RU2589719C1

RU2589719C1 - Method of controlling excitation of asynchronous valve generators

Info

Publication number: RU2589719C1
Application number: RU2015111325/07A
Authority: RU
Inventors: Владимир Степанович Климаш; Михаил Александрович Соколовский
Original assignee: Владимир Степанович Климаш; Михаил Александрович Соколовский
Priority date: 2015-03-30
Filing date: 2015-03-30
Publication date: 2016-07-10

Abstract

FIELD: electrical engineering.

SUBSTANCE: invention relates to electrical engineering and can be used in production of electric energy systems with asynchronous valve generators connected to DC voltage network, power systems or complexes. Method to control excitation of asynchronous generator shaft rotation speed of valve asynchronous machine of one or several generators can significantly differ from rated value, for example, when used in wind electric plants. Greatest effect is achieved at connecting generators and consumers to common DC voltage network.

EFFECT: technical result consists in regulation of valve asynchronous generator excitation regardless of voltage at their outlet, which allows asynchronous brushless DC generators operating in parallel on DC voltage network.

1 cl, 1 dwg

Description

Изобретение относится к электротехнике, в частности к системам производства электрической энергии, и позволяет использовать асинхронные вентильные генераторы, подключенные к сети постоянного напряжения, входящей в состав энергетических систем или комплексов. При этом скорость вращения вала асинхронной машины одного или нескольких генераторов может сильно отличаться от номинальной, например, при использовании в ветроэлектрических установках. Наибольший эффект достигается при подключении генераторов и потребителей к общей сети постоянного напряжения.The invention relates to electrical engineering, in particular to systems for the production of electrical energy, and allows the use of asynchronous valve generators connected to a constant voltage network, which is part of energy systems or complexes. In this case, the rotation speed of the shaft of an asynchronous machine of one or several generators can differ greatly from the nominal one, for example, when used in wind power installations. The greatest effect is achieved when connecting generators and consumers to a common DC voltage network.

Известно устройство для возбуждения асинхронного вентильного генератора, где вентильный преобразователь совместно с возбуждающими конденсаторами поддерживает величину постоянного напряжения на выходе генератора на заданном уровне [Авторское свидетельство СССР № 902198, МПК H02P 9/46. Устройство для возбуждения асинхронного вентильного генератора / А.А. Дружков, М.Л. Костырев, В.Н. Волгин, П.Ю. Грачев, Н.В. Мотовилов. Опубл. 30.01.1982. Бюл. №4]. Недостаток этого аналога заключается в невозможности одновременной работы нескольких аналогичных генераторов, подключенных к общей сети постоянного напряжения. Это происходит из-за регулирования возбуждения асинхронной машины в зависимости от величины напряжения на выходе генератора. Кроме этого, использование конденсаторов возбуждения значительно увеличивает массу и габариты всего устройства в целом. A device is known for exciting an asynchronous valve generator, where the valve converter together with exciting capacitors maintains a constant voltage at the generator output at a given level [USSR Author's Certificate No. 902198, IPC H02P 9/46. A device for exciting an asynchronous valve generator / A.A. Druzhkov, M.L. Kostyrev, V.N. Volgin, P.Yu. Grachev, N.V. Motovilov. Publ. 01/30/1982. Bull. No. 4]. The disadvantage of this analogue is the impossibility of the simultaneous operation of several similar generators connected to a common DC voltage network. This is due to regulation of the excitation of the asynchronous machine, depending on the magnitude of the voltage at the output of the generator. In addition, the use of field capacitors significantly increases the mass and dimensions of the entire device as a whole.

Известен также способ возбуждения асинхронного генератора постоянного тока, описанный в работе [Торопцев, Н.Д. Асинхронные генераторы для автономных электроэнергетических установок / Н.Д. Торопцев. - М.: НТФ «Энергопрогресс», 2004. - 88 с.; ил. (глава 10)], который взят за прототип. Возбуждение асинхронной машины-прототипа производится путем изменения частоты действующего значения напряжения, подаваемого на асинхронную машину, в зависимости от величины измеренного постоянного напряжения на выходе генератора. Однако, если к общей сети постоянного напряжения с источниками и потребителями напряжения подключить несколько аналогичных генераторов, то на величину напряжения в сети в разной степени будут влиять все потребители и все источники электрической энергии. Кроме этого, величина напряжения на разных участках сети постоянного напряжения зависит от их протяженности и может сильно отличаться. Как следствие, регулирование возбуждения отдельно взятого асинхронного вентильного генератора по величине постоянного напряжения на его выходе становится не возможным.There is also a method of exciting an asynchronous DC generator, described in [Toroptsev, N.D. Asynchronous generators for autonomous power plants / N.D. Toroptsev. - M .: NTF "Energoprogress", 2004. - 88 p .; silt (chapter 10)], which is taken as a prototype. Excitation of an asynchronous prototype machine is done by changing the frequency of the effective voltage value supplied to the asynchronous machine, depending on the value of the measured DC voltage at the generator output. However, if several similar generators are connected to a common DC voltage network with voltage sources and consumers, then the voltage in the network will be affected to a varying degree by all consumers and all sources of electrical energy. In addition, the magnitude of the voltage in different parts of the DC voltage network depends on their length and can vary greatly. As a result, the regulation of the excitation of a single asynchronous valve generator by the value of the constant voltage at its output becomes impossible.

Задачей изобретения является создание способа регулирования возбуждения асинхронных вентильных генераторов.The objective of the invention is to provide a method for controlling the excitation of asynchronous valve generators.

Технический результат от решения поставленной задачи заключается в регулировании возбуждения асинхронных вентильных генераторов независимо от величины напряжения на их выходе, что позволяет асинхронным вентильным генераторам работать параллельно на сеть постоянного напряжения.The technical result from the solution of the problem lies in the regulation of the excitation of asynchronous valve generators regardless of the magnitude of the voltage at their output, which allows asynchronous valve generators to work in parallel on a constant voltage network.

Решение поставленной задачи достигается тем, что генерируемая энергия поступает на положительную и отрицательную шины сети постоянного напряжения через датчик мощности, а частота действующего значения напряжения и величина действующего значения напряжения на асинхронной машине регулируются пропорционально, в зависимости от величины и направления мощности между сетью постоянного напряжения и асинхронным вентильным генератором.The solution to this problem is achieved by the fact that the generated energy is supplied to the positive and negative buses of the DC voltage network through a power sensor, and the frequency of the effective voltage value and the value of the effective voltage value on the asynchronous machine are regulated proportionally, depending on the magnitude and direction of the power between the DC voltage network and asynchronous valve generator.

Сущность изобретения поясняется фиг. 1, где приведена функциональная схема устройства для реализации способа, содержащая следующие элементы: 1 - питающая сеть; 2 - фильтр; 3 - рекуператор; 4 - положительная шина сети постоянного напряжения; 5 - отрицательная шина сети постоянного напряжения; 6 - аккумуляторная батарея; 7 - выпрямитель; 8 - потребитель; 9 - дополнительный потребитель; 10 - датчик мощности; 11 - автономный инвертор напряжения; 12 - асинхронная машина; 13 - приводной двигатель; 14 - асинхронный вентильный генератор; 15 - дополнительный асинхронный вентильный генератор.The invention is illustrated in FIG. 1, which shows a functional diagram of a device for implementing the method, containing the following elements: 1 - power supply network; 2 - filter; 3 - recuperator; 4 - positive bus DC voltage; 5 - negative bus DC voltage; 6 - rechargeable battery; 7 - rectifier; 8 - consumer; 9 - additional consumer; 10 - power sensor; 11 - autonomous voltage inverter; 12 - asynchronous machine; 13 - drive engine; 14 - asynchronous valve generator; 15 - additional asynchronous valve generator.

Элементы функциональной схемы (фиг. 1) соединены следующим образом. Питающая сеть 1 присоединена к выходу фильтра 2 и входу выпрямителя 7. Вход фильтра 2 присоединен к выходу рекуператора 3. Положительные и отрицательные выводы рекуператора 3, выпрямителя 7, потребителя 8, дополнительного потребителя 9 и аккумуляторной батареи 6 подключены к соответствующей положительной 4 и отрицательной 5 шине сети постоянного напряжения. Асинхронный вентильный генератор 14 и дополнительный асинхронный вентильный генератор 15 устроены одинаково и состоят из приводного двигателя 13, присоединенного к валу асинхронной машины 12, которая присоединена к выходу автономного инвертора напряжения 11. Положительный и отрицательный выводы автономного инвертора напряжения 11 присоединены через датчик мощности 10 к соответствующей положительной 4 и отрицательной 5 шине сети постоянного напряжения. Выводы датчика мощности 10, присоединенные к шинам постоянного напряжения, являются выходом асинхронного вентильного генератора 14. Выход дополнительного асинхронного вентильного генератора 15 также присоединен к положительной и отрицательной шине постоянного напряжения.Elements of the functional diagram (Fig. 1) are connected as follows. The supply network 1 is connected to the output of the filter 2 and the input of the rectifier 7. The input of the filter 2 is connected to the output of the recuperator 3. The positive and negative terminals of the recuperator 3, rectifier 7, consumer 8, additional consumer 9 and battery 6 are connected to the corresponding positive 4 and negative 5 DC bus. The asynchronous valve generator 14 and the additional asynchronous valve generator 15 are arranged identically and consist of a drive motor 13 connected to the shaft of the asynchronous machine 12, which is connected to the output of the autonomous voltage inverter 11. The positive and negative terminals of the autonomous voltage inverter 11 are connected through the power sensor 10 to the corresponding positive 4 and negative 5 DC bus. The findings of the power sensor 10 connected to the DC busbars are the output of the asynchronous valve generator 14. The output of the additional asynchronous valve generator 15 is also connected to the positive and negative DC bus.

Способ включает следующие операции: регулирование возбуждения, управление частотой действующего значения напряжения, управление величиной действующего значения напряжения.The method includes the following operations: controlling the excitation, controlling the frequency of the effective voltage value, controlling the magnitude of the effective voltage value.

Последовательность и взаимосвязь операций способа приведены в описании принципа действия и формуле на предлагаемое изобретение. The sequence and relationship of the operations of the method are given in the description of the principle of action and the formula for the invention.

Устройство (см. фиг. 1) работает следующим образом.The device (see Fig. 1) works as follows.

Переменное напряжение питающей сети 1 выпрямляется при помощи выпрямителя 7 и поступает на положительную 4 и отрицательную 5 шины сети постоянного напряжения. От сети постоянного напряжения питаются потребитель 8 и дополнительный потребитель 9. Аккумуляторная батарея 6 заряжается от сети постоянного напряжения и обеспечивает подачу напряжения в сеть постоянного напряжения в случае прекращения подачи питания из питающей сети 1. Асинхронный вентильный генератор 14 и дополнительный асинхронный вентильный генератор 15 функционируют одинаково. Приводной двигатель 13 вращает вал асинхронной машины 12. Автономный инвертор напряжения 11 осуществляет регулирование возбуждения асинхронной машины 12, которая генерирует электрическую энергию. Генерируемая энергия через автономный инвертор напряжения 11 и через датчик мощности 10 поступает на шины сети постоянного напряжения. Регулировка возбуждения асинхронной машины проводится в зависимости от значения и направления измеряемой датчиком 10 мощности. Тем самым обеспечивается независимость регулировки возбуждения от величины напряжения в сети постоянного напряжения. Генерируемая асинхронным вентильным генератором 14 и дополнительным асинхронным вентильным генератором 15 энергия потребляется всеми потребителями в сети постоянного напряжения, при этом снижается потребляемая энергия из питающей сети 1. Если асинхронными вентильными генераторами вырабатывается энергии больше, чем потребляется, то при помощи рекуператора 3 эта энергия возвращается в питающую сеть 1. Фильтр 2 при этом осуществляет снижение уровня нелинейных искажений напряжения и тока на выходе рекуператора.The alternating voltage of the supply network 1 is rectified by means of a rectifier 7 and is supplied to the positive 4 and negative 5 buses of the DC network. The consumer 8 and the additional consumer 9 are fed from the DC network. The battery 6 is charged from the DC network and provides voltage to the DC network in the event of a power failure from the supply network 1. The asynchronous valve generator 14 and the additional asynchronous valve generator 15 function identically . The drive motor 13 rotates the shaft of the asynchronous machine 12. A stand-alone voltage inverter 11 controls the excitation of the asynchronous machine 12, which generates electrical energy. The generated energy through a stand-alone voltage inverter 11 and through a power sensor 10 is supplied to the DC bus. The excitation of the asynchronous machine is regulated depending on the value and direction of the power measured by the sensor 10. This ensures that the excitation control is independent of the magnitude of the voltage in the DC network. The energy generated by the asynchronous valve generator 14 and the additional asynchronous valve generator 15 is consumed by all consumers in the DC network, while the energy consumed from the supply network 1 is reduced. If asynchronous valve generators generate more energy than is consumed, then using energy recuperator 3, this energy is returned to mains 1. Filter 2 thus reduces the level of non-linear distortion of voltage and current at the output of the recuperator.

Способ работает следующим образом. Автономный инвертор напряжения с широтно-импульсной модуляцией выполняет операции по регулированию возбуждения асинхронной машины, вращаемой приводным двигателем, путем управления частотой и величиной действующего значения напряжения, подаваемого на асинхронную машину. При этом частоту и величину действующего значения напряжения изменяют пропорционально в соответствии с отношением

. В процессе регулирования возбуждения изменяется величина мгновенной мощности, измеряемой датчиком на выходе асинхронного вентильного генератора, а в случае перехода асинхронной машины в двигательный режим мощность, измеряемая датчиком, меняет направление. Поэтому все операции по регулированию возбуждения асинхронной машины выполняются в зависимости от величины и направления мощности, измеренной датчиком на выходе асинхронного вентильного генератора, при этом достигается номинальная генерируемая мощность машины. При вращении вала асинхронной машины ниже номинальной, необходимо уменьшение величины действующего значения напряжения на машине, при этом отношение

снижают.The method works as follows. An autonomous voltage inverter with pulse width modulation performs operations to control the excitation of an asynchronous machine rotated by a drive motor by controlling the frequency and magnitude of the effective voltage value supplied to the asynchronous machine. In this case, the frequency and magnitude of the effective voltage value is changed proportionally in accordance with the ratio

. In the process of regulating the excitation, the instantaneous power measured by the sensor at the output of the asynchronous valve generator changes, and if the asynchronous machine enters the motor mode, the power measured by the sensor changes direction. Therefore, all operations for regulating the excitation of an asynchronous machine are performed depending on the magnitude and direction of the power measured by the sensor at the output of the asynchronous valve generator, while the rated generated power of the machine is achieved. When the shaft of the asynchronous machine rotates below the nominal, it is necessary to reduce the value of the effective voltage value on the machine, while the ratio

reduce.

Наиболее целесообразной областью применения предлагаемого способа регулирования возбуждения асинхронных вентильных генераторов являются асинхронные вентильные генераторы, подключенные к сети постоянного напряжения, входящей в состав энергетических систем и комплексов, при этом скорость вращения вала асинхронной машины одного или нескольких генераторов может сильно отличаться от номинальной, например, при использовании в ветроэлектрических установках. Наибольший эффект достигается при подключении генераторов и потребителей к общей сети постоянного напряжения.The most appropriate area of application of the proposed method for controlling the excitation of asynchronous valve generators are asynchronous valve generators connected to a DC network, which is part of energy systems and complexes, while the rotation speed of the shaft of an asynchronous machine of one or more generators can be very different from the nominal, for example, when use in wind power installations. The greatest effect is achieved when connecting generators and consumers to a common DC voltage network.

Claims

A method for controlling the excitation of asynchronous valve generators, where the asynchronous valve generator consists of an autonomous voltage inverter with pulse-width modulation with an asynchronous machine connected to its output rotated by a drive motor, and according to which asynchronous pulse-width modulation is used to regulate the excitation of asynchronous machines by controlling the frequency of the actual voltage value, and the asynchronous machine generates electrical Energy, characterized in that the generated energy is supplied to the positive and negative buses of the DC voltage network through the power sensor, and the frequency of the voltage value and the value of the voltage value on the asynchronous machine are regulated proportionally, depending on the size and direction of power between the DC voltage network and the asynchronous valve generator.