RU2485346C1 - Autonomous wind-driven station - Google Patents
Autonomous wind-driven station Download PDFInfo
- Publication number
- RU2485346C1 RU2485346C1 RU2011154316/06A RU2011154316A RU2485346C1 RU 2485346 C1 RU2485346 C1 RU 2485346C1 RU 2011154316/06 A RU2011154316/06 A RU 2011154316/06A RU 2011154316 A RU2011154316 A RU 2011154316A RU 2485346 C1 RU2485346 C1 RU 2485346C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- wind power
- station
- wind
- electromechanical converter
- winding
- 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.
Ветроэнергетическая станция сооружается так, чтобы расстояние между ветроэнергетическими установками составляло примерно 6-18 диаметров ветроколеса. 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 расстояния 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.The wind power station is constructed so that the distance between the wind power plants is approximately 6-18 diameters of the wind wheel. This allows you to minimize the mutual influence of wind power plants, eliminating the reduction 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 before the first wind power installation, its power will increase in a cubic dependence, and the speeds before 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 (аналог), 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., Пермппов Э.М., Шакарпн 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 (analogue), containing several wind power plants with synchronous alternators and an electromechanical converter of two electrical machines. The stator winding of an alternating current generator of an electromechanical converter is connected to the station's alternating current buses (Dyakov A.F., Permppov E.M., Shakarpn 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 installations on DC buses, but solves the problem of stability of synchronous operation of the station and reduces power fluctuations on the buses of the total load of the station due to the total rotor mass of the rotors of the machines of the electromechanical converter.
Устройство-аналог 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.The analog device 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.
Известно устройство-прототип (МПК F03D 7/02, Патент №2422674). Ветроэнергетическая станция, содержащая 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.A device prototype is known (IPC F03D 7/02, Patent No. 2422674). A 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 motor is designed as an alternating current electric machine with the number of pole pairs equal to the number of wind power plants of the station, and the stator windings of the electromechanical conversion engine The applicator is connected to the stator windings of the generators of wind power plants, while the winding of one pair of poles of the motor stator is connected to the stator winding of the generator of only one of the wind power plants.
Недостаток устройства прототипа - сложность конструкции из-за наличия двух разнотипных электрических машин переменного тока в агрегате.The disadvantage of the prototype device is the complexity of the design due to the presence of two different types of electrical AC machines in the unit.
Техническая задача, решаемая предлагаемым устройством, состоит в упрощении ветроэнергетической станции. Технический эффект, благодаря которому решается техническая задача - расположение генераторных обмоток на дополнительных парах полюсов двигателя. Этим достигается упрощение ветроэнергетичекой станции.The technical problem solved by the proposed device is to simplify the wind power station. The technical effect due to which the technical problem is solved is the location of the generator windings on additional pairs of motor poles. This achieves the simplification of the wind power station.
Поставленная задача решается тем, что в ветроэнергетической станции с несколькими ветроэнергетическими установками с генераторами переменного тока и электромеханический преобразователь с двигателем переменного тока, содержащий число пар полюсов, равное числу ветроэнергетических установок станции, при этом обмотка одной пары полюсов статора двигателя соединена со статорной обмоткой генератора только одной из ветроэнергетических установок, а статорная обмотка генератора переменного тока электромеханического преобразователя подключена к шинам переменного тока станции, двигатель электромеханического преобразователя выполнен с дополнительными полюсами, обмотки пар которых образуют указанную статорную обмотку генератора переменного тока.The problem is solved in that in a wind power station with several wind power plants with alternating current generators and an electromechanical converter with an alternating current motor containing a number of pole pairs equal to the number of station wind power installations, while the winding of one pair of motor stator poles is connected to the stator winding of the generator only one of the wind power plants, and the stator winding of the alternator of an electromechanical converter yuchena AC busbar station electromechanical transducer engine is configured with additional poles, which couples said windings form a stator winding of the alternator.
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. На чертеже показано, что при подключении к локальной энергосистеме в электромеханическом преобразователе 10 ротор 11 двигателя соединен посредством вала 12 через муфту 13 и редуктор 14 с дизелем 15. Обмотки 16, 17 и 18 являются обмотками соответственно первой, второй и третьей пары полюсов статора 19 двигателя 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. Дополнительно расположенные на статоре 19, например, три обмотки 23, 24, 25 образуют генераторные обмотки электромеханического преобразователя 10. Они через цепь 26 соединены с шинами переменного тока 27 локальной энергосистемы.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. The drawing shows that when connected to a local power system in an electromechanical converter 10, the rotor 11 of the engine is connected via a shaft 12 through a clutch 13 and a gearbox 14 to a diesel 15. The windings 16, 17 and 18 are windings of the first, second and third, respectively the pairs of poles of the stator 19 of the engine of the electromechanical converter 10. The winding 16 through the 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. Additionally located on the stator 19, for example, three windings 23, 24, 25 form the generator windings of the electromechanical converter 10. They are connected through a circuit 26 to AC buses 27 of the local power system.
При этом автономная ветроэнергетическая станция имеет два вида исполнения. Первый - электромеханический преобразователь 10 выполнен в виде одной многополюсной синхронной машины переменного тока, при этом генераторы 3, 6 и 9 ветроэнергетических установок выполнены в виде асинхронных машин переменного тока. Второй - электромеханический преобразователь 10 выполнен в виде многополюсной асинхронной машины переменного тока, при этом генераторы 3, 6 и 9 ветроэнергетических установок выполнены в виде синхронных машин переменного тока, а шины переменного тока 27 должны быть шинами мощной энергосистемы для компенсации реактивной мощности.At the same time, an autonomous wind power station has two types of execution. The first is the electromechanical converter 10 is made in the form of a single multi-pole 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 electromechanical converter 10 is made in the form of a multi-pole asynchronous AC machine, while the generators 3, 6 and 9 of the wind power plants are made in the form of synchronous AC machines, and the AC bus 27 should be the buses of a powerful power system to compensate for reactive power.
Обмотка каждой пары полюсов 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 electromechanical transducer 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, publishing house "Energy", Leningrad branch, 1974, see pp. 416-419).
Автономная ветроэнергетическая станция при выполнении электромеханического преобразователя 10 в виде многополюсной синхронной машины переменного тока и генераторов 3, 6, 9 ветроэнергетических установок выполнены 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 синхронной машины и статорных обмоток асинхронных генераторов соответственно 3, 6 и 9 нет, то потоки активных мощностей последних направлены к электромеханическому преобразователю 10 и суммируются им в механическую мощность на самом роторе 11 электромеханического преобразователя 10. При этом общая маховая масса ротора 11, редуктора 14 и дизеля 15 снижает колебания мощности на шинах 27 общей нагрузки станции. Потоки реактивных мощностей, необходимые для нормальной работы асинхронных генераторов 3, 6 и 9 ветроэнергетических установок, генерируются синхронным электромеханическим преобразователем 10 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 an electromechanical transducer 10 in the form of a multi-pole synchronous AC machine and generators 3, 6, 9 of wind power plants made 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 machine 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 electromechanical converter 10 and are summed by them into mechanical power on the rotor itself 11 of the electromechanical converter 10. In this case, the total flyweight of the rotor 11, gearbox 14 and diesel 15 reduces power fluctuations on the tires 27 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 electromechanical converter 10 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 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 преобразователю 10. Но так как каждая пара полюсов преобразователя 10 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. Генераторные обмотки 23, 24, 25 электромеханического преобразователя 10 работают в режиме асинхронного генератора, для нормальной работы которого реактивная мощность потребляется из мощной энергосистемы. В этом и заключается режимное отличие от предыдущего случая.When operating an electromechanical converter 10 in the form of an asynchronous alternating current machine, an autonomous wind power station, and generators 3, 6, 9 of wind power plants in the form of synchronous alternating current machines, operates with the same active power as in the previous case. Those. flows of active powers are directed from generators 3, 6 and 9 to converter 10. But since each pair of poles of converter 10 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. The generator windings 23, 24, 25 of the electromechanical converter 10 operate in the mode of an asynchronous generator, for the normal operation of which reactive power is required. It comes from a powerful power system. This is the regime difference from the previous case.
Поставленная задача решена предлагаемым устройством. Автономная ветроэнергетическая станция упрощена, так как в ней нет двухмашинного электромеханического преобразователя. 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 two-machine electromechanical converter. 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 (1)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2011154316/06A RU2485346C1 (en) | 2011-12-30 | 2011-12-30 | Autonomous wind-driven station |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2011154316/06A RU2485346C1 (en) | 2011-12-30 | 2011-12-30 | Autonomous wind-driven station |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2485346C1 true RU2485346C1 (en) | 2013-06-20 |
Family
ID=48786380
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2011154316/06A RU2485346C1 (en) | 2011-12-30 | 2011-12-30 | Autonomous wind-driven station |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2485346C1 (en) |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE19620906A1 (en) * | 1996-05-24 | 1998-01-08 | Siemens Ag | Wind farm |
| RU2221165C2 (en) * | 1999-05-28 | 2004-01-10 | Абб Аб | Windmill electric generating plant |
| RU2340789C1 (en) * | 2007-02-22 | 2008-12-10 | Владимир Николаевич Лебедев | Windmill system |
| RU2422674C1 (en) * | 2009-12-29 | 2011-06-27 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Московский энергетический институт (технический университет)" (ГОУВПО "МЭИ(ТУ)") | Independent wind-driven power station |
-
2011
- 2011-12-30 RU RU2011154316/06A patent/RU2485346C1/en not_active IP Right Cessation
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE19620906A1 (en) * | 1996-05-24 | 1998-01-08 | Siemens Ag | Wind farm |
| RU2221165C2 (en) * | 1999-05-28 | 2004-01-10 | Абб Аб | Windmill electric generating plant |
| RU2340789C1 (en) * | 2007-02-22 | 2008-12-10 | Владимир Николаевич Лебедев | Windmill system |
| RU2422674C1 (en) * | 2009-12-29 | 2011-06-27 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Московский энергетический институт (технический университет)" (ГОУВПО "МЭИ(ТУ)") | Independent wind-driven power station |
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| Дьяков А.Ф., Перминов Э.М., Шакарян Ю.Г. Ветроэнергетика России. Состояние и перспективы развития. - М.: Издательство МЭИ, 1996, с.81-84. * |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US9577557B2 (en) | Turbine-generator system with DC output | |
| US7863766B2 (en) | Power converter for use with wind generator | |
| Samuelsson et al. | On speed stability | |
| CN102035309B (en) | Method and apparatus for generating power in a wind turbine | |
| CN106936269B (en) | Multi-phase electric machine and method of use | |
| CN103925168B (en) | A kind of can the wind generator system of low wind assistant starting | |
| CN104040171A (en) | Wind power generating system | |
| Potgieter et al. | Design optimization of directly grid-connected PM machines for wind energy applications | |
| Beik | An HVDC off-shore wind generation scheme with high voltage hybrid generator | |
| KR20140032877A (en) | Photovoltaic power plant | |
| CN201903629U (en) | Alternating current transformation-type excitation synchronous wind power generation experimental facility | |
| RU2485346C1 (en) | Autonomous wind-driven station | |
| RU2422674C1 (en) | Independent wind-driven power station | |
| Caruso et al. | Experimental characterization of a wind generator prototype for sustainable small wind farms | |
| Potgieter et al. | Design specifications and optimisation of a directly grid-connected PM wind generator | |
| WO2019112729A1 (en) | Systems and methods for isolating faults in electrical power systems connected to a power grid | |
| EP2562417A1 (en) | Three-phase electrical generator and system for turbines | |
| Breban et al. | Study of a grid-connected hybrid wind/micro-hydro power system associated with a supercapacitor energy storage device | |
| RU2573576C2 (en) | Dc power supply device for self-contained transport vehicle | |
| JP6509661B2 (en) | Wind power generator | |
| ES2898204T3 (en) | Wind farm topology and procedure to operate it | |
| Adler et al. | Emulating the behavior of steam power plants using wind power stations to provide instantaneous and primary reserve: Providing ancillary services of steam power plants using wind power stations | |
| Rathore et al. | Performance evaluation of isolated 3-phase self-excited induction generator for remote mountainous region of Himalayas | |
| Sattarov et al. | Twin-Generator Reconfigurable Set for Wind Power Plant | |
| Andrei et al. | Improved rotor pole geometry of a PMSM for wind turbine applications with multiple high-speed generators |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20171231 |