RU2423776C2 - Method of wind-driven plant connection to another ac source - Google Patents

Method of wind-driven plant connection to another ac source Download PDF

Info

Publication number
RU2423776C2
RU2423776C2 RU2009134230/09A RU2009134230A RU2423776C2 RU 2423776 C2 RU2423776 C2 RU 2423776C2 RU 2009134230/09 A RU2009134230/09 A RU 2009134230/09A RU 2009134230 A RU2009134230 A RU 2009134230A RU 2423776 C2 RU2423776 C2 RU 2423776C2
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
generator
wind
voltage
reactor
another source
Prior art date
Application number
RU2009134230/09A
Other languages
Russian (ru)
Other versions
RU2009134230A (en
Inventor
Валентин Александрович Гусаров (RU)
Валентин Александрович Гусаров
Петр Антонович Кунцевич (RU)
Петр Антонович Кунцевич
Original Assignee
Российская академия сельскохозяйственных наук Государственное научное учреждение Всероссийский научно-исследовательский институт электрификации сельского хозяйства Российской академии сельскохозяйственных наук (ГНУ ВИЭСХ Россельхозакадемии)
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Российская академия сельскохозяйственных наук Государственное научное учреждение Всероссийский научно-исследовательский институт электрификации сельского хозяйства Российской академии сельскохозяйственных наук (ГНУ ВИЭСХ Россельхозакадемии) filed Critical Российская академия сельскохозяйственных наук Государственное научное учреждение Всероссийский научно-исследовательский институт электрификации сельского хозяйства Российской академии сельскохозяйственных наук (ГНУ ВИЭСХ Россельхозакадемии)
Priority to RU2009134230/09A priority Critical patent/RU2423776C2/en
Publication of RU2009134230A publication Critical patent/RU2009134230A/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2423776C2 publication Critical patent/RU2423776C2/en

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

Abstract

FIELD: power engineering.
SUBSTANCE: in method of a wind-driven plant (WDP) connection with another source of AC energy, a reactor is included into a split of the "generator-synchronisation device" line. A capacitance load is connected to the reactor's output. Reactor parameters and parameters of the capacitance load are previously optimised.
EFFECT: improved efficiency of a wind-driven plant and protection of its generator against overload with reactive current.
4 dwg

Description

Изобретение относится к ветроэнергетике и может быть использовано в автономных источниках электропитания на базе тепловых двигателей или в промышленной энергетике.The invention relates to wind energy and can be used in stand-alone power sources based on heat engines or in industrial energy.

Известен способ связи ветроэнергетической установки (ВЭУ), согласно которому фазные обмотки генератора ВЭУ соединяют с входом устройства синхронизации, выход которого электрически связывают с сетью другого источника. При этом до момента синхронизации напряжение и частоту генератора ВЭУ выравнивают с напряжением сети другого источника, а синхронизацию осуществляют в момент совпадения фаз напряжений генератора ВЭУ с соответствующими напряжениями другого источника. (Ветроэнергетическая установка Bonus-30/150 kW. Инструкция по монтажу и наладке).A known method of communication of a wind power installation (WEC), according to which the phase windings of a wind turbine generator are connected to the input of a synchronization device, the output of which is electrically connected to a network of another source. In this case, until the moment of synchronization, the voltage and frequency of the wind turbine generator are aligned with the voltage of the network of another source, and synchronization is carried out at the moment of coincidence of the phases of the voltage of the wind turbine generator with the corresponding voltages of another source. (Wind power installation Bonus-30/150 kW. Installation and commissioning instructions).

Недостаток известного способа заключаются в следующем.The disadvantage of this method are as follows.

ВЭУ большинство времени работает при нагрузке значительно меньше номинального значения. Это обуславливает необходимость снижения потерь генератора ВЭУ при его работе, близкого к режиму холостого хода. При известном способе связи значительная доля энергии ветродвигателя теряется на возбуждение генератора для обеспечения требуемой электродвижущей силы (ЭДС) в соответствии с напряжением другого источника, и эти потери вызывают торможение ветродвигателя.Wind turbines most of the time running at a load much less than the nominal value. This makes it necessary to reduce losses of the wind turbine generator during its operation, which is close to the idle mode. With the known communication method, a significant proportion of the energy of the wind turbine is lost to excite the generator to provide the required electromotive force (EMF) in accordance with the voltage of another source, and these losses cause braking of the wind turbine.

При использовании в ВЭУ асинхронного генератора на основе серийной асинхронной машины с короткозамкнутым ротором (что предпочтительно) возбуждение такого генератора возможно только со стороны статора. ЭДС асинхронной машины при работе в генераторном режиме при этом увеличивается по сравнению с расчетным значением ЭДС для двигательного режима при одном и том же напряжении на фазах на величину:When using an asynchronous generator in a wind turbine based on a serial squirrel-cage asynchronous machine (which is preferable), such a generator can be excited only from the stator side. The EMF of an asynchronous machine when operating in the generator mode increases in this case compared to the calculated value of the EMF for the motor mode at the same voltage in the phases by the amount:

Figure 00000001
Figure 00000001

где

Figure 00000002
и
Figure 00000003
- комплексные ЭДС в генераторном и двигательном режимах соответственно;Where
Figure 00000002
and
Figure 00000003
- complex EMF in generator and motor modes, respectively;

Figure 00000004
- комплексное значение фазного тока;
Figure 00000004
- the complex value of the phase current;

r1 и x1 - активное и индуктивное сопротивления фазных обмоток генератора соответственно.r 1 and x 1 are the active and inductive resistances of the phase windings of the generator, respectively.

Вследствие нелинейности характеристики намагничивания магнитной системы машины при известном способе связи ВЭУ с другим источником такой генератор работает с насыщением его магнитной системы, что приводит к значительным потерям мощности ветродвигателя и может приводить к перегреву обмотки генератора реактивным током.Due to the non-linearity of the magnetization characteristics of the machine’s magnetic system with the known method of connecting a wind turbine with another source, such a generator operates with saturation of its magnetic system, which leads to significant wind power losses and can lead to overheating of the generator winding by reactive current.

Задачей изобретения является повышение эффективности ВЭУ и защита генератора ВЭУ от перегрузки реактивным током.The objective of the invention is to increase the efficiency of wind turbines and to protect the generator of wind turbines from overload by reactive current.

В результате использования предлагаемого технического решения повышается эффективность использования ветроэнергетической установки и устраняется перегрузка генератора.As a result of using the proposed technical solution, the efficiency of using a wind power installation is increased and generator overload is eliminated.

Вышеуказанный технический результат достигается тем, что в предлагаемом способе связи ветроэнергетической установки с другим источником переменного тока, согласно которому фазы генератора ветроэнергетической установки соединяют с входом устройства синхронизации, выход которого связывают с электрической сетью другого источника, причем до момента синхронизации напряжение и частоту на входе устройства синхронизации выравнивают с напряжением и частотой сети другого источника, а синхронизацию осуществляют в момент совпадения фаз напряжений генератора ветроэнергетической установки с соответствующими напряжениями другого источника, в рассечку линии «генератор ВЭУ-устройство синхронизации» включают реактор, к выходу которого подключают емкостную нагрузку, причем параметры реактора и емкостной нагрузки предварительно оптимизируют по минимуму тока генератора ВЭУ для режима работы с наибольшей вероятностью.The above technical result is achieved by the fact that in the proposed method of communication of a wind power installation with another AC source, according to which the phases of the generator of the wind power installation are connected to the input of the synchronization device, the output of which is connected to the electric network of another source, and until the synchronization, the voltage and frequency at the input of the device synchronization is aligned with the voltage and frequency of the network of another source, and synchronization is carried out at the moment of phase coincidence yazheny generator wind power installation with respective voltages different source, in crosscuts line "generator wind turbine device sync" comprise a reactor to the outlet of which is connected the capacitive load, wherein the reactor parameters and the capacitive load previously optimized for the wind turbine generator current minimum for operation with the highest probability.

В предложенном способе снижается ЭДС и фазное напряжение генератора при обеспечении уровня напряжения на выходе устройства синхронизации, соответствующего напряжению другого источника. Тем самым уменьшается фазный ток генератора ВЭУ и, следовательно, уменьшаются потери мощности ветродвигателя.In the proposed method, the EMF and the phase voltage of the generator are reduced while providing a voltage level at the output of the synchronization device corresponding to the voltage of another source. This reduces the phase current of the wind turbine generator and, consequently, reduces the power loss of the wind turbine.

Осуществляют способ следующим образом. В известном способе связи ВЭУ с другим источником электроэнергии переменного тока в рассечку линии «генератор-устройство синхронизации» включают реактор, а к выходу реактора подключают емкостную нагрузку, причем параметры реактора и емкостной нагрузки предварительно оптимизируют.The method is carried out as follows. In the known method for connecting a wind turbine with another source of alternating current electricity, a reactor is connected to the line of the generator-synchronization device, and a capacitive load is connected to the output of the reactor, the parameters of the reactor and capacitive load being pre-optimized.

Реализация способа поясняется на фиг.1, где используются условные обозначения: 1 - ветроэнергетическая установка; 2 - генератор; 3 - реактор; 4 - емкостная нагрузка; 5 - устройство синхронизации ВЭУ с другим источником; 6 - сеть другого источника.The implementation of the method is illustrated in figure 1, where the symbols are used: 1 - wind power installation; 2 - generator; 3 - reactor; 4 - capacitive load; 5 - a device for synchronizing wind turbines with another source; 6 - a network of another source.

Пример реализации способа связи с другим источником - ветроэнергетическая установка с асинхронным генератором 2 - представлен на фиг.2, где в качестве емкостной нагрузки используются конденсаторы 4.An example of the implementation of the method of communication with another source - a wind turbine with an asynchronous generator 2 - is presented in figure 2, where capacitors 4 are used as capacitive loads.

Достигаемый технический результат поясняется векторной диаграммой (фиг.3), где приняты следующие обозначения: ЕГ - вектор ЭДС генератора ВЭУ 1; UГ и Uс - векторы напряжения генератора 1 и напряжения на входе устройства синхронизации 5 соответственно; Up - вектор напряжения на реакторе; Ic, ReIc и ImIс - вектор тока в линии «устройство синхронизации-сеть другого источника» и его вещественная и мнимая составляющие соответственно; Iо - вектор составляющей тока возбуждения, порождаемого конденсаторной батареей 4; Iф - вектор фазного тока генератора. Из фиг.3 следует, что к моменту синхронизации ВЭУ напряжение на выходе реактора 3 выравнивается с напряжением другого источника. При этом напряжение на входе реактора 3 оказывается меньше напряжения на его выходе, что подтверждается. Это приводит к уменьшению ЭДС, следовательно, фазного тока и электрических потерь генератора.Achievable technical result is illustrated by a vector diagram (figure 3), where the following notation: E G - EMF vector of a wind turbine generator 1; U G and U with - the vectors of the voltage of the generator 1 and the voltage at the input of the synchronization device 5, respectively; U p is the voltage vector at the reactor; I c , ReI c and ImI c are the current vector in the line “synchronization device-network of another source” and its real and imaginary components, respectively; I about - the vector of the component of the excitation current generated by the capacitor bank 4; I f - the vector of the phase current of the generator. From figure 3 it follows that by the time of synchronization of wind turbines, the voltage at the output of the reactor 3 is aligned with the voltage of another source. In this case, the voltage at the input of the reactor 3 is less than the voltage at its output, which is confirmed. This leads to a decrease in EMF, therefore, phase current and electric losses of the generator.

На фиг.4 представлены кривые зависимости ЭДС Е и фазного напряжения Uф от намагничивающего тока Im генератора, которые отражают достигаемый эффект от использования предложенного способа. Здесь переменные с индексом 1 относятся к режиму генератора в соответствии с прототипом, с индексом 2 - в соответствии с предложенным способом. Как следует из фиг.4, понижение фазного напряжения на 10% относительного номинального для источников позволяет понизить намагничивающий ток и, следовательно, собственные потери генератора почти в 2 раза.Figure 4 presents the curves of the EMF E and the phase voltage U f from the magnetizing current I m of the generator, which reflect the achieved effect of using the proposed method. Here, the variables with index 1 refer to the generator mode in accordance with the prototype, with index 2 - in accordance with the proposed method. As follows from figure 4, a decrease in phase voltage by 10% relative nominal for sources allows to reduce the magnetizing current and, therefore, the own losses of the generator by almost 2 times.

Claims (1)

Способ связи ветроэнергетической установки (ВЭУ) с другим источником переменного тока, согласно которому фазы генератора ветроэнергетической установки соединяют с входом устройства синхронизации, выход которого связывают с электрической сетью другого источника, причем до момента синхронизации напряжение и частоту на входе устройства синхронизации выравнивают с напряжением и частотой сети другого источника, а синхронизацию осуществляют в момент совпадения фаз напряжений генератора ветроэнергетической установки с соответствующими напряжениями другого источника, отличающийся тем, что в рассечку линии «генератор ВЭУ-устройство синхронизации» включают реактор, к выходу которого подключают емкостную нагрузку, причем параметры реактора и емкостной нагрузки предварительно оптимизируют по минимуму тока генератора ВЭУ для режима работы с наибольшей вероятностью. A method of connecting a wind power installation (WEC) with another AC source, according to which the phases of the generator of the wind power installation are connected to the input of the synchronization device, the output of which is connected to the electric network of another source, and until the synchronization, the voltage and frequency at the input of the synchronization device are aligned with voltage and frequency network of another source, and synchronization is carried out at the moment of coincidence of the voltage phases of the generator of the wind power installation with the corresponding voltages of another source, characterized in that in the dissection of the line "wind turbine generator-synchronization device" include a reactor, to the output of which a capacitive load is connected, and the parameters of the reactor and capacitive load are preliminarily optimized by the minimum current of the wind turbine generator for the operation mode with the highest probability.
RU2009134230/09A 2009-09-14 2009-09-14 Method of wind-driven plant connection to another ac source RU2423776C2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2009134230/09A RU2423776C2 (en) 2009-09-14 2009-09-14 Method of wind-driven plant connection to another ac source

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2009134230/09A RU2423776C2 (en) 2009-09-14 2009-09-14 Method of wind-driven plant connection to another ac source

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU2009134230A RU2009134230A (en) 2011-03-20
RU2423776C2 true RU2423776C2 (en) 2011-07-10

Family

ID=44053427

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2009134230/09A RU2423776C2 (en) 2009-09-14 2009-09-14 Method of wind-driven plant connection to another ac source

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2423776C2 (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2754455C1 (en) * 2020-12-18 2021-09-02 Евгений Николаевич Коптяев Method for controlling an electric power system with wind turbines

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2754455C1 (en) * 2020-12-18 2021-09-02 Евгений Николаевич Коптяев Method for controlling an electric power system with wind turbines

Also Published As

Publication number Publication date
RU2009134230A (en) 2011-03-20

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US8593030B2 (en) Rotating electric machine for generating a constant frequency AC Power Supply from a variable speed primemover
Karthigaivel et al. Analysis and control of self-excited induction generator-converter systems for battery charging applications
KR20220167319A (en) Mobile hybrid power system
RU2509002C2 (en) Electric transmission of ac traction vehicle power
Tutelea et al. Double stator winding induction generator for wind and hydro applications: 2D-FEM analysis and optimal design
Saeed et al. Partitioned stator doubly-fed brushless reluctance machine for wind generating systems
RU2423776C2 (en) Method of wind-driven plant connection to another ac source
RU2363090C1 (en) Electric generating plant
Rakesh et al. Major methods of steady-state analysis of three-phase SEIGs-A summary
Kumar et al. Analysis and control of wind-driven self-excited induction generators connected to the grid through power converters
Chakraborty et al. A new series of brushless and permanent magnetless synchronous machines
Budisan et al. The dual induction generator for renewable energy conversion systems. Experimental results, problems and solutions
Osheiba et al. Performance analysis of self-excited induction and reluctance generators
RU2306664C1 (en) Turbo-generator plant
Khlifi et al. Efficiency of a Six-Phase Induction Generator Employing a Static Excitation Controller to Generate AC Power for Wind Energy
JP2002084795A (en) Power generator
Cho et al. Self-excitation system using high-efficiency low-power PM generator
RU2304836C1 (en) No-break power supply designed for loads of power system built around unstable energy sources
Al-Khayat et al. Stand alone adjustable speed power generating set
Bhattacherjee et al. A Brushless Synchronous Generator for Standalone DC Applications
Parveen et al. Solar Water Pumping System with Captive Energy Storage Functionality
Goyal et al. A detailed investigation on performance analysis of self-excited induction generator
RU2010134200A (en) METHOD FOR INCREASING POWER COEFFICIENT OF ASYNCHRONOUS GENERATOR WITH SHORT-CLOSED ROTOR WHEN OPERATING PARALLEL WITH A NETWORK
RU2476981C1 (en) Ac driving motor with self-excitation circuit of anchor winding supply
RU2474951C1 (en) Asynchronous valve cascade

Legal Events

Date Code Title Description
FZ9A Application not withdrawn (correction of the notice of withdrawal)

Effective date: 20110224

MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20110915