RU2674815C2 - Wind generator - Google Patents
Wind generator Download PDFInfo
- Publication number
- RU2674815C2 RU2674815C2 RU2017112423A RU2017112423A RU2674815C2 RU 2674815 C2 RU2674815 C2 RU 2674815C2 RU 2017112423 A RU2017112423 A RU 2017112423A RU 2017112423 A RU2017112423 A RU 2017112423A RU 2674815 C2 RU2674815 C2 RU 2674815C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- wind
- generator
- electric machine
- normally
- mode
- Prior art date
Links
- 230000002441 reversible effect Effects 0.000 claims abstract description 3
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract 1
- 230000005611 electricity Effects 0.000 description 3
- 230000007704 transition Effects 0.000 description 3
- 230000001960 triggered effect Effects 0.000 description 2
- 241001079251 Euodia Species 0.000 description 1
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 1
- 230000003111 delayed effect Effects 0.000 description 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 1
- 238000000034 method Methods 0.000 description 1
- 238000012544 monitoring process Methods 0.000 description 1
- 230000000737 periodic effect Effects 0.000 description 1
- 238000010248 power generation Methods 0.000 description 1
- 238000009987 spinning Methods 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
- F03D7/00—Controlling wind motors
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02P—CONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
- H02P9/00—Arrangements for controlling electric generators for the purpose of obtaining a desired output
-
- 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)
- Power Engineering (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)
- Control Of Eletrric Generators (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к области ветроэнергетики и может быть использовано в ветроэлектрических агрегатах для их пуска при малых скоростях ветра.The invention relates to the field of wind energy and can be used in wind power units for their launch at low wind speeds.
Известен способ управления ветроэлектрическим агрегатом (авторское свидетельство СССР №1373862), снабженным ветроколесом, связанным через редуктор с ротором электрогенератора, путем формирования управляющего сигнала и использования его для коммутации к выходу электрогенератора нагрузки, мощность которой соответствует мощности, развиваемой электрогенератором.A known method of controlling a wind power unit (USSR author's certificate No. 1373862), equipped with a wind wheel connected through a gearbox to the rotor of the generator, by generating a control signal and using it for switching to the output of the load generator, the power of which corresponds to the power developed by the generator.
К недостаткам устройства относится отсутствие режима отключения нагрузки при остановке, что затрудняет трогание ветроколеса из-за электромеханического сопротивления генератора при слабом ветре.The disadvantages of the device include the lack of load disconnection during stopping, which makes it difficult to start the wind wheel due to the electromechanical resistance of the generator in light winds.
Наиболее близким к предлагаемому техническому решению является ветрогенератор (патент US 7456510 В2), содержащий трехфазный генератор переменного тока, трехфазный двухполупериодный выпрямитель, переключающее реле, управляющую цепь, таймер, измеритель скорости вращения ротора ветрогенератора, ветроколесо, цепь нагрузки, содержащую контроллер заряда аккумулятора, аккумулятор, преобразователь постоянного напряжения.Closest to the proposed technical solution is a wind generator (patent US 7456510 B2), containing a three-phase alternating current generator, a three-phase two-half-wave rectifier, a switching relay, a control circuit, a timer, a rotor speed meter, a wind wheel, a load circuit containing a battery charge controller, a battery , DC / DC converter.
Устройство работает в двух режимах: генерации электроэнергии от ветряка и помощи запуска. Измеритель скорости вращения ротора ветрогенератора контролирует скорость вращения ротора, при низкой скорости вращения (в случае малой скорости ветра) система переходит в режим помощи запуска, при котором переключающее реле коммутирует цепь таким образом, что напряжение от аккумулятора через преобразователь постоянного напряжения, управляющую цепь подается на генератор, тем самым раскручивая ветроколесо. Таймер обеспечивает периодический режим работы до тех пор, пока скорость ветроколеса не превысит пороговое значение вследствие повышения скорости ветра, и, соответственно, увеличения скорости вращения ротора ветрогенератора. При этом устройство переходит в режим генерации и происходит заряд аккумулятора.The device operates in two modes: generating electricity from a wind turbine and launch assistance. The rotor speed meter of the wind generator controls the rotor speed, at low speed (in case of low wind speed) the system switches to start-up assistance mode, in which the switching relay switches the circuit so that the voltage from the battery through the DC / DC converter, the control circuit is supplied to generator, thereby spinning a wind wheel. The timer provides a periodic mode of operation until the wind wheel speed exceeds a threshold value due to an increase in wind speed, and, accordingly, an increase in the rotational speed of the wind generator rotor. In this case, the device goes into generation mode and the battery is charged.
Недостатками устройства являются:The disadvantages of the device are:
1. Наличие только двух режимов работы: генерации и помощи запуска, определяемое положением двухпозицнонного переключающего реле. При низкой 1. The presence of only two operating modes: generation and start assistance, determined by the position of the two-position switching relay. At low
скорости ветра постоянное включение режима помощи запуска не приводит к переходу в генераторный режим, а только вызывает дополнительный укоренный разряд аккумулятора.wind speed, the constant inclusion of the start assistance mode does not lead to the transition to the generator mode, but only causes an additional root discharge of the battery.
2. Измеритель скорости вращения ротора ветрогенератора контролирует только вращение ветрогенератора, в то время как важна величина генерируемого напряжения, которая зависит не только от скорости вращения ротора генератора, но и состояния вторичной сети, в частности, степени зарядки аккумулятора.2. The rotor speed meter of the wind generator controls only the rotation of the wind generator, while the magnitude of the generated voltage is important, which depends not only on the rotation speed of the generator rotor, but also on the state of the secondary network, in particular, the degree of battery charge.
3. В схеме ветрогенератора не показана подключенная внешняя нагрузка, величина которой нестабильна. При изменении нагрузки изменяется ток, потребляемый от генератора, и, соответственно, изменится электромеханический момент сопротивления вращения генератора. Следовательно, настройка режима пуска генератора на определенную скорость вращения не всегда приводит к реальному переходу в режим генерации, так как при низкой скорости ветра величина силы вращения, создаваемой ветроколесом, меньше электромагнитной силы торможения генератора, заданной повышенной нагрузкой. В таком случае после включения режима генерации ветроколесо остановится.3. The connected external load, the value of which is unstable, is not shown in the wind generator circuit. When the load changes, the current consumed from the generator changes, and, accordingly, the electromechanical moment of rotation resistance of the generator changes. Therefore, setting the start-up mode of the generator to a certain rotation speed does not always lead to a real transition to the generation mode, since at low wind speeds the magnitude of the rotation force created by the wind wheel is less than the electromagnetic braking force of the generator given by the increased load. In this case, after turning on the generation mode, the wind wheel will stop.
Задачей изобретения является расширение динамического диапазона ветровой нагрузки ветрогенератора путем снижения нижнего порога рабочего диапазона.The objective of the invention is to expand the dynamic range of the wind load of the wind generator by lowering the lower threshold of the operating range.
Поставленная задача решается тем, что в устройство, содержащее ветроколесо, связанное механическим валом с ротором электрической машины, которая через нормально-замкнутый первый ключ и выпрямительно-зарядное устройство соединена с аккумулятором и входом инвертора, который выходом подключен к нагрузке и таймер, согласно изобретению, в устройство дополнительно введены двухпороговый компаратор, нормально-разомкнутый второй ключ, при этом двухпороговый компаратор присоединен входом к электрической машине, а выходом связан с управляющим входом нормально-замкнутого первого ключа и с входом таймера, выходом подключенного к управляющему входу нормально-разомкнутого второго ключа, при помощи которого аккумулятор подсоединяется через преобразователь напряжения к электрической машине, при этом электрическая машина является обратимой и работает как в режиме генератора, так и в режиме двигателя.The problem is solved in that in a device containing a wind wheel connected by a mechanical shaft to the rotor of an electric machine, which through a normally-closed first key and a rectifier-charging device is connected to the battery and the inverter input, which is connected to the load by an output, and a timer, according to the invention, a two-threshold comparator, a normally-open second key are additionally introduced into the device, while the two-threshold comparator is connected by an input to an electric machine, and the output is connected to a control the input of the normally-closed first key and with the timer input connected to the control input of the normally-open second key, by which the battery is connected via a voltage converter to an electric machine, while the electric machine is reversible and operates both in generator mode and in engine mode.
Ветрогенератор имеет три режима работы: генераторный, ожидания и помощи запуска. При низкой скорости ветра ветрогенератор часть времени находится в режиме ожидания, периодически включая режим помощи запуска. При малой скорости ветра, и, соответственно низкой скорости вращения, ветрогенератор переходит в режим ожидания, The wind generator has three operating modes: generating, standby, and assisted starting. At low wind speeds, the wind generator is in standby mode for some time, periodically turning on the start assist mode. At a low wind speed, and, accordingly, a low rotation speed, the wind generator goes into standby mode,
при котором генератор отключен от вторичной цепи, аккумулятор нагружен только на маломощные управляющие цепи.in which the generator is disconnected from the secondary circuit, the battery is loaded only on low-power control circuits.
В предлагаемой схеме ветрогенератора вместо измерителя скорости вращения ротора ветрогенератора используется двухпороговый компаратор, который по величине выходного напряжения генератора задает один из вышеописанных трех режимов. В этом случае оценивается в совокупности, как величина генерируемого напряжения, так и состояние вторичной цепи, в частности, состояния аккумулятора и нагрузки.In the proposed scheme of the wind generator, instead of measuring the rotor speed of the wind generator, a two-threshold comparator is used, which sets one of the above three modes by the value of the generator output voltage. In this case, both the magnitude of the generated voltage and the state of the secondary circuit, in particular, the state of the battery and load, are evaluated in the aggregate.
В отличие от прототипа, ветрогенератор содержит инвертор, связанный с нагрузкой, что дает возможность учитывать изменение нагрузки на режим работы всей схемы.Unlike the prototype, the wind generator contains an inverter associated with the load, which makes it possible to take into account the change in load on the operation mode of the entire circuit.
Предлагаемый ветрогенератор содержит три отличия от прототипа, дающие ему новые возможности:The proposed wind generator contains three differences from the prototype, giving it new opportunities:
- вместо двухпозиционного реле используются два ключа, обеспечивающие три режима работы: генераторный, помощи запуска и ожидания. Режим ожидания позволяет снижать разряд аккумулятора;- instead of a two-position relay, two keys are used, which provide three operating modes: generating, starting aid and standby. Standby mode allows you to reduce battery drain;
- вместо измерителя скорости вращения ротора ветрогенератора используется двухпороговый компаратор. Величины пороговых напряжений двухпорогового компаратора определяются типом генератора, его электромеханическими характеристиками и типом и размерами ветроколеса;- instead of the rotor speed meter of the wind generator, a two-threshold comparator is used. The threshold voltage values of the two-threshold comparator are determined by the type of generator, its electromechanical characteristics and the type and size of the wind wheel;
- в схеме добавлен инвертор, связанный с нагрузкой. Два последних изменения позволяют перейти от контроля скорости вращения ротора к контролю входного напряжения генератора, которое зависит не только от скорости вращения ротора генератора, но и от состояния аккумулятора и сопротивления внешней нагрузки всего ветрогенератора.- Inverter connected to the load is added to the circuit. The last two changes allow us to move from monitoring the rotor speed to controlling the input voltage of the generator, which depends not only on the speed of rotation of the rotor of the generator, but also on the state of the battery and the external load resistance of the entire wind generator.
В прототипе запуск режима генерации осуществляется принудительно, в случае низкой скорости ветра режим помощи запуска повторяется периодически. Переключение в генераторный режим осуществляется непосредственно из режима помощи запуска, нагрузка подключена постоянно, при низкой скорости ветра ветроколесо затормозится электромагнитным моментом генератора под нагрузкой.In the prototype, the start of the generation mode is forced, in the case of a low wind speed, the start assistance mode is repeated periodically. Switching to the generator mode is carried out directly from the start help mode, the load is connected constantly, at a low wind speed, the wind wheel is braked by the electromagnetic moment of the generator under load.
В предлагаемом техническом решении при низкой скорости ветра режим помощи запуска чередуется с режимом ожидания, в котором анализируется скорость ветра. При низкой скорости ветра происходит задержка включения режима помощи запуска для ожидания усиления ветра.In the proposed technical solution at low wind speeds, the start assist mode alternates with a standby mode in which the wind speed is analyzed. At low wind speeds, the start assist mode is delayed to wait for wind to gain.
При увеличении скорости ветра включение генераторного режима происходит после задержки, позволяющей раскрутиться ветроколесу за счет энергии ветра и только после этого осуществляется переход в генераторный режим.When the wind speed increases, the generator mode is switched on after a delay that allows the wind wheel to spin up due to wind energy and only after that the transition to the generator mode is carried out.
Структурная схема ветрогенератора представлена на фиг. 1. Ветроколесо 1 связано механическим валом 2 с электрической машиной 3, которая работает как в качестве электрогенератора, так и двигателя.The block diagram of the wind generator is shown in FIG. 1. The
Энергия от электрической машины, работающей в режиме генератора через нормально-замкнутый первый ключ 4 и выпрямительно-зарядное устройство 5 поступает на инвертор 7 и далее в нагрузку 8, а также накапливается в аккумуляторе 6. Двухпороговый компаратор 9 контролирует напряжение на выходе электрической машины 3, управляет работой таймера 10 и нормально-замкнутого первого ключа 4. Таймер выдает сигнал на замыкание нормально-разомкнутого второго ключа 11, соединяющего аккумулятор, через преобразователь напряжения 12 с электрической машиной 3, переводя ее в режим двигателя.Energy from an electric machine operating in generator mode through a normally-closed first key 4 and a rectifier-
Устройство работает следующим образом.The device operates as follows.
В режиме генерации электроэнергии ветер крутит ветроколесо 1, электрическая машина 3 работает как генератор. При остановке ветроколеса 1 из-за малого напора ветра напряжение на выходе электрической машины 3 уменьшается до нуля, при этом срабатывает двухпороговый компаратор 9 и дает команду на размыкание нормально-замкнутого первого ключа 4, отключая электрическую машину от выпрямительно-зарядного устройства 5, переводя его в режим ожидания. При появлении ветра малой интенсивности ветроколесо 1 начнет вращаться при малой скорости, электрическая машина 3 вырабатывает напряжение, отличное от нуля, при этом двухпороговый компаратор 9 вырабатывает сигналы, соответствующие режиму помощи запуска.In the power generation mode, the wind rotates the
В режиме помощи запуска по сигналу двухпорогового компаратора 9 таймер 10 дает команду на замыкание нормально-разомкнутого второго ключа 11, передавая электроэнергию от аккумулятора 6 через преобразователь напряжения 12 на электрическую машину 3, приводя во вращение ее ротор, т.е. «толкая» ее. Электрическая машина 3 в этом режиме будет работать как двигатель. Преобразователь напряжения 12 формирует уровень напряжения, необходимый для начала вращения электрической машины 3 и ветроколеса 1. Такой «толчок» необходим, чтобы электрической машине 3 превысить момент страгивания и начать вращаться за счет энергии ветра, если скорость ветра достаточна для поддержания вращения. После «толчка» устройство переходит в режим ожидания, в котором анализируется скорость ветра. Если скорость ветра и In the start assistance mode, by the signal of the two-
скорость вращения ротора генератора низки, режим ожидания продлевается на заранее определенное время, после которого снова запускается режим помощи запуска.the rotor speed of the generator rotor is low, the standby mode is extended for a predetermined time, after which the start help mode starts again.
Если в режиме помощи запуска ветер раскручивает ветроколесо и напряжение на выходе электрической машины 3 достигает определенной величины, включается режим генерации, при этом двухпороговый компаратор срабатывает 9, дает сигнал на замыкание нормально-замкнутого первого ключа 4 и электроэнергия от электрической машины 3 начнет передаваться на аккумулятор бив нагрузку 8. Таймер 10 при этом останавливается, нормально-разомкнутый второй ключ 11 размыкается.If in the start help mode the wind spins the wind wheel and the voltage at the output of the
В случае, если после «толчка» электрической машины 3 и связанного с ней ветроколеса 1 вращение не возобновится под ветровым воздействием, таймер 10 через заданные промежутки времени будет формировать импульсы, подключающие аккумулятор 6 к электрической машине 3 и «толкающие» ее до тех пор, пока не начнется вращение ветроколеса и электрической машины под действием ветра.In the event that after the “push” of the
Таким образом, нижний порог работы ветрогенератора снижается за счет возможности запуска при меньшей энергии ветра из-за перевода электрической машины, работающей как генератор, в режимы помощи запуска и ожидания с целью преодоления момента трогания всего механизма.Thus, the lower threshold of the wind generator is reduced due to the possibility of starting at lower wind energy due to the transfer of an electric machine operating as a generator into start-up and standby assistance modes in order to overcome the moment of starting the whole mechanism.
Claims (1)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2017112423A RU2674815C2 (en) | 2017-04-11 | 2017-04-11 | Wind generator |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2017112423A RU2674815C2 (en) | 2017-04-11 | 2017-04-11 | Wind generator |
Publications (3)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2017112423A RU2017112423A (en) | 2018-10-11 |
RU2017112423A3 RU2017112423A3 (en) | 2018-10-11 |
RU2674815C2 true RU2674815C2 (en) | 2018-12-13 |
Family
ID=63863479
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2017112423A RU2674815C2 (en) | 2017-04-11 | 2017-04-11 | Wind generator |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2674815C2 (en) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2730751C1 (en) * | 2019-06-10 | 2020-08-25 | Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Балтийский федеральный университет имени Иммануила Канта" (БФУ им. И. Канта) | Wind-driven generator control system |
Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
SU780142A1 (en) * | 1978-12-04 | 1980-11-15 | Всесоюзное Научно-Производственное Объединение "Циклон" | Wind-electric plant |
SU1048158A1 (en) * | 1982-04-01 | 1983-10-15 | Popov Vadim A | Wind-driven power unit |
SU1366688A1 (en) * | 1985-11-26 | 1988-01-15 | Научно-производственное объединение "Ветроэн" | Wind unit |
FR2787522A1 (en) * | 1998-12-22 | 2000-06-23 | Onera (Off Nat Aerospatiale) | Obtaining maximum energy from aero-generator by imposing a rotor speed such that the air speed downstream of the rotor housing times root three equals the airspeed upstream of the rotor housing |
US7456510B2 (en) * | 2002-11-15 | 2008-11-25 | Zephyr Corporation | Wind power generator |
-
2017
- 2017-04-11 RU RU2017112423A patent/RU2674815C2/en active
Patent Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
SU780142A1 (en) * | 1978-12-04 | 1980-11-15 | Всесоюзное Научно-Производственное Объединение "Циклон" | Wind-electric plant |
SU1048158A1 (en) * | 1982-04-01 | 1983-10-15 | Popov Vadim A | Wind-driven power unit |
SU1366688A1 (en) * | 1985-11-26 | 1988-01-15 | Научно-производственное объединение "Ветроэн" | Wind unit |
FR2787522A1 (en) * | 1998-12-22 | 2000-06-23 | Onera (Off Nat Aerospatiale) | Obtaining maximum energy from aero-generator by imposing a rotor speed such that the air speed downstream of the rotor housing times root three equals the airspeed upstream of the rotor housing |
US7456510B2 (en) * | 2002-11-15 | 2008-11-25 | Zephyr Corporation | Wind power generator |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2730751C1 (en) * | 2019-06-10 | 2020-08-25 | Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Балтийский федеральный университет имени Иммануила Канта" (БФУ им. И. Канта) | Wind-driven generator control system |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
RU2017112423A (en) | 2018-10-11 |
RU2017112423A3 (en) | 2018-10-11 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP4249134B2 (en) | Wind power generator | |
AU2005222229A1 (en) | Generator | |
CN106712092A (en) | System with function of black start, and black start method | |
JP2015056942A (en) | Hybrid power generation system | |
CN105141214B (en) | A kind of processing method of electric machine controller to busbar voltage failure | |
CN103066622A (en) | Novel double-fed wind generating set and run mode thereof | |
RU2674815C2 (en) | Wind generator | |
JP5740279B2 (en) | Flywheel power generation equipment and operation method thereof | |
US20150093255A1 (en) | Method and arrangement for controlling a solar powered pump | |
KR20120100228A (en) | Double-sided converter for initial operating in wind turbine, apparatus and method for initial operating using the same | |
CN106712559A (en) | Control method based on parallel connection of UPS (Uninterrupted Power Supply) photovoltaic off-grid inverters | |
JP2010200533A (en) | Wind power generation system and method for controlling stall of the same | |
CN102142711A (en) | Control system of wind driven generator | |
CN105720885B (en) | A method of realizing high-voltage frequency converter low voltage crossing | |
JP6286901B2 (en) | Power generation system | |
CN209448499U (en) | A kind of secondary power system and photovoltaic inverting system of photovoltaic inverting system | |
CN103515952A (en) | Discharge depth control method of flywheel energy storage system connected to micro direct-current grid | |
JP2005127254A (en) | Power supply device and power generator equipped with it | |
JP2016185005A (en) | Operation switching device of hydraulic power generation system | |
JP6453107B2 (en) | Power generation system | |
CN105222346B (en) | A kind of boiler powered by wind-driven generator | |
CN203925879U (en) | A kind of electronic feathering control system | |
KR20190124603A (en) | Motor drive apparatus performing regenerative breaking | |
JP2015002645A (en) | Generator control device and power generation control method | |
JP2022146129A (en) | Pumped storage power generation system, control apparatus, and control method |