RU2239722C2 - Method of and system for converting mechanical energy of windwheel into electric energy of storage battery - Google Patents
Method of and system for converting mechanical energy of windwheel into electric energy of storage battery Download PDFInfo
- Publication number
- RU2239722C2 RU2239722C2 RU2002120856/06A RU2002120856A RU2239722C2 RU 2239722 C2 RU2239722 C2 RU 2239722C2 RU 2002120856/06 A RU2002120856/06 A RU 2002120856/06A RU 2002120856 A RU2002120856 A RU 2002120856A RU 2239722 C2 RU2239722 C2 RU 2239722C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- generator
- maximum
- battery
- current
- energy
- Prior art date
Links
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
- Control Of Eletrric Generators (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к энергетике, в частности к автономным системам электроснабжения, использующим возобновляемые виды энергии.The invention relates to energy, in particular to autonomous power supply systems using renewable energy.
Известен способ преобразования энергии ветроколеса в энергию заряда аккумуляторной батареи (АБ) [1], заключающийся в том, что на первой ступени преобразования используют синхронный генератор, работающий в режиме самовозбуждения, а на второй ступени энергия переменного тока синхронного генератора выпрямителем преобразуется в энергию постоянного тока заряда аккумулятора. В такой системе рабочая зона скоростей ω Г генератора определяется условиями его самовозбуждения (ω Г≥ 0,7-0,8ω ГН), ω ГН - номинальная скорость генератора. Для выполнения этого условия необходимо иметь соответствующую - высокую - скорость ветра, но в зоне средних и малых скоростей ветра, когда возможный максимум вырабатываемой ветроколесом мощности существенно превышает сумму мощностей собственных нужд и механических потерь установки и это превышение могло бы быть использованным для заряда аккумулятора, система оказывается неработоспособной. Существенным недостатком такой системы является низкое качество электрической энергии, вырабатываемой ею (нестабильные частота и действующее значение напряжения).A known method of converting the energy of a wind wheel into the charge energy of a storage battery (AB) [1], which consists in the fact that the first stage of conversion uses a synchronous generator operating in the self-excitation mode, and at the second stage, the AC energy of the synchronous generator with a rectifier is converted to direct current energy battery charge. In such a system, the working zone of the speeds ω G of the generator is determined by the conditions of its self-excitation (ω G ≥ 0.7-0.8ω GN ), ω GN is the nominal speed of the generator. To fulfill this condition, it is necessary to have an appropriate - high - wind speed, but in the zone of medium and low wind speeds, when the possible maximum power generated by the wind wheel significantly exceeds the sum of the auxiliary needs and mechanical losses of the installation and this excess could be used to charge the battery, the system It turns out to be inoperative. A significant drawback of such a system is the low quality of the electric energy generated by it (unstable frequency and the actual voltage value).
Известен способ преобразования энергии ветроколеса или другого первичного двигателя в энергию заряда аккумулятора [2], состоящий в том, что мощность возбуждения синхронного генератора отбирается от выпрямителя или аккумулятора через регулятор тока возбуждения, и ток возбуждения может регулироваться в широких пределах независимо от скорости вращения ветроколеса и генератора.There is a method of converting the energy of a wind wheel or other primary engine into battery charge energy [2], which consists in the fact that the excitation power of the synchronous generator is taken from the rectifier or battery through the excitation current regulator, and the excitation current can be regulated over a wide range regardless of the speed of the wind wheel and generator.
Эта система, наряду с ветроустановками, широко применяется в двигателях внутреннего сгорания [3 и др.].This system, along with wind turbines, is widely used in internal combustion engines [3, etc.].
В такой системе существенно расширяется рабочий диапазон скоростей ветра. Регулирование тока заряда аккумулятора при этом способе осуществляется путем регулирования магнитного потока и ЭДС генератора, которые снижаются при увеличении частоты его вращения.In such a system, the operating range of wind speeds is significantly expanded. The regulation of the charge current of the battery with this method is carried out by regulating the magnetic flux and EMF of the generator, which decrease with increasing frequency of rotation.
При таком способе преобразования энергии ветроколеса в энергию заряда аккумуляторной батареи:With this method of converting wind energy into battery energy:
а) внизу рабочего диапазона скоростей генератора, когда выпрямленная ЭДС Ed меньше ЭДС аккумулятора, мощность ветроколеса теряется полностью; минимальная скорость заряда без искусственного повышения Еd (например, введением вольтодобавочного или повышающего трансформатора между генератором и преобразователем), или изменением схемы соединения обмоток генератора (например, переходом с треугольника при больших скоростях вращения на звезду при малых), или за счет комбинации этих средств оказывается большой. Введение же указанных средств требует капитальных затрат и сопровождается дополнительными потерями энергии, хотя и не решает проблемы полностью. В любом случае регулирование оказывается многозонным (как минимум, двухзонным), что усложняет систему управления. И, наконец, внизу диапазона - при малой скорости и мощности, вырабатываемой ветроколесом, - генератор работает с максимальным - номинальным - током возбуждения; поток ослабляется с увеличением скорости. Это находится в противоречии с оптимальным управлением - по критерию минимума потерь или максимума кпд системы преобразования энергии “генератор - выпрямитель - регулирующее устройство”;a) at the bottom of the operating speed range of the generator, when the rectified EMF E d is less than the battery EMF, the power of the wind wheel is completely lost; minimum charge speed without artificially increasing E d (for example, by introducing a boost or boost transformer between the generator and the converter), or by changing the connection scheme of the generator windings (for example, switching from a triangle at high rotation speeds to a star at low speeds), or due to a combination of these means turns out to be big. The introduction of these funds requires capital costs and is accompanied by additional energy losses, although it does not completely solve the problem. In any case, the regulation turns out to be multi-zone (at least two-zone), which complicates the control system. And, finally, at the bottom of the range - at a low speed and power generated by the wind wheel - the generator operates with a maximum - rated - excitation current; the flow attenuates with increasing speed. This contradicts optimal control - according to the criterion of minimum losses or maximum efficiency of the energy conversion system “generator - rectifier - regulating device";
б) оказывается повышенной установленная мощность генератора. Действительно, если номинальная скорость генератора выбрана равной ее максимальному значению, то генератор должен иметь запас по напряжению, равный отношению его номинальной скорости к минимальной скорости, обеспечивающей заряд аккумулятора при максимальном токе возбуждения. Известно, чтоb) the installed capacity of the generator is increased. Indeed, if the rated speed of the generator is chosen equal to its maximum value, then the generator must have a voltage margin equal to the ratio of its rated speed to the minimum speed that ensures battery charge at the maximum excitation current. It is known that
Ed· Id≅ EАБ· IАБ. E d · I d ≅ E AB · I AB.
В общем случае мощность, отдаваемая генератором, определяется выпрямленной ЭДС Ed, которая выше ЭДС аккумулятора ЕАБ на величину падения напряжения в элементах силовой схемы системы и в первом приближении может быть принята равной ей, и выпрямленным током Id - током заряда IАБ аккумулятора.In the general case, the power supplied by the generator is determined by the rectified EMF E d , which is higher than the EMF of the battery E AB by the value of the voltage drop in the elements of the power circuit of the system and in a first approximation can be taken equal to it, and the rectified current I d - charge current I AB of the battery .
При минимальной частоте ω min вращения генератора условие заряда Еd=ЕАБ получают подачей номинального напряжения на обмотку возбуждения генератора. При максимальной частоте ω max вращения генератораAt a minimum frequency ω min of rotation of the generator, the condition of the charge E d = E AB is obtained by applying the nominal voltage to the excitation winding of the generator. At a maximum frequency ω max of rotation of the generator
где 
но ее снижают до величины ЕАБ уменьшением тока возбуждения. Таким образом, номинальная мощность генератора определяется:but it is reduced to the value of E AB by reducing the excitation current. Thus, the rated power of the generator is determined by:
где 
Рисп=ЕАБ· Id,P isp = E AB · I d ,
и коэффициент использования генератора по мощности составляетand the generator utilization factor for power is
Введение специальных методов повышения Еd поднимает КиспP, но сообщает системе недостатки, указанные выше:The introduction of special methods of increasing E d raises K ispP , but tells the system the disadvantages indicated above:
в) понижен кпд при высоких рабочих частотах вращения генератора по сравнению с другими способами, например, основанными на регулировании Еd при полном магнитном потоке.c) the efficiency is lowered at high operating frequencies of the generator rotation in comparison with other methods, for example, based on the regulation of E d at full magnetic flux.
Известен способ преобразования энергии ветроколеса в энергию заряда аккумулятора [4], отличающийся от предыдущего тем, что ток возбуждения генератора сохраняется постоянным - номинальным - во всем диапазоне изменения частот вращения ветроколеса и генератора, а регулирование тока заряда аккумулятора осуществляется за счет регулирования выходного напряжения выпрямителя фазовым методом (этот метод сложно реализуем при переменной частоте и действующем значении напряжения), широтно-импульсным или другими известными методами. Режим максимального кпд электрических машин требует примерного равенства постоянных и переменных потерь. Поэтому в зоне высоких рабочих скоростей вращения ветроколеса, когда его мощность, пропорциональная третьей степени скорости, близка к номинальной, работа с номинальным магнитным потоком будет более экономичной. Вместе с тем, все остальные недостатки, изложенные выше применительно к способу, при котором ток заряда регулируется за счет изменения магнитного потока, сохраняются в полной мере и при данном способе.There is a method of converting wind energy into battery charge energy [4], which differs from the previous one in that the generator excitation current is kept constant - nominal - in the entire range of changes in the rotational speed of the wind wheel and generator, and the battery charge current is regulated by regulating the output voltage of the rectifier by phase method (this method is difficult to implement at a variable frequency and the current voltage value), pulse-width or other known methods. The maximum efficiency mode of electric machines requires an approximate equality of constant and variable losses. Therefore, in the zone of high operating speeds of rotation of the wind wheel, when its power, proportional to the third degree of speed, is close to the nominal, working with the nominal magnetic flux will be more economical. At the same time, all the other disadvantages described above in relation to the method in which the charge current is controlled by changing the magnetic flux are fully preserved with this method.
Данный способ принят нами за прототип.This method is accepted by us as a prototype.
Предлагаемый способ так же, как и способ, реализованный в прототипе, содержит две ступени преобразования энергии. На первой механическую энергию ветроколеса, частота вращения которого изменяется в широких пределах, преобразуют в электрическую энергию переменного тока с помощью синхронного генератора, частота и действующее значение напряжения которого также изменяются в широких пределах; на второй - электрическую энергию переменного тока преобразуют в энергию постоянного тока заряда аккумуляторной батареи. Вместе с тем, предлагаемое изобретение лишено указанных выше недостатков прототипа. Это достигается следующим образом:The proposed method, as well as the method implemented in the prototype, contains two stages of energy conversion. On the first, the mechanical energy of a wind wheel, the frequency of rotation of which varies widely, is converted into electrical energy of alternating current using a synchronous generator, the frequency and effective voltage of which also vary widely; on the second, AC electric energy is converted into direct current energy of the battery charge. However, the present invention is devoid of the above disadvantages of the prototype. This is achieved as follows:
а) ЭДС аккумулятора выбирается меньшей, чем выпрямленная ЭДС неуправляемого выпрямителя, соответствующая максимальному току возбуждения и максимальной скорости генератора, на величину падения напряжения в силовых элементах системы в режиме максимальной ее отдачи (в активных сопротивлениях обмоток статора генератора, коммутационной потери напряжения выпрямителя, вызванной перекрытием его анодных токов и во внутренних сопротивлениях аккумулятора);a) the EMF of the battery is selected less than the rectified EMF of an uncontrolled rectifier, corresponding to the maximum excitation current and maximum speed of the generator, by the voltage drop in the power elements of the system in the mode of maximum return (in the active resistances of the stator windings of the generator, switching voltage loss of the rectifier caused by the overlap its anode currents and in the internal resistances of the battery);
б) в систему вводят регулятор тока возбуждения генератора, получающий питание от независимого источника (аккумуляторной батареи) и импульсный регулятор постоянного тока, повышающий выходное напряжение выпрямителя до величины, обеспечивающей заряд аккумулятора во всем рабочем диапазоне скоростей ветроколеса;b) a generator excitation current regulator is introduced into the system, powered by an independent source (battery) and a pulsed DC regulator, which increases the output voltage of the rectifier to a value that ensures battery charge in the entire operating range of wind wheel speeds;
в) ток заряда аккумулятора, пропорциональный при данной его ЭДС вырабатываемой ветроколесом мощности, регулируют в функции скорости ветра по закону, обеспечивающему максимум отбираемой от ветроколеса мощности;c) the battery charge current, which is proportional to the given EMF of the power generated by the wind wheel, is regulated as a function of the wind speed according to the law, which ensures the maximum power taken from the wind wheel;
г) ток возбуждения, генератора регулируют в функции частоты напряжения на статоре, которая пропорциональна скорости вращения генератора, по закону, обеспечивающему максимум кпд системы;d) the excitation current of the generator is regulated as a function of the frequency of the voltage across the stator, which is proportional to the speed of rotation of the generator, according to the law, which ensures the maximum efficiency of the system;
д) при скоростях вращения ветроколеса и генератора, близких к максимальным рабочим, когда повышающий регулятор тока заряда оказывается выведенным из работы, ток возбуждения генератора поддерживают на постоянном, близком к его номинальному значению уровне, и контролируют ток заряда аккумулятора. При его повышении до максимально допустимого уровня, фиксируемого максимальной токовой защитой, накладывают механический тормоз, и установку выводят из работы.d) at rotational speeds of the wind wheel and the generator close to the maximum working ones, when the increasing regulator of the charge current is put out of operation, the excitation current of the generator is maintained at a constant level close to its nominal value, and the battery charge current is monitored. When it is increased to the maximum permissible level, fixed by the maximum current protection, a mechanical brake is applied, and the installation is taken out of operation.
Технический результат предлагаемого изобретения состоит в минимизации установленной мощности силового электрооборудования, повышении кпд и надежности системы.The technical result of the invention consists in minimizing the installed capacity of power electrical equipment, increasing the efficiency and reliability of the system.
Технический эффект в системе, реализованной по предлагаемому способу, обеспечивается:The technical effect in the system implemented by the proposed method is provided:
а) равенством максимальной скорости генератора номинальному ее значению и возможностью полного использования генератора по потоку во всех режимах при ограничении максимального напряжения уровнем, не превышающим допустимых нормами ПУЭ пределов для данного типа генератора, а также равенством максимальной мощности продолжительного режима генератора ее номинальному значению. Таким образом, обеспечивается минимум установленной мощности генератора, а также параметров и габаритов выпрямителя;a) equality of the maximum generator speed to its nominal value and the possibility of full use of the generator in the flow in all modes, while limiting the maximum voltage to a level not exceeding the limits allowed for the type of generator by the PUE standards, as well as the equality of the maximum power of the continuous generator mode to its nominal value. Thus, a minimum of installed generator power is provided, as well as the parameters and dimensions of the rectifier;
б) отбором максимума энергии, которую способно выработать ветроколесо при данной скорости ветра. При изменении скорости ветра отбираемая от ветроколеса мощность изменяется, оставаясь на максимально возможном уровне;b) selection of the maximum energy that a wind wheel can generate at a given wind speed. When the wind speed changes, the power taken from the wind wheel changes, remaining at the highest possible level;
в) оптимизацией по критерию максимума кпд режима работы системы;c) optimization according to the criterion of maximum efficiency of the system operation mode;
г) выводом из режима регулирования как системы регулирования возбуждения, так и системы регулирования тока заряда аккумулятора при максимальной скорости ветра. Таким образом, повышается надежность системы в целом, а также упрощается контроль состояния системы в предугонном режиме максимальной отдачи и возможность применения простой и надежной ее защиты - токовой.d) withdrawal from the control mode of both the excitation control system and the battery charge current control system at maximum wind speed. Thus, the reliability of the system as a whole is increased, and the monitoring of the state of the system in the pre-alarm mode of maximum return and the possibility of using its simple and reliable protection, current, is simplified.
Проведенный заявителем анализ уровня техники, включающий поиск по патентным научно-техническим источникам информации и выявление источников, содержащих сведения об аналогах заявленного изобретения, позволил установить, что заявителем не обнаружен аналог, характеризующийся признаками, идентичными всем признакам заявленного изобретения, а определение из перечня выявленных аналогов прототипа как наиболее близкого по совокупности признаков аналога позволила выявить совокупность существенных по отношению к усматриваемому заявителем техническому результату отличительных признаков в заявленном объекте, изложенных в формуле изобретения.The analysis of the prior art by the applicant, including a search by patent scientific and technical sources of information and identification of sources containing information about analogues of the claimed invention, allowed to establish that the applicant did not find an analogue characterized by features identical to all the features of the claimed invention, and a definition from the list of identified analogues the prototype as the closest in the totality of the features of the analogue revealed a set of essential in relation to what is seen by the applicant the technical result of the distinguishing features in the claimed object set forth in the claims.
Следовательно, заявленное изобретение соответствует требованию “новизны” по действующему законодательству.Therefore, the claimed invention meets the requirement of “novelty” under applicable law.
Для проверки соответствия заявленного изобретения требованию изобретательского уровня заявитель провел дополнительный поиск известных решений с целью выявления признаков, совпадающих с отличительными от прототипа признаками заявленного изобретения, результаты которого показывают, что заявленное изобретение не следует для специалиста явным образом из известного уровня техники.To verify the conformity of the claimed invention to the requirements of the inventive step, the applicant conducted an additional search for known solutions in order to identify features that match the distinctive features of the claimed invention, the results of which show that the claimed invention does not explicitly follow the prior art.
Следовательно, заявленное изобретение соответствует требованию “изобретательский уровень”.Therefore, the claimed invention meets the requirement of "inventive step".
Заявленный способ может быть реализован в системе, схема которой представлена на чертеже. Здесь обозначено: 1 - ветроколесо, 2 - мультипликатор (повышающий редуктор), 3 - синхронный трехфазный генератор, 4 - неуправляемый трехфазный мостовой выпрямитель, 5 - дроссель, 6 - импульсный короткозамыкатель, 7 - диод, 8 - аккумуляторная батарея, 9 - нагрузка (электроприемники постоянного тока и автономный инвертор напряжения с электроприемниками переменного тока), 10 - регулятор тока возбуждения генератора, 11 - преобразователь частоты напряжения генератора в аналоговый сигнал, 12 - функциональный преобразователь, 13 - CAP тока возбуждения генератора, 14 – датчик скорости ветра, 15 - функциональный преобразователь, формирующий задание на скорость вращения генератора, 16 - CAP тока заряда аккумулятора, 17 - датчик тока возбуждения генератора.The claimed method can be implemented in a system, a diagram of which is shown in the drawing. It is indicated here: 1 - a wind wheel, 2 - a multiplier (step-up gear), 3 - a synchronous three-phase generator, 4 - an uncontrolled three-phase bridge rectifier, 5 - a choke, 6 - a pulse short-circuit, 7 - a diode, 8 - a battery, 9 - load ( DC electric receivers and an autonomous voltage inverter with AC electric receivers), 10 - generator excitation current regulator, 11 - generator voltage frequency to analog signal converter, 12 - functional converter, 13 - generator excitation current CAP, 14 - wind speed sensor, 15 - functional converter that generates a task for the generator rotation speed, 16 - CAP of the battery charge current, 17 - generator excitation current sensor.
Система работает следующим образом. Механическая мощность, вырабатываемая ветроколесом 1, через мультипликатор 2 передается на вал синхронного генератора 3; статорные обмотки генератора подсоединяются к зажимам переменного тока неуправляемого выпрямителя 4. Цепь постоянного тока выпрямителя содержит элементы повышающего импульсного регулятора постоянного тока: между положительными полюсами выпрямительного моста 4 и аккумулятора 8 включены последовательно дроссель 5 и диод 7, причем катод диода 7 соединен с положительным полюсом аккумулятора 8, а между анодом диода и объединенными отрицательными полюсами выпрямительного моста и аккумулятора включен полупроводниковый ключевой элемент 6. От аккумулятора получает питание нагрузка 9 - потребители энергии постоянного тока и преобразователь энергии постоянного тока в энергию трехфазного переменного тока - автономный инвертор напряжения с нагрузкой переменного тока. Обмотка возбуждения синхронного генератора 3 получает питание от аккумулятора 8 через регулятор тока возбуждения 10.The system operates as follows. The mechanical power generated by the wind wheel 1, through the multiplier 2 is transmitted to the shaft of the synchronous generator 3; the stator windings of the generator are connected to the AC terminals of an uncontrolled rectifier 4. The DC circuit of the rectifier contains elements of a step-up DC regulator: between the positive poles of the rectifier bridge 4 and the battery 8, the inductor 5 and diode 7 are connected in series, and the cathode of the diode 7 is connected to the positive pole of the battery 8, and between the anode of the diode and the combined negative poles of the rectifier bridge and the battery, a semiconductor key element 6 is connected. From the battery receives power load 9 - consumers of direct current energy and a converter of direct current energy into three-phase alternating current energy - an autonomous voltage inverter with an alternating current load. The field winding of the synchronous generator 3 receives power from the battery 8 through the excitation current regulator 10.
Для реализации положительных свойств заявленного в п.1 способа регулирование тока заряда аккумуляторной батареи осуществляется во всем рабочем диапазоне скоростей ветра и ветроколеса с помощью повышающего импульсного регулятора (элементы 5, 6, 7): при замыкании ключа 6 дроссель 5 накапливает энергию за счет увеличения тока, потребляемого схемой от генератора через выпрямитель; при размыкании ключа 6 энергия, запасенная дросселем 5, отдается в аккумулятор 8. Изменяя относительную длительность замыкания ключа 6, регулируют ток заряда АБ. Диод 7 исключает разряд аккумулятора через замкнутый ключ 6. Необходимо отметить, что среднее значение тока ключевого элемента 6 при правильно выбранных параметрах системы не превышает 10-15% от тока выпрямительного моста 4 в режиме номинальной мощности генератора: относительная длительность замкнутого состояния ключа, близкая к единице при малой скорости и мощности, вырабатываемой ветроколесом, снижается до малых значений при повышении скорости ветроколеса, а при номинальном значении скорости ключевой элемент полностью выводится из работы. Таким образом, параметры, габариты и стоимость ключевого элемента в системе невелики.To implement the positive properties of the method claimed in paragraph 1, the charge current of the battery is regulated in the entire operating range of wind and wind wheel speeds using a step-up pulse regulator (elements 5, 6, 7): when the key 6 is closed, the inductor 5 accumulates energy by increasing the current consumed by the circuit from the generator through the rectifier; when the key 6 is opened, the energy stored by the inductor 5 is transferred to the battery 8. By changing the relative duration of the circuit of the key 6, the charge current of the battery is regulated. Diode 7 eliminates the discharge of the battery through the closed key 6. It should be noted that the average current value of the key element 6 with correctly selected system parameters does not exceed 10-15% of the current of the rectifier bridge 4 in the mode of the rated power of the generator: the relative duration of the closed state of the key is close to unit at low speed and power generated by the wind wheel, decreases to small values with increasing speed of the wind wheel, and at the nominal value of speed the key element is completely taken out of operation you. Thus, the parameters, dimensions and cost of the key element in the system are small.
Для съема возможного максимума энергии, вырабатываемой ветроколесом, скорость вращения генератора ставится в зависимость от скорости ветра. Скорость ветра замеряется датчиком (анемометром) 14, а функциональный преобразователь 15 вырабатывает сигнал задания на частоту напряжения синхронного генератора - этот сигнал пропорционален скорости его вращения.To remove the possible maximum energy generated by the wind wheel, the rotation speed of the generator is made dependent on the wind speed. The wind speed is measured by a sensor (anemometer) 14, and the functional transducer 15 generates a reference signal for the voltage frequency of the synchronous generator - this signal is proportional to its rotation speed.
Сигнал управления ключевым элементом 6 снимается с выхода системы автоматического регулирования 16 тока заряда аккумулятора. Этот сигнал вырабатывается на основе сравнения сигнала задания на частоту напряжения статора синхронного генератора, пропорциональную скорости его вращения, с сигналом текущего значения этой частоты, причем сигнал задания снимается с выхода функционального преобразователя 15, вход которого соединен с выходом датчика скорости ветра 14 и который реализует оптимальное соотношение скоростей ветра и ветроколеса. Оптимальным соотношением указанных скоростей является такое, при котором мощность, вырабатываемая ветроколесом, остается максимальной во всех рабочих режимах установки. При этом сигнал текущего значения частоты напряжения генератора снимается с датчика частоты 11 - преобразователя частоты напряжения синхронного генератора в аналоговый сигнал.The control signal of the key element 6 is removed from the output of the automatic control system 16 of the battery charge current. This signal is generated by comparing the reference signal to the frequency of the stator voltage of the synchronous generator, proportional to its rotation speed, with the signal of the current value of this frequency, and the reference signal is taken from the output of the functional converter 15, the input of which is connected to the output of the wind speed sensor 14 and which implements the optimal ratio of wind speeds and wind wheels. The optimal ratio of these speeds is such that the power generated by the wind wheel remains maximum in all operating modes of the installation. In this case, the signal of the current value of the frequency frequency of the generator is removed from the frequency sensor 11 - the frequency converter of the voltage of the synchronous generator into an analog signal.
Ток заряда в системе устанавливается в соответствии с оптимальным соотношением скоростей ветра и генератора, и при правильной настройке системы может быть получено максимально возможное значение тока заряда во всех рабочих режимах: каждой скорости ветра соответствует определенная скорость ветроколеса, при которой мощность, им вырабатываемая, максимальна. Это соответствие реализуется функциональным преобразователем 15.The charge current in the system is set in accordance with the optimal ratio of wind speeds and generator, and with the correct system setup, the maximum possible value of the charge current in all operating modes can be obtained: each wind speed corresponds to a specific wind wheel speed at which the power generated by it is maximum. This compliance is implemented by the functional Converter 15.
Такая схема надежно работает в широком диапазоне напряжений и токов в системе и при разных уровнях Ed и ЕАБ, если сохраняется соотношение Еd<ЕАБ. Тем самым обеспечивается возможность регулирования тока возбуждения генератора не на поддержание соотношения Ed>ЕАБ и обеспечение тем самым заданного тока заряда аккумулятора, как это имеет место в аналоге [3], а, например, по критерию максимума кпд системы “генератор - выпрямитель - импульсный повышающий регулятор”.Such a circuit works reliably in a wide range of voltages and currents in the system and at different levels of E d and E AB , if the ratio E d <E AB is maintained. This makes it possible to control the excitation current of the generator not to maintain the ratio E d > E AB and thereby ensure a given battery charge current, as is the case in the analogue [3], but, for example, by the criterion of maximum efficiency of the system “generator - rectifier - pulse boost controller. ”
Ток возбуждения генератора регулируется регулятором 10. Сигнал управления этим регулятором снимается с выхода системы автоматического регулирования 13 тока возбуждения. Указанный сигнал вырабатывается на основе сравнения сигнала задания на ток возбуждения и сигнала действительного его значения. Сигнал задания на ток возбуждения снимается с выхода функционального преобразователя 12, на вход которого подается выходной сигнал преобразователя 11 частоты напряжения синхронного генератора в аналоговый сигнал. Сигнал действительного значения тока возбуждения снимается с выхода датчика тока возбуждения 17. Сигнал задания на ток возбуждения является функцией мощности, передаваемой через генератор, которая, в свою очередь, определяется частотой напряжения на статоре и пропорциональной ей скоростью генератора. Сигнал частоты напряжения статора выбран в качестве входного для функционального преобразователя 12. Основой для расчета характеристики “вход-выход” функционального преобразователя 12 являются предварительно рассчитанные или экспериментально полученные зависимости кпд системы от мощности, подводимой к генератору с вала ветроколеса, и соответствующей ей скорости в функции тока возбуждения. Максимальные значения этой функции и определяют выходной сигнал функционального преобразователя.The excitation current of the generator is regulated by the regulator 10. The control signal of this regulator is removed from the output of the automatic regulation system 13 of the excitation current. The specified signal is generated based on a comparison of the reference signal for the excitation current and the signal of its actual value. The reference signal for the excitation current is removed from the output of the functional converter 12, to the input of which the output signal of the voltage converter 11 of the synchronous generator into an analog signal is supplied. The signal of the actual value of the excitation current is taken from the output of the excitation current sensor 17. The reference signal for the excitation current is a function of the power transmitted through the generator, which, in turn, is determined by the frequency of the voltage on the stator and the generator speed proportional to it. The frequency signal of the stator voltage is selected as input for the functional converter 12. The basis for calculating the input-output characteristics of the functional converter 12 are the previously calculated or experimentally obtained dependences of the system efficiency on the power supplied to the generator from the wind wheel shaft and the corresponding speed in function field current. The maximum values of this function determine the output signal of the functional converter.
Источники, принятые во вниманиеSources taken into account
1. Шефтер Я.И. Использование энергии ветра. - М.: Энергоатомиздат, 1983, с.96, рис.46.1. Shefter Ya.I. Using wind power. - M .: Energoatomizdat, 1983, p. 96, Fig. 46.
2. Галкин М.П., Горин А.Н. Выбор функциональных схем автономных ВЭУ малой мощности. // Энергетическое строительство. 1995, №3, с.43.2. Galkin M.P., Gorin A.N. The choice of functional schemes of autonomous wind turbines of low power. // Energy construction. 1995, No. 3, p. 43.
3. Фесенко М.Н. и др. Теория, конструкция и расчет автотранспортного электрооборудования. - М.: Машиностроение. 1992, с.153-156; 178-188, рис.94-96; 102-104.3. Fesenko M.N. and others. Theory, design and calculation of automotive electrical equipment. - M.: Mechanical Engineering. 1992, p. 153-156; 178-188, fig. 94-96; 102-104.
4. Мишин В.Ф. Комплексная система электроснабжения автономных потребителей с максимальным использованием энергии ветра. // Энергетическое строительство. 1991, №3.4. Mishin V.F. An integrated power supply system for autonomous consumers with maximum use of wind energy. // Energy construction. 1991, No. 3.
Claims (2)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2002120856/06A RU2239722C2 (en) | 2002-07-30 | 2002-07-30 | Method of and system for converting mechanical energy of windwheel into electric energy of storage battery |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2002120856/06A RU2239722C2 (en) | 2002-07-30 | 2002-07-30 | Method of and system for converting mechanical energy of windwheel into electric energy of storage battery |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2002120856A RU2002120856A (en) | 2004-01-27 |
| RU2239722C2 true RU2239722C2 (en) | 2004-11-10 |
Family
ID=34309926
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2002120856/06A RU2239722C2 (en) | 2002-07-30 | 2002-07-30 | Method of and system for converting mechanical energy of windwheel into electric energy of storage battery |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2239722C2 (en) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU183589U1 (en) * | 2018-05-24 | 2018-09-26 | Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Балтийский федеральный университет имени Иммануила Канта" (БФУ им. И. Канта) | Wind generator |
| RU2750080C1 (en) * | 2020-10-30 | 2021-06-22 | Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Балтийский федеральный университет имени Иммануила Канта" (БФУ им. И. Канта) | Wind generator control system |
-
2002
- 2002-07-30 RU RU2002120856/06A patent/RU2239722C2/en not_active IP Right Cessation
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| МИШИН В.Ф. Комплексная система энергоснабжения автономных потребителей с максимальным использованием энергии ветра. Энергетическое строительство. 1991, №3, с.62-64. * |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU183589U1 (en) * | 2018-05-24 | 2018-09-26 | Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Балтийский федеральный университет имени Иммануила Канта" (БФУ им. И. Канта) | Wind generator |
| RU2750080C1 (en) * | 2020-10-30 | 2021-06-22 | Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Балтийский федеральный университет имени Иммануила Канта" (БФУ им. И. Канта) | Wind generator control system |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| RU2002120856A (en) | 2004-01-27 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US5177677A (en) | Power conversion system | |
| US7405490B2 (en) | Wind turbine for producing electrical power and a method of operating the same | |
| KR100603245B1 (en) | Hybrid generator apparatus | |
| US6703718B2 (en) | Wind turbine controller | |
| US6954004B2 (en) | Doubly fed induction machine | |
| US6984897B2 (en) | Electro-mechanical energy conversion system having a permanent magnet machine with stator, resonant transfer link and energy converter controls | |
| JP3540152B2 (en) | Engine driven generator | |
| EP0539982A2 (en) | Power supply apparatus for a vehicle | |
| US6924991B2 (en) | Energy transfer multiplexer | |
| US6222349B1 (en) | Temperature feedback control of alternator output power | |
| JPH11187662A (en) | Dc-to-dc converter | |
| JP2005269843A (en) | Parallel operation device | |
| JP2008274882A (en) | Hybrid wind power generation system | |
| WO2017111645A1 (en) | Method of adjusting wind turbine power take-off | |
| RU2239722C2 (en) | Method of and system for converting mechanical energy of windwheel into electric energy of storage battery | |
| JP6559563B2 (en) | Output control device for wind power generation | |
| JP2001103796A (en) | Power-generation control device | |
| JP2010104123A (en) | Vehicular power supply unit | |
| JP7229127B2 (en) | wind turbine | |
| KR100847654B1 (en) | Engine-generator provided with super capacitor | |
| JP6511562B1 (en) | Electromagnetic generator device and control method of electromagnetic generator device | |
| RU2304836C1 (en) | No-break power supply designed for loads of power system built around unstable energy sources | |
| CN219592293U (en) | Voltage regulating system of three-stage electric excitation synchronous generator | |
| RU2314636C1 (en) | Asynchronous rectifier cascade | |
| US20050057948A1 (en) | Auxiliary power generation in a motor transformer |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20060731 |