RU2468251C1 - Способ регулирования ветроэнергетической установки и устройство для его реализации - Google Patents

Способ регулирования ветроэнергетической установки и устройство для его реализации Download PDF

Info

Publication number
RU2468251C1
RU2468251C1 RU2011127923/06A RU2011127923A RU2468251C1 RU 2468251 C1 RU2468251 C1 RU 2468251C1 RU 2011127923/06 A RU2011127923/06 A RU 2011127923/06A RU 2011127923 A RU2011127923 A RU 2011127923A RU 2468251 C1 RU2468251 C1 RU 2468251C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
wind
wind wheel
input
speed
power
Prior art date
Application number
RU2011127923/06A
Other languages
English (en)
Inventor
Руслан Сергеевич Цгоев
Original Assignee
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Национальный исследовательский университет "МЭИ"
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 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Национальный исследовательский университет "МЭИ" filed Critical Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Национальный исследовательский университет "МЭИ"
Priority to RU2011127923/06A priority Critical patent/RU2468251C1/ru
Application granted granted Critical
Publication of RU2468251C1 publication Critical patent/RU2468251C1/ru

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

  • Control Of Eletrric Generators (AREA)
  • Wind Motors (AREA)

Abstract

Способ регулирования ветроэнергетической установкой и устройство для его реализации относятся к области ветроэнергетики. В способе, основанном на том, что формируют сигнал о скорости ветра на высоте оси вращения ветроколеса и по нему формируют сигнал задания скорости вращения вала ветроколеса при постоянной быстроходности, формируют семейство сигналов характеристик мощности ветроколеса в функции скорости ветра при различных постоянных скоростях вращения ветроколеса, формируют сигнал задания по мощности ветроколеса, в точках равенства сигнала задания с указанным семейством сигналов фиксируют значения скорости вращения ветроколеса и скорости ветра, по этим сигналам формируют сигнал задания регулирования скорости вращения ветроколеса в функции скорости ветра. В ветроэнергетической установке функциональный блок выполнен со вторым входом, она снабжена задатчиком мощности ветроколеса, выход которого через второй вход функционального блока соединен с первым входом блока коэффициента мощности и входом блока задания скорости ветра, выход которого соединен со вторым входом блока логики, выход блока коэффициента мощности через блок быстроходности ветроколеса соединен с первым входом второго блока задания скорости вращения ветроколеса и с первым входом первого ключевого элемента блока коммутаций, выход датчика скорости ветра через первый вход функционального блока соединен с входами первого блока задания скорости вращения ветроколеса, с первым входом блока логики, со вторым входом блока коэффициента мощности и вторым входом второго блока задания скорости вращения ветроколеса, выход первого блока

Description

Предлагаемый способ может быть использован в области ветроэнергетики, конкретно - при регулировании ветроэнергетической установки.
Известен способ регулирования момента и угла установки лопастей ветроэнергетической установки в зависимости от частоты вращения (Патент РФ №2351795, опубл. 10.04.2009). Способ осуществляется в соответствии с характеристической кривой крутящего момента, разбитой на участки в соответствии с пятью значениями скорости вращения ветроколеса, что позволяет обеспечить увеличение выхода мощности.
Недостатком этого способа является необходимость регулирования углов установки лопастей ветроколеса, для реализации чего требуется специальная система, наличие которой снижает надежность ветроэнергетической установи и удорожает ее.
Известен способ управления и регулирования ветроэнергетической установки [Патент РФ №2350778, опубл. 27.06.2008], использование которого обеспечивает сокращение нагрузки на установку при высоких скоростях ветра, а также при возможном отключении электросети. Согласно п.1 формулы изобретения "Способ управления и регулирования ветроэнергетической установки, включающей в себя корпус, поворотный по азимутальному углу, ротор с по меньшей мере одной лопастью ротора, поворотной относительно своей продольной оси, агрегат электропитания и устройство управления, имеющее эксплуатационный режим при скорости ветра, превышающей предварительно заданное значение скорости. Устройство управления на основе измеренных значений (v) скорости ветра и данных о направлении ветра определяет азимутальное угловое положение (α), в которое должен быть установлен корпус, и один или несколько углов (φ) установки для по меньшей мере одной лопасти ротора. По меньшей мере один привод наклона, запитываемый от агрегата питания, устанавливает по меньшей мере одну лопасть ротора в угловое положение (φ), определенное устройством управления".
Недостатком этого способа является необходимость регулирования углов установки лопастей ветроколеса, для реализации чего требуется специальная система, наличие которой также снижает надежность ветроэнергетической установки и удорожает ее.
Известен способ [Дьяков А.Ф., Перминов Э.М., Шакарян Ю.Г. Ветроэнергетика России. Состояние и перспективы развития. - М.: Издательство МЭИ, 1996, стр.87, 125-126] регулирования ветроэнергетической установкой, основанный на том, что формируют сигнал о скорости ветра на высоте оси вращения ветроколеса, сигнал задания общего угла установки лопастей ветроколеса, по этим сигналам формируют сигнал регулирования, при котором для диапазона скоростей ветра от минимального значения запуска до номинального значения в каждый момент времени равные углы установки лопастей ветроколеса постоянные, а скорость вращения ветроколеса меняется пропорционально изменению скорости ветра при постоянной быстроходности, для диапазона скоростей ветра от номинального значения до максимально допустимого значения осуществляется регулирование равных углов установки лопастей ветроколеса.
Недостатком этого способа-прототипа является то, что это регулирование обеспечивает работу с постоянным углом установки лопастей только в зоне постоянной быстроходности, от номинальной же скорости ветра до максимально допустимой необходимо, как и в аналогах, регулирование равных углов установки лопастей ветроколеса, для реализации чего требуется специальная система, наличие которой снижает надежность ветроэнергетической установки и удорожает ее.
Известна ветроэнергетическая установка [K.Mortensen, С.Skamris. The masnedoe wind farm. Demonstration project. ELKRAFT Power Company Ltd, Copenhagen, August 1989] мощностью 300 кВт. Ветроколесо выполнено трехлопастным. При этом система регулирования угла установки лопастей размещена в ступице ветроколеса и содержит гидроцилиндр установки общего угла лопастей, а также три защитных гидроцилиндра (по одному для каждой лопасти). Подвод масла к гидроцилиндрам производится через сквозные отверстия, просверленные по всей длине основного вала ветроустановки. Эта известная ветроэнергетическая установка позволяет реализовать как способ-аналог, так и способ-прототип с присущими им недостатками - наличие самой системы регулирования угла установки лопастей и, следовательно, удорожание ветроэнергетической установки. Кроме того, в указанной гидросистеме узел передачи масла от неподвижных элементов в просверленные по всей длине основного вала отверстия к гидроцилиндрам обладает низкой надежностью.
Техническая задача, решаемая изобретением, состоит в повышении надежности ветроэнергетической установки путем исключения регулирования угла установки лопастей и как следствие - удешевление ветроэнергетической установки.
Поставленная техническая задача решается тем, что в известном способе регулирования ветроэнергетической установкой, основанном на том, что формируют сигнал о скорости ветра на высоте оси вращения ветроколеса и по нему формируют сигнал задания скорости вращения вала ветроколеса, при этом для диапазона скоростей ветра от минимального значения запуска до номинального значения, когда мощность генератора номинальная, сигнал задания скорости вращения вала ветроколеса формируют при постоянной быстроходности, формируют семейство сигналов характеристик мощности ветроколеса в функции скорости ветра при различных постоянных скоростях вращения ветроколеса, формируют сигнал задания по мощности ветроколеса для диапазона скоростей ветра от значения, определяемого этим заданием по мощности ветроколеса, до максимально допустимого значения скорости ветра, в точках равенства последнего сигнала с указанным семейством сигналов фиксируют значения скорости вращения ветроколеса и скорости ветра, по этим сигналам формируют сигнал задания регулирования скорости вращения ветроколеса в функции скорости ветра.
Кроме того, поставленная техническая задача решается тем, что известная ветроэнергетическая установка, содержащая ветроколесо, генератор, энергосистему, полупроводниковый преобразователь частоты, блок системы автоматического регулирования, датчик положения вала ветроколеса, датчик скорости ветра и функциональный блок, при этом вал ветроколеса соединен с валом генератора, полупроводниковый преобразователь частоты соединен с цепью энергосистемы, а его управляющий вход соединен с выходом блока системы автоматического регулирования, первый и второй входы которого соединены соответственно с датчиком положения вала ветроколеса и выходом функционального блока, первый вход последнего соединен с датчиком скорости ветра, а функциональный блок содержит первый блок задания скорости вращения ветроколеса, дополнительно снабжена задатчиком мощности ветроколеса, а функциональный блок выполнен со вторым входом и содержит блок коэффициента мощности, блок задания скорости ветра, блок быстроходности ветроколеса, второй блок задания скорости вращения ветроколеса, блок логики и блок коммутаций, при этом выход задатчика мощности ветроколеса через второй вход функционального блока соединен с первым входом блока коэффициента мощности и входом блока задания скорости ветра, выход которого соединен со вторым входом блока логики, выход блока коэффициента мощности через блок быстроходности ветроколеса соединен с первым входом второго блока задания скорости вращения ветроколеса и далее с первым входом первого ключевого элемента блока коммутаций, выход датчика скорости ветра через первый вход функционального блока соединен с входами первого блока задания скорости вращения ветроколеса, с первым входом блока логики, со вторым входом блока коэффициента мощности и вторым входом второго блока задания скорости вращения ветроколеса, выход первого блока задания скорости вращения ветроколеса соединен с первым входом первого ключевого элемента блока коммутаций, а первый и второй выходы блока логики соединены соответственно со вторыми входами ключевых элементов блока коммутаций, выходы которых соединены с выходом функционального блока.
Предлагаемое устройство схематично представлено на рисунках. На фиг.1 представлена общая схема ветроэнергетической установки с асинхронизированным синхронным генератором. На фиг.2 представлена блок-схема функционального блока. На фиг.3 представлены графики семейства мощностных характеристик ветроколеса в функции скорости ветра PВК=f(U0, ni) различных постоянных скоростях вращения ni, с шагом 1·об/мин; 1 - для идеального ветроколеса с коэффициентом мощности
Figure 00000001
(критерий Жуковского - Бетца); 2 - для ветроколеса отечественной ветроэнергетической установки "Радуга 1" при коэффициенте быстроходности Zconst=7.3=const с коэффициентом мощности Ср-l≈14.5/27=0.53704, 3 - при скорости вращения nном=42 об/мин=const ветроколеса, 4 - РВК=1131.9 кВт=const при управлении углом установки лопастей с учетом потерь.
На фиг.4 представлены сформированные функциональным блоком графики задания скорости вращения ветроколеса в функции скорости ветра nзад=f(U,Pзад) соответственно для режимов: 1 - при Zсonst=7.3=const, 2, 3, 4, 5, 6, 7 - при Рзад=1131.9; 1000; 800; 600; 400; 200 кВт.
На фиг.5 представлены графики изменения мощностей трехлопастного ветроколеса при формировании задания его скорости вращения соответственно графикам с теми же номерами по фиг.4. На фиг.6 представлен фиксированный график задания скорости вращения ветроколеса в функции скорости ветра nзад=f(U) для ВЭУ при работе на мощную энергосистему.
На фиг.7 представлены графики характеристик для ветроэнергетической установки "Радуга 1" в функции скорости ветра: 1 - полный график мощности ветроколеса (то же, что и 2 на фиг.5); 2 - график мощности статора асинхронизированного синхронного генератора (АСГ); 3 - график мощности в цепи возбуждения АСГ (Рf на кольцах ротора); 4 - график мощности, отдаваемой ВЭУ в энергосистему с учетом всех потерь; 5, 6, 7 - линии перемены знака скольжения АСГ.
На фиг.8 представлена общая схема варианта ветроэнергетической установки с выпрямительно-инверторным преобразователем частоты в цепи статора генератора.
Согласно фиг.1 ветроэнергетическая установка содержит ветроколесо 1, мультипликатор 2, асинхронизированный синхронный генератор 3, энергосистему 4, полупроводниковый преобразователь частоты 5, трансформатор 6, блок 7 системы автоматического регулирования, датчик 8 положения вала ветроколеса, функциональный блок 9, датчик 10 скорости ветра и задатчик 11 мощности. Вал ветроколеса 1 соединен через мультипликатор 2 с валом генератора 3, статорная обмотка которого подсоединена к энергосистеме 4. Некоторые фирмы выпускают ветроэнергетические установки без мультипликатора, поэтому он на фиг.1 показан пунктиром. Генератор отечественной ветроэнергетической установки "Радуга 1" выполнен по типу асинхронизированной синхронной машины (Шакарян Ю.Г. Асинхронизированные синхронные машины. - М.: Энергоатомиздат, 1984). Многофазная обмотка ротора генератора подключена к силовому выходу полупроводникового преобразователя частоты 5, выполненного в виде известных или непосредственного преобразователя частоты, или выпрямительно-инверторного устройства (Жемеров Г.Г. Тиристорные преобразователи частоты с непосредственной связью. М.: "Энергия", 1977). Силовой вход преобразователя частоты 5 через трансформатор 6 соединен с цепью статорной обмотки генератора 3, а управляющий вход соединен с выходом блока 7 системы автоматического регулирования, первый и второй входы которого соединены соответственно с датчиком 8 положения вала ветроколеса и выходом функционального блока 9, первый вход которого соединен с датчиком 10 скорости ветра, а второй вход соединен с задатчиком 11 мощности. Датчик 10 скорости ветра, выполненный, например, как анемометр, расположен на гондоле ветроэнергетической установки. Задатчик 11 мощности в простейшем случае представляет собой источник постоянного сигнала.
Согласно фиг.2 функциональный блок 9 выполнен со вторым входом и содержит первый блок 15 задания скорости вращения ветроколеса, блок 16 коэффициента мощности, блок 17 быстроходности ветроколеса, второй блок 18 задания скорости вращения ветроколеса, блок 19 задания скорости ветра, блок 20 логики и блок 21 коммутаций с ключевыми элементами 22 и 23, при этом выход задатчика 11 мощности ветроколеса через второй вход функционального блока 9 соединен с первым входом блока 16 коэффициента мощности и входом блока 19 задания скорости ветра, выход которого соединен со вторым входом блока 20 логики, выход блока 16 коэффициента мощности через блок 17 быстроходности ветроколеса соединен с первым входом второго блока 18 задания скорости вращения ветроколеса и, далее, с первым входом первого ключевого элемента 22 блока 21 коммутаций, выход датчика 10 скорости ветра через первый вход функционального блока 9 соединен с входами первого блока 15 задания скорости вращения ветроколеса, с первым входом блока 20 логики, со вторым входом блока 16 коэффициента мощности и со вторым входом второго блока 18 задания скорости вращения ветроколеса, выход первого блока 15 задания скорости вращения ветроколеса соединен с первым входом второго ключевого элемента 23 блока 21 коммутаций, а первый и второй выходы блока 20 логики соединены соответственно со вторыми входами ключевых элементов 22 и 23 блока 21 коммутаций, выходы которых соединены с выходом функционального блока 9. Кроме того, функциональный блок выполнен с фиксированным графиком задания скорости вращения ветроколеса в функции скорости ветра.
Суть предложения поясняют графики на фиг.3. Там представлены графики семейства мощностных характеристик ветроколеса в функции скорости ветра PBK=f(U, n) при различных постоянных скоростях вращения n с шагом 1·об /мин, снятых в диапазоне скоростей вращения ветроколеса от n=21·об/мин до n=42·об/мин. Там же приведен для примера график 4, представляющий собой характеристику мощности ветроколеса РBK=1131.9 кВт=const. при управлении углом установки его лопастей (например, гидросистемой как в прототипе) при постоянной скорости вращения n=const. Если же угол установки лопастей ветроколеса постоянный φ=const, то при той же постоянной мощности скорость вращения ветроколеса уже не может быть постоянной.
Если на фиг.3 принять график 4 заданием по мощности ветроколеса Pзад=1131.9 кВт=const и в точках равенства последнего с указанными графиками семейства мощностных характеристик ветроколеса в функции скорости ветра PВК=f(U, n) фиксировать значения скорости вращения ветроколеса и скорости ветра, то эти значения позволяют формировать задание на регулирование скорости вращения ветроколеса в функции скорости ветра, что и реализовано в данном предложении.
Некоторые параметры, а также результаты расчетов (в том числе на фиг.3) приведены для ветроэнергетической установки Российского производства типа "Радуга-1" мощностью 1 МВт с радиусом трехлопастного ветроколеса RВК=24 м, установленной в Калмыкии недалеко от г.Элисты (Селезнев И.С. Состояние и перспективы работ МКБ "Радуга" в области ветроэнергетики. Конверсия в машиностроении - Conversion in machine building of Russia, 1995, №5; Дьяков А.Ф., Перминов Э.М., Шакарян Ю.Г. Ветроэнергетика России. Состояние и перспективы развития. - М.: Издательство МЭИ, 1996).
Устройство работает следующим образом. Сигнал о текущем значении скорости ветра Uo от датчика 10 через первый вход функционального блока 9 поступает на вход первого блока 15 задания скорости вращения ветроколеса и первый вход блока 20 логики, а также и на вторые входы блока 16 коэффициента мощности и второго блока 18 задания скорости вращения ветроколеса. По сигналу Uo блок 15 формирует на своем выходе сигнал n(z=const) задания скорости вращения ветроколеса по соотношению
Figure 00000002
где Zconsr=7.3=const - значение в диапазоне постоянной быстроходности для ветроэнергетической установки "Радуга-1".
Согласно (1) функция n(Z=const)=f(Uo) на фиг.4 представлена частью графиков в виде наклонной прямой линии. Сигнал (1) обеспечивает работу с постоянной быстроходностью Z=const в диапазоне скоростей ветра от минимального значения запуска ветроэнергетической установки до скоростей ветра Uзад, значения которых определяются сигналом Рзад задания по мощности ветроколеса (о сигналах Uзад и Рзад ниже). Сигнал n(Z=const) далее поступает на первый вход ключевого элемента 23 блока коммутаций 21.
Как указывалось, задатчик 11 мощности в простейшем случае представляет собой источник постоянного сигнала. Однако при работе ветроэнергетической установки на энергосистему соизмеримой мощности или на автономную нагрузку сигнал Рзад задатчика 11 мощности может меняться для поддержания баланса мощностей в какой-то точке энергосистемы. Сигнал Рзад с выхода задатчика 11 мощности ветроколеса через второй вход функционального блока 9 поступает на первый вход блока 16 коэффициента мощности и на вход блока 19 задания скорости ветра. По сигналам Рзад и Uo блок 16 коэффициента мощности на своем выходе формирует сигнал коэффициента мощности Ср, реализуя соотношение
Figure 00000003
где ρ=1.2 кг/м3 - удельный вес воздуха.
Таким образом, этим решением выделяются только значения коэффициента мощности, характерные для точек равенства сигнала Рзад задания по мощности ветроколеса и семейства сигналов множества характеристик мощности РBK=f(U0, ni) ветроколеса в функции скорости ветра при различных постоянных скоростях вращения ветроколеса.
Блок 19 задания скорости ветра на выходе формирует сигнал задания скорости ветра Uзад, реализуя соотношение
Figure 00000004
где Cр-1=14.5/27≈0.537=const - максимальный коэффициент мощности ветроэнергетической установки "Радуга-1".
Сигнал (2) с выхода блока 16 коэффициента мощности поступает на вход блока 17 быстроходности ветроколеса, представляющего собой внутренний функциональный блок с фиксированной настройкой (некоторая зависимость, заданная, например, в виде графика или таблично) и формирующего на своем выходе сигнал о быстроходности Z в соответствии с функцией
Figure 00000005
Функция (4), по сути, представляет собой обратную функцию от зависимости коэффициента мощности в функции быстроходности Ср=f(Z). Известно, что коэффициент мощности Ср и быстроходность Z связаны соотношением Ср=Z·CM, где СM - коэффициент крутящего момента ветроколеса и представляет собой реальную заданную аэродинамическую характеристику ветроколеса ветроэнергетической установки "Радуга-1" в виде функции СM=f(Z), обычно снимаемую в аэродинамической трубе.
Сигнал (4) с выхода блока 17 быстроходности ветроколеса поступает на первый вход второго блока 18 задания скорости вращения ветроколеса. По сигналам Uo и Z блок 18 формирует сигнал задания скорости вращения ветроколеса по соотношению
Figure 00000006
Соотношение (5) справедливо в диапзоне скоростей ветра от Uзад до максимально допустимой, равной Umax=25 м/с для данной ветроэнергетической установки. Согласно (5) функция nзад=f(Uo) на фиг.4 представлена частью графиков в виде шести плавно меняющихся линий для шести значений Рзад. Сигнал (5) поступает на первый вход ключевого элемента 22 блока коммутаций 21.
По сигналам Uo и Uзад блок 20 логики, если Uo≤Uзад, формирует на своем выходе сигнал на включение на втором входе ключевого элемента 23 блока коммутаций 21, и на выход функционального блока 9 поступает сигнал n(Z=const), обеспечивая работу ветроэнергетической установки с постоянной быстроходностью. Если же Uo>Uзад, блок 20 логики формирует на своем выходе сигнал на включение на втором входе ключевого элемента 22 блока коммутаций 21, и на выход функционального блока 9 поступает сигнал nзад, обеспечивая работу ветроэнергетической установки с постоянной мощностью. На фиг.4 приведены для примера шесть полных характеристик заданий на скорость вращения ветроколеса во всем рабочем диапазоне скоростей ветра на выходе функционального блока 9. Для них были посчитаны полные мощности ветроколеса, графики которых с соответствующими номерами приведены на фиг.5. Видно, что в зоне работы с постоянной быстроходностью график мощности меняется по параболе третьего порядка. В зоне же скоростей ветра в диапазоне скоростей ветра Uзад<U≤Umax=25 м/с график мощности ветроколеса постоянный (некоторые шероховатости связаны с тем, что график по функции (4) набирался вручную), что является результатом реализации предложения. Сигнал задания на скорость вращения ветроколеса с выхода функционального блока 9 поступает на первый вход блока 7 системы автоматического регулирования, на второй вход которого поступает сигнал скорости вращения ветроколеса от датчика 8 положения его вала. Блок 7 системы автоматического регулирования по этим сигналам формирует сигнал закона регулирования (в простейшем случае это может быть пропорциональным регулированием) и воздействует на канал регулирования момента асинхронизированного синхронного генератора 3 так, чтобы скорость вращения ветроколеса отслеживал задание функционального блока 9. Одновременно блок 7 системы автоматического регулирования формирует сигнал вектора напряжения возбуждения по частоте вращения вала генератора и по частоте напряжения статора (их датчики не приводятся). Напряжение статорной цепи генератора через трансформатор 6, тиристорный преобразователь 5 частоты непосредственно по указанному сигналу блока 7 системы автоматического регулирования преобразует в напряжение возбуждения генератора требуемой амплитуды и частоты. При этом частота напряжения возбуждения (частота скольжения) асинхронизированного синхронного генератора всегда равна разности частоты напряжения цепи статора и частоты вращения его вала (с учетом числа пар полюсов генератора). В результате асинхронизированный синхронный генератор меняет свой момент на валу так, что скорость вращения ветроколеса (а следовательно, и самого генератора пропорционально коэффициенту передачи мультипликатора) меняется в зависимости от задания по мощности согласно графикам фиг.4, а мощность ветроколеса меняется согласно графикам фиг.5 в функции скорости ветра.
На фиг.6 представлен фиксированный график задания скорости вращения ветроколеса в функции скорости ветра nзад=f(U) для ветроэнергетической установки "Радуга 1" при работе на мощную энергосистему для случая Рзад=1131.9 кВт=const, когда величина напряжения энергосистемы и его частота постоянные (мощная энергосистема). На фиг.7 приведены графики характеристик для "Радуга 1" в функции скорости ветра, рассчитанные по уравнениям Парка - Горева, записанным по мощностям статора и ротора. Представлены: график 2 мощности Р статора асинхронизированного синхронного генератора, график 3 мощности Рf возбуждения на его кольцах ротора и график 4 мощности, отдаваемой ветроэнергетической установкой в энергосистему с учетом всех потерь (при КПД мультипликатора, асинхронизированного синхронного генератора, непосредственного преобразователя частоты и трансформатора, равными ηМП=0.95; ηАСГ=0.93; ηНПЧ=ηТрf=0.98).
Влево от линии 5 и между линиями 6 и 7 скольжение отрицательное, а между линиями 5 и 6 и вправо от линии 7 скольжение положительное.
Из графиков очевидны особенности режима ВЭУ. Заключаются они в том, что в диапазоне скоростей ветра Uзад≤U≤Umax мощность, отдаваемая ВЭУ в энергосистему, постоянна, т.к. при принятом законе управления скоростью вращения ВК по графику фиг.6 его мощность согласно заданию Рзад=РВК=1131.9 кВт=const. В зависимости от знака скольжения она перераспределяется между статором и ротором. При этом между линиями 6 и 7 в зоне отрицательного скольжения мощность возбуждения Pf лишь циркулирует в замкнутом контуре, образуемом цепью статора и цепью возбуждения. В свою очередь это вызывает увеличение мощности в цепи статора. По графику 2 для асинхронизированного синхронного генератора максимальная мощность статора составляет P≈1110 кВт при скорости ветра U≈16.3 м/с. В то же время по графику 4 мощность, отдаваемая ветроэнергетической установкой в энергосистему, равна 1000 кВт. Тем не менее, генератор должен быть выбран на установленную мощность P≈1110 кВт. Т.е. отказ от системы регулирования углов установки лопастей влечет увеличение установленной мощности генератора. Об экономической стороне вопроса - ниже.
Ветроэнергетическая установка (ВЭУ), кроме рассмотренной с асинхронизированным синхронным генератором (АСГ), может иметь еще две модификации: с синхронным генератором (СГ) с преобразователем, содержащем выпрямительный и инверторный блоки в статорной цепи [Дьяков А.Ф., Перминов Э.М., Шакарян Ю.Г. Ветроэнергетика России. Состояние и перспективы развития. - М.: Издательство МЭИ, 1996, стр.77-78] и с асинхронным генератором (АГ) с таким же преобразователем в статорной цепи. Схема приведена на фиг.8. При этом блок преобразователя, подключенный к выводам статорной обмотки генератора, в последних двух модификациях должен быть выполнен на запираемых ключах. Для СГ и АГ при снижении скорости вращения ВК, согласно заданию по графику по фиг.4, из-за снижения величины и частоты напряжения статора необходимо увеличение амплитуды токов, что сохранит номинальную выдаваемую мощность в сеть, но потребует так же, как и для АСГ, увеличения установленной мощности СГ и АГ на те же десять процентов. Об экономической стороне вопроса можно отметить, что в (Nicole Weinhold. Inconspicuous world champions. New energy, 2005, №5, s.33-41) приведены данные о долевой стоимости каждого элемента в общей стоимости ВЭУ. Например, доля генератора составляет 4%, а доля системы управления углом установки лопастей составляет 5%. Понятно, что при рассмотренном регулировании удорожание ВЭУ из-за увеличения на десять процентов установленной мощности АСГ, СГ или АГ с лихвой покроется исключением системы управления углом установки лопастей.

Claims (2)

1. Способ регулирования ветроэнергетической установки, основанный на том, что формируют сигнал о скорости ветра на высоте оси вращения ветроколеса и по нему формируют сигнал задания скорости вращения вала ветроколеса, при этом для диапазона скоростей ветра от минимального значения запуска до номинального значения, когда мощность генератора номинальная, сигнал задания скорости вращения вала ветроколеса формируют при постоянной быстроходности, отличающийся тем, что формируют семейство сигналов характеристик мощности ветроколеса в функции скорости ветра при различных постоянных скоростях вращения ветроколеса, формируют сигнал задания по мощности ветроколеса для диапазона скоростей ветра от значения, определяемого этим заданием по мощности ветроколеса, до максимально допустимого значения скорости ветра, в точках равенства последнего сигнала с указанным семейством сигналов фиксируют значения скорости вращения ветроколеса и скорости ветра, по этим сигналам формируют сигнал задания регулирования скорости вращения ветроколеса в функции скорости ветра.
2. Ветроэнергетическая установка, содержащая ветроколесо, генератор, энергосистему, полупроводниковый преобразователь частоты, блок системы автоматического регулирования, датчик положения вала ветроколеса, датчик скорости ветра и функциональный блок, при этом вал ветроколеса соединен с валом генератора, полупроводниковый преобразователь частоты соединен с цепью энергосистемы, а его управляющий вход соединен с выходом блока системы автоматического регулирования, первый и второй входы которого соединены соответственно с датчиком положения вала ветроколеса и выходом функционального блока, первый вход последнего соединен с датчиком скорости ветра, а функциональный блок содержит первый блок задания скорости вращения ветроколеса, отличающаяся тем, что дополнительно снабжена задатчиком мощности ветроколеса, а функциональный блок выполнен со вторым входом и содержит блок коэффициента мощности, блок задания скорости ветра, блок быстроходности ветроколеса, второй блок задания скорости вращения ветроколеса, блок логики и блок коммутаций, при этом выход задатчика мощности ветроколеса через второй вход функционального блока соединен с первым входом блока коэффициента мощности и входом блока задания скорости ветра, выход которого соединен со вторым входом блока логики, выход блока коэффициента мощности через блок быстроходности ветроколеса соединен с первым входом второго блока задания скорости вращения ветроколеса и, далее с первым входом первого ключевого элемента блока коммутаций, выход датчика скорости ветра через первый вход функционального блока соединен с входами первого блока задания скорости вращения ветроколеса, с первым входом блока логики, с вторым входом блока коэффициента мощности и вторым входом второго блока задания скорости вращения ветроколеса, выход первого блока задания скорости вращения ветроколеса соединен с первым входом первого ключевого элемента блока коммутаций, а первый и второй выходы блока логики соединены соответственно со вторыми входами ключевых элементов блока коммутаций, выходы которых соединены с выходом функционального блока.
RU2011127923/06A 2011-07-07 2011-07-07 Способ регулирования ветроэнергетической установки и устройство для его реализации RU2468251C1 (ru)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2011127923/06A RU2468251C1 (ru) 2011-07-07 2011-07-07 Способ регулирования ветроэнергетической установки и устройство для его реализации

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2011127923/06A RU2468251C1 (ru) 2011-07-07 2011-07-07 Способ регулирования ветроэнергетической установки и устройство для его реализации

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2468251C1 true RU2468251C1 (ru) 2012-11-27

Family

ID=49254937

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2011127923/06A RU2468251C1 (ru) 2011-07-07 2011-07-07 Способ регулирования ветроэнергетической установки и устройство для его реализации

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2468251C1 (ru)

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2721466C1 (ru) * 2016-11-15 2020-05-19 Воббен Пропертиз Гмбх Способ управления ветроэнергетической установкой и соответствующая ветроэнергетическая установка
RU2728668C1 (ru) * 2018-11-22 2020-07-31 Федеральное Государственное Бюджетное Образовательное Учреждение Высшего Образования "Новосибирский Государственный Технический Университет" Ветроэнергетическая установка
RU2742889C1 (ru) * 2019-12-26 2021-02-11 Юлий Борисович Соколовский Способ электроснабжения автономных потребителей ветроэнергетическими устройствами

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4656362A (en) * 1982-11-08 1987-04-07 United Technologies Corporation Blade pitch angle control for large wind turbines
US5289041A (en) * 1991-09-19 1994-02-22 U.S. Windpower, Inc. Speed control system for a variable speed wind turbine
RU2113616C1 (ru) * 1996-06-06 1998-06-20 Товарищество с ограниченной ответственностью Фирма "Общемаш-Инжиниринг" Способ управления ветроэнергетической установкой
RU2350778C2 (ru) * 2004-05-18 2009-03-27 НОРДЕКС ЭНЕРДЖИ ГмбХ Способ управления и регулирования ветроэнергетической установки
RU2351795C2 (ru) * 2005-12-15 2009-04-10 НОРДЕКС ЭНЕРДЖИ ГмбХ Способ регулирования крутящего момента и угла установки лопастей ветроэнергетической станции в соответствии с частотой вращения

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4656362A (en) * 1982-11-08 1987-04-07 United Technologies Corporation Blade pitch angle control for large wind turbines
US5289041A (en) * 1991-09-19 1994-02-22 U.S. Windpower, Inc. Speed control system for a variable speed wind turbine
RU2113616C1 (ru) * 1996-06-06 1998-06-20 Товарищество с ограниченной ответственностью Фирма "Общемаш-Инжиниринг" Способ управления ветроэнергетической установкой
RU2350778C2 (ru) * 2004-05-18 2009-03-27 НОРДЕКС ЭНЕРДЖИ ГмбХ Способ управления и регулирования ветроэнергетической установки
RU2351795C2 (ru) * 2005-12-15 2009-04-10 НОРДЕКС ЭНЕРДЖИ ГмбХ Способ регулирования крутящего момента и угла установки лопастей ветроэнергетической станции в соответствии с частотой вращения

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2721466C1 (ru) * 2016-11-15 2020-05-19 Воббен Пропертиз Гмбх Способ управления ветроэнергетической установкой и соответствующая ветроэнергетическая установка
US11041484B2 (en) 2016-11-15 2021-06-22 Wobben Properties Gmbh Method for controlling a wind turbine, and associated wind turbine
RU2728668C1 (ru) * 2018-11-22 2020-07-31 Федеральное Государственное Бюджетное Образовательное Учреждение Высшего Образования "Новосибирский Государственный Технический Университет" Ветроэнергетическая установка
RU2742889C1 (ru) * 2019-12-26 2021-02-11 Юлий Борисович Соколовский Способ электроснабжения автономных потребителей ветроэнергетическими устройствами

Similar Documents

Publication Publication Date Title
RU2569121C2 (ru) Ветроэнергетическая установка и способ эксплуатации ветроэнергетической установки
US9450416B2 (en) Wind turbine generator controller responsive to grid frequency change
US4189648A (en) Wind turbine generator acceleration control
EP2451073B1 (en) Variable-speed power generation device and control method therefor
US7613548B2 (en) Systems and methods for controlling a ramp rate of a wind farm
US4160170A (en) Wind turbine generator pitch control system
Whitby et al. Performance of pitch and stall regulated tidal stream turbines
CN101395369B (zh) 风力发电系统及其控制方法
CN102418663B (zh) 一种用于海上大功率风电机组的变桨系统及控制方法
US8215896B2 (en) Apparatus and method for operation of an off-shore wind turbine
Wu et al. A coordinated primary frequency regulation from permanent magnet synchronous wind turbine generation
CN102472249A (zh) 风力发电装置、风力发电装置的控制方法、风力发电系统及风力发电系统的控制方法
NZ580705A (en) Method and device for power regulation of an underwater power plant
KR20120103966A (ko) 가변속 풍력 터빈 시스템
CN110401212A (zh) 一种基于抽水蓄能机组的风光互补发电系统
RU2468251C1 (ru) Способ регулирования ветроэнергетической установки и устройство для его реализации
US9739264B2 (en) Method of operating a wind turbine
EP2706230B1 (en) Turbine and control system of the over-power of said turbine
CN104716669A (zh) 一种永磁同步风电系统变流器双模控制方法
Abarzadeh et al. Small scale wind energy conversion systems
Mansour et al. Study of performance of a variable-speed wind turbine with pitch control based on a Permanent Magnet Synchronous Generator
Prakash et al. Maximum energy extraction of a wind farm using pitch angle control
KR101487992B1 (ko) 가변속 풍력발전기 및 그 운전 방법
WO2015001403A1 (en) Blade pitching system for a horizontal axis wind turbine
Charafeddine et al. Analysis of a wind turbine with wound rotor asynchronous machine

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20160708