RU2587022C1 - Система ограничения частоты вращения и мощности ветроагрегата - Google Patents
Система ограничения частоты вращения и мощности ветроагрегата Download PDFInfo
- Publication number
- RU2587022C1 RU2587022C1 RU2015106079/06A RU2015106079A RU2587022C1 RU 2587022 C1 RU2587022 C1 RU 2587022C1 RU 2015106079/06 A RU2015106079/06 A RU 2015106079/06A RU 2015106079 A RU2015106079 A RU 2015106079A RU 2587022 C1 RU2587022 C1 RU 2587022C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- shaft
- control device
- wind
- generator
- screw
- Prior art date
Links
- 238000004804 winding Methods 0.000 claims abstract description 4
- 230000001105 regulatory effect Effects 0.000 claims description 8
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract 1
- 238000009434 installation Methods 0.000 description 7
- 230000001360 synchronised effect Effects 0.000 description 6
- 239000007858 starting material Substances 0.000 description 2
- 238000004891 communication Methods 0.000 description 1
- 239000000470 constituent Substances 0.000 description 1
- 238000012423 maintenance Methods 0.000 description 1
- 230000007257 malfunction Effects 0.000 description 1
- 230000008092 positive effect Effects 0.000 description 1
- 230000003068 static effect Effects 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F03—MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS; WIND, SPRING, OR WEIGHT MOTORS; PRODUCING MECHANICAL POWER OR A REACTIVE PROPULSIVE THRUST, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- F03D—WIND MOTORS
- F03D1/00—Wind motors with rotation axis substantially parallel to the air flow entering the rotor
- F03D1/06—Rotors
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F03—MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS; WIND, SPRING, OR WEIGHT MOTORS; PRODUCING MECHANICAL POWER OR A REACTIVE PROPULSIVE THRUST, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- F03D—WIND MOTORS
- F03D7/00—Controlling wind motors
- F03D7/02—Controlling wind motors the wind motors having rotation axis substantially parallel to the air flow entering the rotor
- F03D7/04—Automatic control; Regulation
- F03D7/041—Automatic control; Regulation by means of a mechanical governor
-
- 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
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Sustainable Development (AREA)
- Sustainable Energy (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Combustion & Propulsion (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Wind Motors (AREA)
Abstract
Изобретение относится к ветроэнергетике. Система ограничения частоты вращения и мощности ветроагрегата содержит установленный горизонтально в корпусе подшипника вал с пропущенной через него штангой, одним концом системой тяг связанной с закрепленными на валу с возможностью поворота вокруг осей, перпендикулярных валу, лопастями, а другим - с регулирующим органом, выполненным в виде винта с навинченным на него и зафиксированным от продольного перемещения диском с приводом для вращения от первого исполнительного органа устройства управления, другой конец штанги связан с винтом регулирующего органа через упорный подшипник, винт регулирующего органа зафиксирован от проворачивания и механически связан с датчиком угла установки лопастей, устройство управления снабжено вторым исполнительным органом, установленным между электрической сетью и обмотками генератора, а к соответствующим входам устройства управления подключены выходы датчиков: угла установки лопастей, скорости ветра, частоты вращения, мгновенных значений тока и напряжения генератора. Изобретение направлено на повышение точности ограничения мощности и частоты вращения ветроагрегата. 1 ил.
Description
Изобретение относится к ветроэнергетике и может быть использовано для энергоснабжения бытовых и производственных потребителей.
Известно устройство RU 2354845, выбранное за прототип, позволяющее при вращении лопастей изменять их наклон к потоку с целью ограничения частоты вращения и мощности ветроагрегата.
Недостатками известного устройства являются сложность конструкции, снижающая ее надежность из-за наличия двух систем воздействия на угол установки лопастей (электродвигателя и тормозных устройств дисков), а также заклинивание системы при попытке затормозить вращение одного из дисков. Кроме того, регулирующее воздействие на угол установки лопастей пропорционально времени существования сигнала рассогласования регулируемого и задающего параметров на входе системы регулирования, что характерно для астатических систем автоматики, склонных к автоколебаниям и перерегулированию.
Задача предлагаемого изобретения заключается в повышении надежности и точности ограничения (поддержания на заданном уровне) мощности и частоты вращения ветроагрегата.
Технический результат достигается за счет того, что в системе ограничения частоты вращения и мощности ветроагрегата, содержащей установленный горизонтально в корпусе подшипника вал с пропущенной через него штангой, одним концом системой тяг связанной с закрепленными на валу с возможностью поворота вокруг осей, перпендикулярных валу, лопастями, а другим - с регулирующим органом, выполненным в виде винта с навинченным на него и зафиксированным от продольного перемещения диском с приводом для вращения от первого исполнительного органа устройства управления, согласно изобретению другой конец штанги связан с винтом регулирующего органа через упорный подшипник, винт регулирующего органа зафиксирован от проворачивания и механически связан с датчиком угла установки лопастей, устройство управления снабжено вторым исполнительным органом, установленным между электрической сетью и обмотками генератора, а к соответствующим входам устройства управления подключены выходы датчиков: угла установки лопастей, скорости ветра, частоты вращения, мгновенных значений тока и напряжения генератора, а также управляющий выход системы управления верхнего уровня.
Сущность заявляемой системы поясняется чертежом.
Система, согласно предлагаемому изобретению, содержит ориентированный горизонтально вал 1, установленный в корпусе 2 подшипника. Вал 1 является одновременно первичным валом редуктора 3, к выходу которого присоединен генератор 4. Через вал пропущена штанга 5 с возможностью перемещения ее в осевом направлении. Один из концов штанги системой тяг 6 связан с закрепленными на валу 1 лопастями 7, которые могут поворачиваться вокруг осей 8, перпендикулярных валу 1. На втором конце штанги установлен упорный подшипник 9 двухстороннего действия. Через подшипник 9 штанга связана с винтом 10, на который навинчен диск 11, зафиксированный от продольного перемещения относительно корпуса редуктора 3 и, следовательно, вала 1. Винт 10 и диск 11 в совокупности являются регулирующим органом системы ограничения частоты вращения и мощности ветроагрегата.
Венец диска 11 кинематически связан с выходом первого исполнительного органа 12, подключенного к первому выходу устройства управления 13. Второй выход устройства управления 13 соединен с входом вновь введенного исполнительного органа 14, включенного между электрической сетью и обмотками генератора. На соответствующие входы устройства управления поступают сигналы от датчиков (на чертеже не показаны): скорости ветра (1вх), частоты вращения вала генератора, а, следовательно, и вала 1 ветроагрегата (2вх), мгновенного значения тока генератора (3вх), мгновенного значения напряжения генератора (4вх), а также выходной сигнал от датчика 15 угла установки лопастей (5вх). На шестой вход устройства управления поступает сигнал на запуск или отключение ветроагрегата от системы управления верхнего уровня.
В данном конкретном исполнении системы ограничения частоты вращения и мощности ветроагрегата в качестве первого исполнительного органа 12 принят реверсивный электродвигатель постоянного тока с якорным управлением, связанный с венцом диска 11 зубчатым зацеплением. Функцию второго исполнительного органа 14 выполняет магнитный пускатель. В качестве датчика угла установки лопастей 15 принят потенциометр, движок которого имеет жесткую механическую связь с винтом 10. Устройство управления 13 выполнено на базе микроконтроллера с биполярным усилителем постоянного тока (на первом выходе) и с релейным усилителем (на втором выходе).
Заявляемая система ограничения частоты вращения и мощности ветроагрегата работает следующим образом.
Исполнительный орган 12 (электродвигатель) приводит во вращение диск 11 и тем самым осуществляет осевое перемещение винта 10 и штанги 5 и, в конечном итоге, изменяет угол установки лопастей 7 в ту или другую сторону со скоростью, соответствующей величине и полярности поданного на его якорь напряжения.
В исходном состоянии штанга 5 находится в крайнем левом положении, что соответствует флюгерному положению лопастей, и вал 1 ветроагрегата не вращается. Запуск ветроагрегата осуществляется по команде «пуск», поступающей на вход 6 устройства управления 13 от системы управления верхнего уровня или от оператора.
Входящий в устройство управления 13 микроконтроллер по заложенной в него программе обработки входных сигналов от датчиков скорости V ветра и частоты вращения n вала 1 формирует сигнал, направленный на поворот лопастей на угол установки β, при котором при данной скорости ветра и частоте вращения вала 1 на нем создается максимальный вращающий момент. Сигнал поступает с выхода микроконтроллера через биполярный усилитель на первый выход устройства управления 13 и далее на исполнительный орган 12 (якорь электродвигателя), на регулирующий орган (диск 11-винт 10), штангу и лопасти. Требуемый угол установки лопастей контролируется устройством управления 13 по сигналу обратной связи, поступающему на его пятый вход с выхода датчика 14 угла установки лопастей. При наличии ветра вал 1 набирает обороты. Устройство управления 13 по мере увеличения частоты вращения вала 1 ветроагрегата (контроль ее осуществляет подсоединенный ко второму входу устройства управления датчик частоты вращения вала 1) угол установки непрерывно корректирует. Цель корректировки - поддержание (в соответствии с характеристикой ветроагрегата M=f(V, n, β)) развиваемого момента на максимальном для достигнутой частоты вращения и существующей скорости ветра уровне.
Если генератор 4 ветроагрегата предназначен для работы параллельно с централизованной электрической сетью, то устройство управления 13 в тот момент, когда частота вращения вала генератора достигает (при достаточной скорости ветра) синхронной частоты вращения, со второго выхода выдает сигнал на вход второго исполнительного органа 14 (в данном конкретном случае магнитного пускателя) на подключение генератора к электрической сети. С этого момента нарастание частоты вращения вала генератора 4 прекращается. Она становится равной синхронной частоте вращения, если используется синхронный генератор, или близкой к синхронной, если используется асинхронный генератор. Неизменной остается, следовательно, и частота вращения вала 1 ветроагрегата.
Мощность же, отдаваемая генератором в сеть (рассчитывается микроконтроллером по известным мгновенным значениям тока i и напряжения u, поступающим от датчиков мгновенных значений тока и напряжения генератора), с увеличением скорости ветра увеличивается и достигает допустимой для данного генератора величины при расчетной для ветроагрегата скорости ветра. Если скорость ветра превышает расчетную, то устройство управления 13 в диапазоне скоростей выше расчетной переходит на другой закон регулирования угла установки лопастей. В этом диапазоне микроконтроллер поддерживает необходимую мощность генератора теперь уже по сигналам о величине тока и напряжения, поступающим с генератора. Поддержание осуществляется путем увода угла установки лопастей от оптимального значения. В сторону увеличения при некотором превышении развиваемой генератором мощности или в сторону уменьшения, если мощность генератора становится несколько меньше допустимой величины.
Таким образом, при параллельной работе генератора ветроагрегата с электрической сетью в нормальном рабочем режиме система осуществляет ограничение развиваемой генератором мощности.
При нарушении рабочего режима (неисправность генератора, обрыв линии связи генератора с электрической сетью и др.) система переходит в режим ограничения частоты вращения. В этом случае, когда частота вращения генератора становится несколько выше синхронной, устройство управления 13, как и при ограничении мощности, по сигналу от датчика частоты вращения выдает сигнал на увеличение угла установки лопастей. Нарастание частоты вращения из-за ухода, как было показано выше, угла установки лопастей от оптимального значения прекращается.
Если генератор используется для питания электрической нагрузки, в автономном режиме, то устройство управления 13 описанным выше способом ограничивает частоту вращения генератора на уровне синхронной частоты вращения. Мощность генератора при этом не зависит от скорости ветра, а зависит только от количества и мощности подключенных к нему потребителей. Ограничение мощности в этом случае осуществляется системой управления верхнего уровня или оператором. Это достигается путем отключения от генератора, как правило, потребителей 3-ей группы по надежности электроснабжения.
Таким образом, система ограничения частоты вращения и мощности ветроагрегата, согласно предлагаемому изобретению, по сравнению с прототипом имеет меньшее количество составляющих ее элементов, следовательно, более надежна в эксплуатации. В ней исключается возможность заклинивания винтовой пары. Кроме того, за счет введения датчика угла установки лопастей становится возможной организация отрицательной обратной связи, позволяющей устройству управления вести статическое или, при необходимости, пропорционально интегрально дифференциальное (ПИД) регулирование. При этом повышается по сравнению с астатическим регулированием, осуществляемом в прототипе, устойчивость системы, исключается возможное качание лопастей и перерегулирование, что в конечном итоге повышает точность регулирования (ограничения) параметров.
Все это в совокупности и составляет положительный эффект предлагаемого изобретения.
Источники информации
Патент RU №2354845; опубликовано 10.05.2009.
Claims (1)
- Система ограничения частоты вращения и мощности ветроагрегата, содержащая установленный горизонтально в корпусе подшипника вал с пропущенной через него штангой, одним концом системой тяг связанной с закрепленными на валу с возможностью поворота вокруг осей, перпендикулярных валу, лопастями, а другим - с регулирующим органом, выполненным в виде винта с навинченным на него и зафиксированным от продольного перемещения диском с приводом для вращения от первого исполнительного органа устройства управления, отличающаяся тем, что другой конец штанги связан с винтом регулирующего органа через упорный подшипник, винт регулирующего органа зафиксирован от проворачивания и механически связан с датчиком угла установки лопастей, устройство управления снабжено вторым исполнительным органом, установленным между электрической сетью и обмотками генератора, а к соответствующим входам устройства управления подключены выходы датчиков: угла установки лопастей, скорости ветра, частоты вращения, мгновенных значений тока и напряжения генератора.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2015106079/06A RU2587022C1 (ru) | 2015-02-20 | 2015-02-20 | Система ограничения частоты вращения и мощности ветроагрегата |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2015106079/06A RU2587022C1 (ru) | 2015-02-20 | 2015-02-20 | Система ограничения частоты вращения и мощности ветроагрегата |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2587022C1 true RU2587022C1 (ru) | 2016-06-10 |
Family
ID=56115736
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2015106079/06A RU2587022C1 (ru) | 2015-02-20 | 2015-02-20 | Система ограничения частоты вращения и мощности ветроагрегата |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2587022C1 (ru) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2777427C2 (ru) * | 2020-08-12 | 2022-08-03 | Юлий Борисович Соколовский | Мультироторный ветродвигатель |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| MD3518B2 (en) * | 2004-04-22 | 2008-02-29 | Ion Arsene | Windmill (variants) |
| RU2433301C2 (ru) * | 2009-11-03 | 2011-11-10 | Константин Сергеевич Моренко | Двухроторный ветрогенератор |
| US20130216378A1 (en) * | 2012-02-16 | 2013-08-22 | Clipper Windpower, Llc | Passive Governor for Windpower Applications |
-
2015
- 2015-02-20 RU RU2015106079/06A patent/RU2587022C1/ru not_active IP Right Cessation
Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| MD3518B2 (en) * | 2004-04-22 | 2008-02-29 | Ion Arsene | Windmill (variants) |
| RU2433301C2 (ru) * | 2009-11-03 | 2011-11-10 | Константин Сергеевич Моренко | Двухроторный ветрогенератор |
| US20130216378A1 (en) * | 2012-02-16 | 2013-08-22 | Clipper Windpower, Llc | Passive Governor for Windpower Applications |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2777427C2 (ru) * | 2020-08-12 | 2022-08-03 | Юлий Борисович Соколовский | Мультироторный ветродвигатель |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US8334610B2 (en) | Gearless pitch control mechanism for starting, stopping and regulating the power output of wind turbines without the use of a brake | |
| CN101124717B (zh) | 数字高分辨率控制器 | |
| JP5941744B2 (ja) | 発電システム | |
| KR20150122687A (ko) | 풍력 터빈 제어 시스템 | |
| KR20170000933A (ko) | 시간 지연 추정을 이용한 풍력 터빈의 피치 제어 시스템 | |
| CN104280681A (zh) | 电机动态负载模拟系统 | |
| US10240582B2 (en) | Wind turbine with a rotor positioning system | |
| RU2587022C1 (ru) | Система ограничения частоты вращения и мощности ветроагрегата | |
| JP6475292B2 (ja) | 風力発電装置とその制御方法並びに改修方法 | |
| CN106121915A (zh) | 风机液压变桨系统及方法 | |
| RU2426895C1 (ru) | Автоматический комбинированный микропроцессорный регулятор температуры энергетической установки транспортного средства | |
| Gevorkov et al. | Simulink based model of electric drive for throttle valve in pumping application | |
| DK2917799T3 (en) | Method of controlling a screwdriver and screwdriver | |
| WO2009004633A2 (en) | Variable speed generator with voltage regulation system based on the stator and/or rotor winding length | |
| JP2019065862A (ja) | 風力発電装置と、その制御装置、並びにその制御方法 | |
| RU2605490C2 (ru) | Гидравлическая система регулирования угла установки лопастей ветротурбины | |
| RU2587028C1 (ru) | Ветроагрегат с системой ограничения мощности и частоты вращения | |
| CN116783814A (zh) | 发电系统以及发电系统用的控制装置 | |
| Goyal et al. | A novel technique proposed for automatic control of small hydro power plants | |
| EP3059444B1 (en) | Method and apparatus for controlling wind turbine generator and wind turbine generator | |
| WO2015044795A1 (en) | Installation for electricity generation | |
| RU2323369C2 (ru) | Регулятор оборотов ветроколеса ветродвигателя | |
| JPS6410670B2 (ru) | ||
| KR101487992B1 (ko) | 가변속 풍력발전기 및 그 운전 방법 | |
| Stelmashchuk et al. | Electromechanical speed control system for steam turbine generator |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20180221 |