшается диапазон скоростей ветра, при котором может работать ветроэнергетическая установка, и уменьшается выработка электроэнергии ВЭУ.
При запитке электродвигателя, разгоняющего ветроколесо от аккумулятора, требуется увеличенная емкость аккумулятора и длительное время работы для разгона ветроколеса.
При создании ВЭУ, рассчитанных на работу в низкоскоростных потоках ветра, одним из основных проблемных вопросов является обеспечение надежного пуска ВЭУ при низких ветрах и различных температурных условиях, поэтому целью изобретения является: увеличение коэффициента использования ВЭУ за счет обеспечения возможности пуска ВЭУ в низкоскоростных ветропотоках; обеспечение возможности пуска ВЭУ в автоматическом режиме использования при минимальных энергозатратах; увеличение надежности пуска ВЭУ; расширение диапазона скоростей ветра, при котором работоспособна ВЭУ; увеличение выработки электроэнергии, а также снижение стоимости ВЭУ за счет упрощения конструкции и снижения требований.
Данная цель достигается тем, что при пуске ВЭУ с помощью электродвигателя разгон ветроколеса производят до промежуточной скорости вращения, составляющей 0,3 - 0,6 номинальной скорости, затем отключив электродвигатель, выдерживают ветроколесо на промежуточной скорости вращения, поддерживая его скорость вращения постоянной, и после этого переводят ветроколесо на номинальную скорость вращения и затем переводят ветроколесо в режим вращения генератора.
Дополнительным отличием является то, что при возникновении замедления вращения ветроколеса на промежуточной скорости производят дополнительное периодическое подключение электродвигателя к ветроколесу до достижения устойчивого вращения ветроколеса на промежуточной скорости, а регулировку угла установки лопастей при вращении ветроколеса на промежуточной скорости вращения производят из условия поддержания положительного значения углового ускорения ветроколеса.
Величину промежуточной скорости ω вращения ветроколеса в диапазоне 0,3 - 0,6 номинальной скорости вращения ωн задают из соотношения:
где
ϑ~ - скорость ветропотока;
- значение быстроходности ветроколеса, при котором для ϑ~ достигается максимальное значение коэффициента мощности;
ϑном - скорость ветропотока, при которой ветроколесо выходит на номинальную мощность;
zmax ном - значение быстроходности ветроколеса для скорости ветропотока, равной ϑном ;
ωн - номинальная скорость вращения ветроколеса.
где
ϑ~ - скорость ветропотока;
- значение быстроходности ветроколеса, при котором для ϑ~ достигается максимальное значение коэффициента мощности;
ϑном - скорость ветропотока, при которой ветроколесо выходит на номинальную мощность;
zmax ном - значение быстроходности ветроколеса для скорости ветропотока, равной ϑном ;
ωн - номинальная скорость вращения ветроколеса.
На фиг. 1 изображена схема ветроэнергетической установки; на фиг. 2 - график зависимости момента, развиваемого на ветроколесе, от скорости вращения ветроколеса; на фиг. 3 - график зависимости коэффициента мощности Cp (z) от быстроходности z ветроколеса; на фиг. 4 - типовой график зависимости развиваемой ветроколесом механической мощности Nмех от скорости ветра.
Ветроэнергетическая установка, в которой реализован предложенный способ, состоит из башни 1, гондолы 2, ветроколеса 3 с лопастями 4, вала 5, соединенного силовой передачей 6 через муфту сцепления 7 с электрической машиной 8, которая может работать в режиме генератора или в режиме электродвигателя.
ВЭУ содержит устройство для регулирования скорости вращения ветроколеса, состоящее из электродвигателя 9, червячного редуктора 10, винта 11, подшипниковой опоры 12, толкателя 13, кулисно-шатунного механизма 14 и втулок 15, на которых закреплены лопасти 4.
Поворотом лопастей 4 по сигналам системы управления (не показана) регулируют скорость вращения ветроколеса 3.
Способ управления ветроэнергетической установкой состоит в следующем.
При пуске ВЭУ переводят из режима работы ветроколеса с генератором в режим разгона ветроколеса от электродвигателя. В качестве разгонного электродвигателя может быть использован генератор, работающий в режиме электродвигателя, или дополнительный электродвигатель.
На электродвигатель подают электропитание от аккумуляторной батареи, разгоняют ветроколесо электродвигателем до промежуточной скорости вращения, составляющей 0,3 - 0,6 номинальной скорости вращения ωн и отключают электродвигатель. На этой промежуточной скорости вращения выдерживают ветроколесо в течение некоторого времени и поддерживают скорость вращения постоянной при помощи системы управления, регулируя для этого угол установки лопастей относительно плоскости вращения - угол заклинения.
На этой промежуточной скорости вращения развивается наибольший момент от ветрового потока на ветроколесе. При этом максимальном моменте на проворачивание ветроколеса производится разогрев смазки силовой передачи и подшипников ВЭУ.
После выдержки ветроколеса на промежуточной скорости вращения его переводят на номинальную скорость вращения. После нагревания смазки сопротивление силовой передачи и подшипников уменьшается, это обеспечивает возможность работы ВЭУ при номинальной скорости несмотря на уменьшение развиваемого ветроколесом момента при увеличении скорости вращения до номинальной. Выдержка ветроколеса на промежуточной скорости вращения необходима не только при низких температурах. При работе ВЭУ в этом режиме возможно проведение тестирования систем и агрегатов ВЭУ, что повышает надежность функционирования ВЭУ.
В процессе пуска измеряют текущее угловое ускорение ветроколеса и при возникновении замедления вращения ветроколеса на промежуточной скорости после отключения электродвигателя производят дополнительное периодическое подключение электродвигателя к ветроколесу до достижения устойчивого вращения ветроколеса на промежуточной скорости
Для облегчения пуска ветроколесо переводится вначале на промежуточную скорость вращения ω = (0,3-0,6)ωн , после достижения устойчивого вращения на этой скорости его переводят в режим номинальной скорости вращения.
Для облегчения пуска ветроколесо переводится вначале на промежуточную скорость вращения ω = (0,3-0,6)ωн , после достижения устойчивого вращения на этой скорости его переводят в режим номинальной скорости вращения.
Промежуточная скорость вращения при низких скоростях ветропотока является выгодной, так как мощность, развиваемая ветроколесом, при этом значительно превосходит мощность, развиваемую на номинальной скорости вращения. Фактически ветроколесо возвращается на оптимальные значения коэффициента мощности Cp за счет уменьшения быстроходности z, определяемой из соотношения:
.
.
При низких значениях скорости ветра, например, составляющих 1,5 - 2,5 м/с, при пуске ВЭУ необходимо произвести разгон ветроколеса до промежуточной скорости ω = (0,3-0,6)ωн . Нижний предел в соотношении относится к скорости ветра 1,5 - 2,0 м/с, а верхний - к 2,5 - 3,0 м/с.
Оптимальным в пределах диапазона ω = (0,3-0,6)ωн является задание скорости вращения ветроколеса согласно соотношения:
где
ϑ~ - скорость ветропотока;
- значение быстроходности ветроколеса, при котором для ϑ~ достигается максимальное значение коэффициента мощности;
ϑном - скорость ветропотока, при которой ветроколесо выходит на номинальную мощность;
zmax ном - значение быстроходности ветроколеса для скорости ветропотока, равной ϑном ;
ωн - номинальная скорость вращения ветроколеса.
где
ϑ~ - скорость ветропотока;
- значение быстроходности ветроколеса, при котором для ϑ~ достигается максимальное значение коэффициента мощности;
ϑном - скорость ветропотока, при которой ветроколесо выходит на номинальную мощность;
zmax ном - значение быстроходности ветроколеса для скорости ветропотока, равной ϑном ;
ωн - номинальная скорость вращения ветроколеса.
Для ветроколеса, вращающегося на промежуточной скорости ω = 0,4ωн для скоростей ветра 1,0 - 3,0 м/с при радиусе ветроколеса R = 8,0 м, в частности имеют место характеристики, представленные в таблице.
Из приведенных данных видно, что режим промежуточной скорости вращения выгоден именно при низких скоростях ветра.
При скорости ветра, достигающей 3,0 - 3,5 м/с, коэффициенты Cp начинают уменьшаться, что свидетельствует о необходимости увеличения скорости вращения ветроколеса, например до 0,5 - 0,6 номинальной, и далее по мере возрастания скорости ветра - к номинальной скорости вращения.
Способ управления ВЭУ обеспечивает запуск ВЭУ при низкой температуре в условиях Крайнего Севера, уменьшает потребную мощность аккумуляторной батареи, а также количество энергии аккумуляторной батареи, необходимой для запуска ВЭУ, увеличивае6т коэффициент использования ВЭУ по времени года за счет уменьшения величины скорости ветра, при которой возможен запуск и работа ВЭУ, расширяет диапазон скоростей ветра, при котором работоспособна ВЭУ, и тем самым увеличивает выработку электроэнергии ВЭУ, упрощает конструкцию ВЭУ, снижает ее стоимость.
Claims (4)
1. Способ управления ветроэнергетической установки, заключающийся в том, что при пуске ветроколесо разгоняют с помощью электродвигателя, после набора скорости ветроколеса прекращают его разгон и переводят ветроколесо в режим вращения генератора по достижению номинальной скорости вращения, отличающийся тем, что при пуске с помощью электродвигателя разгон ветроколеса производят до промежуточной скорости вращения ω, составляющей 0,3 - 0,6 номинальной скорости ωн, затем, отключив электродвигатель, выдерживают ветроколесо на промежуточной скорости вращения, регулируя при этом угол установки лопастей и поддерживая скорость вращения ветроколеса в пределах 0,3 - 0,6 номинальной скорости, после чего переводят ветроколесо на номинальную скорость вращения.
2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что в процессе пуска измеряют текущее угловое ускорение ветроколеса и при возникновении замедления вращения ветроколеса на промежуточной скорости после отключения электродвигателя производят дополнительное периодическое подключение электродвигателя к ветроколесу до достижения устойчивого вращения ветроколеса на промежуточной скорости.
3. Способ по п. 1, отличающийся тем, что регулировку угла установки лопастей при вращении ветроколеса на промежуточной скорости вращения производят из условия поддержания положительного значения углового ускорения ветроколеса.
4. Способ по п. 1, отличающийся тем, что величину промежуточной скорости ω вращения ветроколеса в диапазоне 0,3 - 0,6 номинальной скорости вращения ωн задают из соотношения
где v~ - скорость ветропотока;
- значение быстроходности ветроколеса, при котором для v~ достигается максимальное значение коэффициента мощности;
Vном - скорость ветропотока, при которой ветроколесо выходит на номинальную мощность;
Zmax ном - значение быстроходности ветроколеса для скорости ветропотока, равной Vном;
ωн - номинальная скорость вращения ветроколеса.
где v~ - скорость ветропотока;
- значение быстроходности ветроколеса, при котором для v~ достигается максимальное значение коэффициента мощности;
Vном - скорость ветропотока, при которой ветроколесо выходит на номинальную мощность;
Zmax ном - значение быстроходности ветроколеса для скорости ветропотока, равной Vном;
ωн - номинальная скорость вращения ветроколеса.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU96111224A RU2113616C1 (ru) | 1996-06-06 | 1996-06-06 | Способ управления ветроэнергетической установкой |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU96111224A RU2113616C1 (ru) | 1996-06-06 | 1996-06-06 | Способ управления ветроэнергетической установкой |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2113616C1 true RU2113616C1 (ru) | 1998-06-20 |
RU96111224A RU96111224A (ru) | 1998-09-10 |
Family
ID=20181485
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU96111224A RU2113616C1 (ru) | 1996-06-06 | 1996-06-06 | Способ управления ветроэнергетической установкой |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2113616C1 (ru) |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2468251C1 (ru) * | 2011-07-07 | 2012-11-27 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Национальный исследовательский университет "МЭИ" | Способ регулирования ветроэнергетической установки и устройство для его реализации |
RU2548320C2 (ru) * | 2013-04-05 | 2015-04-20 | ООО Ансаат | Ветроэнергетическая установка |
RU2569121C2 (ru) * | 2011-04-01 | 2015-11-20 | Воббен Пропертиз Гмбх | Ветроэнергетическая установка и способ эксплуатации ветроэнергетической установки |
-
1996
- 1996-06-06 RU RU96111224A patent/RU2113616C1/ru active
Non-Patent Citations (1)
Title |
---|
2. SU, авторс кое свидетельство, 1048158, F 03 D 1/02, 1983. * |
Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2569121C2 (ru) * | 2011-04-01 | 2015-11-20 | Воббен Пропертиз Гмбх | Ветроэнергетическая установка и способ эксплуатации ветроэнергетической установки |
US10027266B2 (en) | 2011-04-01 | 2018-07-17 | Wobben Properties Gmbh | Wind turbine generator system and method for operating a wind turbine generator system |
RU2468251C1 (ru) * | 2011-07-07 | 2012-11-27 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Национальный исследовательский университет "МЭИ" | Способ регулирования ветроэнергетической установки и устройство для его реализации |
RU2548320C2 (ru) * | 2013-04-05 | 2015-04-20 | ООО Ансаат | Ветроэнергетическая установка |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US8853874B2 (en) | Wind power plant and method for controlling the operation of a wind power plant | |
EP1626175B1 (en) | Method of avoiding resonance in wind turbines | |
JP6563039B2 (ja) | グリッド接続を使用しない風力タービンの動作方法および風力タービン | |
EP0223729B1 (en) | Torque control for a variable speed wind turbine | |
US20060275121A1 (en) | Wind turbine with friction drive power take off on outer rim | |
CA2575095A1 (en) | Power train for a wind power plant | |
CN101839218B (zh) | 直驱式风力发电机组 | |
EP2096300A2 (en) | Method of controlling the tip speed ratio of wind turbine blades | |
EP0095908A3 (en) | Speed control apparatus | |
CN201730751U (zh) | 一种可调攻角兆瓦级垂直轴风力发电机 | |
CN206753815U (zh) | 一种具有过速保护装置的风力发电机 | |
CN103998774B (zh) | 用于操作风力涡轮机的方法 | |
CN102116264A (zh) | 一种可调攻角兆瓦级垂直轴风力发电机 | |
WO2004011801A1 (en) | Wind turbine with blades of variable inertia | |
JP5066648B2 (ja) | 風力発電装置 | |
CN101355254A (zh) | 无主轴半直驱永磁风力发电机组及其控制方法 | |
WO2012032547A2 (en) | Mechanism for blade pitch control for wind turbine | |
RU2113616C1 (ru) | Способ управления ветроэнергетической установкой | |
JP2515750B2 (ja) | 風力発電装置の制御方法 | |
CN116877337A (zh) | 一种叶片桨距控制装置及控制方法 | |
CN207960984U (zh) | 一种用于轴流式风机的多转速汽电双驱动系统 | |
EP2992207A1 (en) | Method for starting a wind turbine in a cold climate environment | |
CN201513295U (zh) | 一种直驱式风力发电机组 | |
KR20020045601A (ko) | 풍력 발전기 | |
JPS6410670B2 (ru) |