RU2422674C1 - Independent wind-driven power station - Google Patents
Independent wind-driven power station Download PDFInfo
- Publication number
- RU2422674C1 RU2422674C1 RU2009148745/07A RU2009148745A RU2422674C1 RU 2422674 C1 RU2422674 C1 RU 2422674C1 RU 2009148745/07 A RU2009148745/07 A RU 2009148745/07A RU 2009148745 A RU2009148745 A RU 2009148745A RU 2422674 C1 RU2422674 C1 RU 2422674C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- wind power
- wind
- power plants
- alternating current
- generators
- 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
Предлагаемое техническое решение относится к области ветроэнергетики, конкретно - к автономным ветроэнергетическим станциям, содержащим несколько ветроэнергетических установок с генераторами переменного тока.The proposed technical solution relates to the field of wind energy, specifically to autonomous wind power stations containing several wind power plants with alternating current generators.
Известна автономная ветроэнергетическая станция, содержащая несколько ветроэнергетических установок с синхронными генераторами, работающими параллельно на общую нагрузку. Ветроэнергетическая станция сооружается так, чтобы расстояние между ветроэнергетическими установками составляло примерно 6-18 диаметров ВК. (Дьяков А.Ф., Перминов Э.М., Шакарян Ю.Г. Ветроэнергетика России. Состояние и перспективы развития. - М.: Издательство МЭИ, 1996, см. стр.90-91.) Это позволяет свести к минимуму взаимное влияние ветроэнергетических установок, устраняя снижение скорости ветра у стоящих во вторых эшелонах установок по направлению ветра. Но ветер имеет случайный характер. Поэтому скорости ветра перед ветроколесами всегда разнятся, а следовательно, разнятся и мощности ветроэнергетических установок. Например, при возрастании скорости ветра перед первой ветроэнергетической установкой ее мощность возрастет в кубической зависимости, а скорости перед последующими ветроэнергетическими установками имеют прежнее значение, пока фронт указанного возрастания скорости ветра не преодолеет указанное расстояние между ветроэнергетическими установками. В свою очередь это вызывает взаимное влияние ветроэнергетических установок и в электрической части в виде колебаний мощности на шинах ветроэнергетической станции. При порывах ветра эти колебания мощности особо очевидны и зачастую приводят к нарушению устойчивости синхронной работы станции, т.к. устойчивость между ее синхронными генераторами обеспечивается по взаимному углу.Known autonomous wind power station containing several wind power plants with synchronous generators operating in parallel to the total load. The wind power station is constructed so that the distance between the wind power plants is approximately 6-18 diameters of the VK. (Dyakov A.F., Perminov E.M., Shakaryan Yu.G. Wind Energy of Russia. Status and Development Prospects. - M.: MEI Publishing House, 1996, see pp. 90-91.) This allows minimizing the mutual the influence of wind power plants, eliminating the decrease in wind speed in the second-tier installations in the direction of the wind. But the wind is random. Therefore, the wind speeds in front of the wind wheels always vary, and therefore the power of the wind power plants also varies. For example, when the wind speed increases in front of the first wind power installation, its power will increase in a cubic dependence, and the speeds in front of subsequent wind power plants have the same value until the front of the indicated increase in wind speed overcomes the specified distance between the wind power plants. In turn, this causes the mutual influence of wind power plants in the electrical part in the form of power fluctuations on the tires of the wind power station. In case of wind gusts, these power fluctuations are especially obvious and often lead to a violation of the stability of the synchronous operation of the station, because stability between its synchronous generators is ensured by the mutual angle.
Известна ветроэнергетическая станция (прототип), содержащая несколько ветроэнергетических установок с синхронными генераторами переменного тока и электромеханический преобразователь из двух электрических машин. Статорная обмотка генератора переменного тока электромеханического преобразователя подключена к шинам переменного тока станции (Дьяков А.Ф., Перминов Э.М., Шакарян Ю.Г. Ветроэнергетика России. Состояние и перспективы развития. - М.: Издательство МЭИ, 1996, см. стр.81-84). При этом двигатель электромеханического преобразователя, выполненный как машина постоянного тока, подключен к шинам постоянного тока станции. К этим же шинам постоянного тока станции подключены каждый через свой полупроводниковый выпрямитель синхронные генераторы всех ветроэнергетических установок в параллель. Такая схема сохраняет взаимное влияние ветроэнергетических установок по шинам постоянного тока, но решает проблему устойчивости синхронной работы станции и снижает колебания мощности на шинах общей нагрузки станции за счет общей маховой массы роторов машин электромеханического преобразователя.Known wind power station (prototype), containing several wind power plants with synchronous alternators and an electromechanical converter of two electrical machines. The stator winding of the alternating current generator of the electromechanical converter is connected to the station's alternating current buses (Dyakov A.F., Perminov E.M., Shakaryan Yu.G. Wind Energy of Russia. Status and Development Prospects. - M .: MEI Publishing House, 1996, see pg. 81-84). In this case, the engine of the electromechanical converter, made as a DC machine, is connected to the DC buses of the station. Synchronous generators of all wind power plants in parallel are connected to these same DC buses of the station each in their own way. Such a scheme preserves the mutual influence of wind power plants on DC buses, but solves the problem of stability of the synchronous operation of the station and reduces power fluctuations on the buses of the station’s total load due to the total rotor mass of the rotor machines of the electromechanical converter.
Данное устройство (прототип) обладает следующими недостатками. Во-первых, схема станции содержит машину постоянного тока. Однако известно (Электротехнический справочник. 4 изд., т.1, кн.1, М., 1971), что наличие коллектора и щеточного устройства усложняет ее конструкцию, обусловливает высокую стоимость и сравнительно низкую эксплуатационную надежность. Во-вторых, схема станции содержит полупроводниковые выпрямители по числу ветроэнергетических установок. Эти моменты в целом усложняют схему ветроэнергетической станции.This device (prototype) has the following disadvantages. Firstly, the station circuit contains a direct current machine. However, it is known (Electrotechnical Handbook. 4th ed., Vol. 1, book 1, M., 1971) that the presence of a collector and a brush device complicates its design, causes a high cost and relatively low operational reliability. Secondly, the station diagram contains semiconductor rectifiers according to the number of wind power plants. These points generally complicate the scheme of the wind power station.
Техническая задача, решаемая предлагаемым устройством, состоит в упрощении ветроэнергетической станции.The technical problem solved by the proposed device is to simplify the wind power station.
Поставленная задача решается тем, что в известной ветроэнергетической станции, содержащей несколько ветроэнергетических установок с генераторами переменного тока и электромеханический преобразователь из двух электрических машин, статорная обмотка генератора переменного тока которого подключена к шинам переменного тока станции, согласно изобретению двигатель электромеханического преобразователя выполнен как электрическая машина переменного тока с числом пар полюсов, равным числу ветроэнергетических установок станции, а статорные обмотки двигателя электромеханического преобразователя соединены со статорными обмотками генераторов ветроэнергетических установок, при этом обмотка одной пары полюсов статора двигателя соединена со статорной обмоткой генератора только одной из ветроэнергетических установок. Кроме того, двигатель электромеханического преобразователя может быть выполнен в виде синхронной машины переменного тока, при этом генераторы ветроэнергетических установок выполнены в виде асинхронных машин переменного тока. Кроме того, двигатель электромеханического преобразователя может быть выполнен в виде асинхронной машины переменного тока, при этом генераторы ветроэнергетических установок выполнены в виде синхронных машин переменного тока.The problem is solved in that in a known wind power station containing several wind power plants with alternating current generators and an electromechanical converter of two electric machines, the stator winding of the alternating current generator of which is connected to the station's alternating current buses, according to the invention, the electromechanical converter engine is designed as an alternating electric machine current with the number of pairs of poles equal to the number of wind power plants of the station, and stator e motor winding electromechanical transducer connected to the stator windings of the generators of wind turbines, wherein the winding of one pair of stator poles connected to the stator winding of the generator is only one of the wind turbines. In addition, the motor of an electromechanical converter can be made in the form of a synchronous AC machine, while the generators of wind power plants are made in the form of asynchronous AC machines. In addition, the motor of the electromechanical converter can be made in the form of an asynchronous AC machine, while the generators of wind power plants are made in the form of synchronous AC machines.
На чертеже представлен общий вид предлагаемой автономной ветроэнергетической станции с тремя ветроэнергетическими установками.The drawing shows a General view of the proposed autonomous wind power station with three wind power plants.
В автономной ветроэнергетической станции согласно чертежу в первой ветроэнергетической установке ветроколесо 1 через мультипликатор 2 соединено с генератором 3 переменного тока, а вторую и третью ветроэнергетические установки образуют соответствующие элементы 4, 5, 6 и 7, 8, 9. В электромеханическом преобразователе 10 ротор 11 двигателя 12 соединен с ротором 13 генератора 14 посредством вала 15. Обмотки 16, 17 и 18 являются обмотками соответственно первой, второй и третьей пары полюсов статора 19 двигателя 12 электромеханического преобразователя 10. Обмотка 16 через цепь 20 соединена со статорной обмоткой генератора 3 первой ветроэнергетической установки. Обмотка 17 через цепь 21 соединена со статорной обмоткой генератора 6 второй ветроэнергетической установки. Обмотка 18 через цепь 22 соединена со статорной обмоткой генератора 9 третьей ветроэнергетической установки. Обмотка статора 23 генератора 14 электромеханического преобразователя 10 через цепь 24 соединена с шинами переменного тока 25 локальной энергосистемы. При этом автономная ветроэнергетическая станция имеет два вида исполнения. Первый - двигатель 12 электромеханического преобразователя 10 выполнен в виде синхронной машины переменного тока, при этом генераторы 3, 6 и 9 ветроэнергетических установок выполнены в виде асинхронных машин переменного тока. Второй - двигатель 12 электромеханического преобразователя 10 выполнен в виде асинхронной машины переменного тока, при этом генераторы 3, 6 и 9 ветроэнергетических установок выполнены в виде синхронных машин переменного тока.In an autonomous wind power station according to the drawing, in the first wind power installation, the wind wheel 1 is connected to an alternator 3 through a multiplier 2, and the second and third wind power plants are formed by the corresponding elements 4, 5, 6 and 7, 8, 9. In the electromechanical converter 10, the engine rotor 11 12 is connected to the rotor 13 of the generator 14 by means of the shaft 15. The windings 16, 17 and 18 are the windings of the first, second and third pairs of poles of the stator 19 of the motor 12 of the electromechanical converter 10, respectively. failure 16 through a circuit 20 is connected to the stator winding of the generator 3 of the first wind power installation. The winding 17 through the circuit 21 is connected to the stator winding of the generator 6 of the second wind power installation. The winding 18 through the circuit 22 is connected to the stator winding of the generator 9 of the third wind power installation. The stator winding 23 of the generator 14 of the electromechanical converter 10 through a circuit 24 is connected to the alternating current buses 25 of the local power system. At the same time, an autonomous wind power station has two types of execution. The first is the motor 12 of the electromechanical converter 10 is made in the form of a synchronous AC machine, while the generators 3, 6 and 9 of the wind power plants are made in the form of asynchronous AC machines. The second is the motor 12 of the electromechanical converter 10 is made in the form of an asynchronous AC machine, while the generators 3, 6 and 9 of the wind power plants are made in the form of synchronous AC machines.
Обмотка каждой пары полюсов двигателя 12 электромеханического преобразователя 10 может быть выполнена, например, по схеме трехфазной концентрической обмотки для разъемного статора (Вольдек А.И. Электрические машины. 2 изд., переработанное и дополненное, издательство "Энергия", ленинградское отделение, 1974 г., см. стр.416-419).The winding of each pair of poles of the motor 12 of the electromechanical converter 10 can be performed, for example, according to the scheme of a three-phase concentric winding for a split stator (Voldek A.I. Electric machines. 2 ed., Revised and supplemented, Energia publishing house, Leningrad branch, 1974 ., see pages 416-419).
Автономная ветроэнергетическая станция при выполнении двигателя 12 электромеханического преобразователя 10 в виде синхронной машины переменного тока и генераторов 3, 6, 9 ветроэнергетических установок в виде асинхронных машин переменного тока, работает следующим образом. Как упоминалось, скорости ветра U1, U2, U3, указанные на чертеже, всегда разнятся, а следовательно, разнятся и мощности ветроэнергетических установок. При этом ветроколеса 1, 4 и 7 вращаются с различающимися скоростями. Поэтому роторы асинхронных генераторов 3, 6, 9 также вращаются с различающимися скоростями со скольженьями, не превышающими критические значения. Так как электрической связи между цепями обмоток 16, 17 и 18 пар полюсов статора 19 синхронного двигателя 12 и статорных обмоток асинхронных генераторов соответственно 3, 6 и 9 нет, то потоки активных мощностей последних направлены к двигателю 12 и суммируются им в механическую мощность на валу генератора 14 электромеханического преобразователя 10. При этом общая маховая масса роторов 11 и 13 машин 12 и 14 снижает колебания мощности на шинах 25 общей нагрузки станции. Потоки реактивных мощностей, необходимых для нормальной работы асинхронных генераторов 3, 6 и 9 ветроэнергетических установок, генерируются синхронным двигателем 12 и направлены от его обмоток 16, 17 и 18 к генераторам 3, 6 и 9, т.е. направлены против потоков активных мощностей.Autonomous wind power station when performing the engine 12 of the electromechanical converter 10 in the form of a synchronous AC machine and generators 3, 6, 9 of wind power plants in the form of asynchronous AC machines, works as follows. As mentioned, the wind speeds U 1 , U 2 , U 3 indicated in the drawing always vary, and therefore, the power of the wind power plants also varies. In this case, the wind wheels 1, 4 and 7 rotate at different speeds. Therefore, the rotors of asynchronous generators 3, 6, 9 also rotate at different speeds with slides that do not exceed critical values. Since there is no electrical connection between the winding circuits 16, 17 and 18 of the pole pairs of the stator 19 of the synchronous motor 12 and the stator windings of the asynchronous generators, respectively, 3, 6 and 9, the flows of active powers of the latter are directed to the motor 12 and are summed by it into mechanical power on the generator shaft 14 of the electromechanical converter 10. In this case, the total flywheel mass of the rotors 11 and 13 of the machines 12 and 14 reduces the power fluctuations on the tires 25 of the total load of the station. The reactive power flows necessary for the normal operation of asynchronous generators 3, 6 and 9 of wind power plants are generated by a synchronous motor 12 and directed from its windings 16, 17 and 18 to generators 3, 6 and 9, i.e. directed against active power flows.
Автономная ветроэнергетическая станция при выполнении двигателя 12 электромеханического преобразователя 10 в виде асинхронной машины переменного тока, а генераторов 3, 6, 9 ветроэнергетических установок в виде синхронных машин переменного тока работает по активной мощности так же, как и в предыдущем случае. Т.е. потоки активных мощностей направлены от генераторов 3, 6 и 9 к двигателю 12. Но так как каждая пара полюсов двигателя 12 работает в режиме отдельной асинхронной машины, то реактивные мощности, необходимые для их нормальной работы, генерируются синхронными генераторами 3, 6 и 9. При этом потоки реактивных мощностей направлены также от генераторов 3, 6 и 9 к двигателю 12. В этом и заключается режимное отличие от предыдущего случая.An autonomous wind power station, when the engine 12 of the electromechanical converter 10 is implemented in the form of an asynchronous AC machine, and the generators 3, 6, 9 of the wind power plants in the form of synchronous AC machines operates in active power in the same way as in the previous case. Those. flows of active powers are directed from generators 3, 6 and 9 to engine 12. But since each pair of poles of motor 12 operates in a separate asynchronous machine mode, the reactive powers necessary for their normal operation are generated by synchronous generators 3, 6 and 9. When This flow of reactive power is also directed from the generators 3, 6 and 9 to the engine 12. This is the mode difference from the previous case.
Поставленная задача решена предлагаемым устройством. Автономная ветроэнергетическая станция упрощена, так как в ней нет двигателя постоянного тока и полупроводниковых преобразователей. Кроме того, в ней могут использоваться ветроэнергетические установки как с синхронными генераторами, так и с асинхронными генераторами, что расширяет область ее применения. Предлагаемое устройство может быть применено и для работы параллельно с мощной энергосистемой подключением к ней шин переменного тока станции.The problem is solved by the proposed device. Autonomous wind power station is simplified, since it does not have a DC motor and semiconductor converters. In addition, it can use wind power plants with both synchronous generators and asynchronous generators, which expands the scope of its application. The proposed device can also be used to work in parallel with a powerful power system by connecting the station's AC buses to it.
Claims (3)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2009148745/07A RU2422674C1 (en) | 2009-12-29 | 2009-12-29 | Independent wind-driven power station |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2009148745/07A RU2422674C1 (en) | 2009-12-29 | 2009-12-29 | Independent wind-driven power station |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2422674C1 true RU2422674C1 (en) | 2011-06-27 |
Family
ID=44739263
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2009148745/07A RU2422674C1 (en) | 2009-12-29 | 2009-12-29 | Independent wind-driven power station |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2422674C1 (en) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2485346C1 (en) * | 2011-12-30 | 2013-06-20 | федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Национальный исследовательский университет "МЭИ" (ФГБОУ ВПО "НИУ МЭИ") | Autonomous wind-driven station |
-
2009
- 2009-12-29 RU RU2009148745/07A patent/RU2422674C1/en not_active IP Right Cessation
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2485346C1 (en) * | 2011-12-30 | 2013-06-20 | федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Национальный исследовательский университет "МЭИ" (ФГБОУ ВПО "НИУ МЭИ") | Autonomous wind-driven station |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US9577557B2 (en) | Turbine-generator system with DC output | |
Polinder et al. | Comparison of direct-drive and geared generator concepts for wind turbines | |
Potgieter et al. | Design optimization of directly grid-connected PM machines for wind energy applications | |
CN106936269B (en) | Multi-phase electric machine and method of use | |
CN104040171A (en) | Wind power generating system | |
Simonenko | The prognosticating aspects of the developed cosmic geophysics concerning the subsequent forthcoming intensifications of the global seismicity, volcanic and climatic activity of the Earth in the 21st century | |
Beik | An HVDC off-shore wind generation scheme with high voltage hybrid generator | |
CN201903629U (en) | Alternating current transformation-type excitation synchronous wind power generation experimental facility | |
RU2422674C1 (en) | Independent wind-driven power station | |
El-Hasan | Development of axial flux permanent magnet generator for direct driven micro wind turbine | |
Samoylenko et al. | Semiconductor power electronics for synchronous distributed generation | |
Gwóźdź et al. | Generator with modulated magnetic flux for wind turbines | |
Pantea et al. | Six-phase axial flux permanent magnet generator model: simulation and experimental validation | |
Potgieter et al. | Design specifications and optimisation of a directly grid-connected PM wind generator | |
Caruso et al. | Experimental characterization of a wind generator prototype for sustainable small wind farms | |
RU2485346C1 (en) | Autonomous wind-driven station | |
EP2562417A1 (en) | Three-phase electrical generator and system for turbines | |
Mirnikjoo et al. | Design of an outer rotor flux switching permanent magnet generator for wind turbine | |
Vîrlan et al. | Fractional Slot Permanent Magnet Synchronous Generator for Vertical Axis Wind Turbines | |
JP6509661B2 (en) | Wind power generator | |
ES2898204T3 (en) | Wind farm topology and procedure to operate it | |
JP2014045649A (en) | Electrical machine and method for operating electrical machine | |
CN203617722U (en) | Novel wind generating set | |
Rhinefrank et al. | IEEE standards for oscillating machines to advance direct-drive wave energy generators | |
Hamzeh et al. | Design and Construction of a Small Stand-Alone Wind Turbine Using Scrap Materials |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20151230 |