RU2724622C1 - Device for voltage stabilization of wind-driven power plant - Google Patents

Device for voltage stabilization of wind-driven power plant Download PDF

Info

Publication number
RU2724622C1
RU2724622C1 RU2019141750A RU2019141750A RU2724622C1 RU 2724622 C1 RU2724622 C1 RU 2724622C1 RU 2019141750 A RU2019141750 A RU 2019141750A RU 2019141750 A RU2019141750 A RU 2019141750A RU 2724622 C1 RU2724622 C1 RU 2724622C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
voltage stabilization
block
unit
transformer
field
Prior art date
Application number
RU2019141750A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Андрей Викторович Квитко
Александр Дмитриевич Сидоренко
Андрей Андреевич Гончаров
Original Assignee
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Кубанский государственный аграрный университет имени И.Т. Трубилина"
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Кубанский государственный аграрный университет имени И.Т. Трубилина" filed Critical Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Кубанский государственный аграрный университет имени И.Т. Трубилина"
Priority to RU2019141750A priority Critical patent/RU2724622C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2724622C1 publication Critical patent/RU2724622C1/en

Links

Images

Classifications

    • 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
    • H02P9/14—Arrangements for controlling electric generators for the purpose of obtaining a desired output by variation of field
    • H02P9/26—Arrangements for controlling electric generators for the purpose of obtaining a desired output by variation of field using discharge tubes or semiconductor devices
    • H02P9/30—Arrangements for controlling electric generators for the purpose of obtaining a desired output by variation of field using discharge tubes or semiconductor devices using semiconductor devices
    • H02P9/305—Arrangements for controlling electric generators for the purpose of obtaining a desired output by variation of field using discharge tubes or semiconductor devices using semiconductor devices controlling voltage

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Control Of Eletrric Generators (AREA)

Abstract

FIELD: electrical engineering.SUBSTANCE: invention relates to electrical engineering and is intended for conversion of wind energy into electrical energy with stable parameters of output voltage. Voltage stabilization device of wind-driven power plant includes wind wheel (1), asynchronous generator (3), excitation capacitors unit (7) and voltage stabilization system (8), according to invention voltage stabilization system (8) includes unit of control capacitors (9), rectifying unit (10), field-effect transistor (11), matching converter (12), transformer-rectifier unit (13), wherein first, second and third inputs of transformer-rectifier unit (13) are inputs of voltage stabilization system (8), negative output terminal of transformer-rectifier unit (13) through matching converter (12) is connected to field transistor (11) gate, positive output terminal of transformer-rectifier unit (13) through matching converter (12) is connected to source of field transistor (11) and first input of rectifier unit (10), drain of field transistor (11) is connected to second input of rectifier unit (10), output of rectifier unit (10) through unit of control capacitors (9) is connected to outputs (4), (5) and (6) of asynchronous generator (3) and input unit of excitation capacitors (7).EFFECT: higher reliability.1 cl, 1 dwg

Description

Изобретение относится к электротехнике и предназначено для преобразования энергии ветра в электрическую энергию при стабильных параметрах выходного напряжения.The invention relates to electrical engineering and is intended to convert wind energy into electrical energy with stable output voltage parameters.

Известно устройство (патент РФ №2225531, F03D 7/04, Бюл. №7, 2004), состоит из асинхронного многоскоростного генератора, блока коммутации, устройства стабилизации напряжения, конденсаторов возбуждения и дополнительных конденсаторов, электромагнитной муфты и системы стабилизации частоты.A device is known (RF patent No. 2225531, F03D 7/04, Bull. No. 7, 2004), consists of an asynchronous multi-speed generator, a switching unit, a voltage stabilization device, field capacitors and additional capacitors, an electromagnetic coupling and a frequency stabilization system.

Наиболее близким по техническому решению является устройство (патент РФ №2499352, Н02Р 9/06, Бюл. №32, 2013), состоящее из ветроколеса, асинхронного генератора, блока конденсаторов возбуждения и системы стабилизации напряжения.The closest in technical solution is the device (RF patent No. 2499352, НОР 9/06, Bull. No. 32, 2013), consisting of a wind wheel, an asynchronous generator, a block of field capacitors and a voltage stabilization system.

Недостатками устройства является сложная конструкция системы стабилизации напряжения, что снижает показатели его надежности.The disadvantages of the device is the complex design of the voltage stabilization system, which reduces its reliability.

Техническим результатом предлагаемого изобретения является повышение надежности работы системы стабилизации напряжения.The technical result of the invention is to increase the reliability of the voltage stabilization system.

Технический результат достигается тем, что в устройстве стабилизации напряжения ветроэнергетической установки, содержащем ветроколесо, асинхронный генератор, блок конденсаторов возбуждения и систему стабилизации напряжения, согласно изобретению система стабилизации напряжения содержит блок регулировочных конденсаторов, выпрямительный блок, полевой транзистор, согласующий конвертор, трансформаторно-выпрямительный блок, причем первый, второй и третий входы трансформаторно-выпрямительного блока являются входами системы стабилизации напряжения, отрицательный выходной вывод трансформаторно-выпрямительного блока через согласующий конвертор соединен с затвором полевого транзистора, положительный выходной вывод трансформаторно-выпрямительного блока через согласующий конвертор соединен с истоком полевого транзистора и первым входом выпрямительного блока, сток полевого транзистора соединен со вторым входом выпрямительного блока, выход выпрямительного блок а через блок регулировочных конденсаторов соединен с выводами асинхронного генератора и входом блока конденсаторов возбуждения.The technical result is achieved by the fact that in the voltage stabilization device of a wind power installation containing a wind wheel, an asynchronous generator, a block of field capacitors and a voltage stabilization system, according to the invention, the voltage stabilization system comprises a block of regulation capacitors, a rectifier block, a field effect transistor, a matching converter, a transformer-rectifier block moreover, the first, second and third inputs of the transformer-rectifier unit are the inputs of the voltage stabilization system, the negative output terminal of the transformer-rectifier unit through the matching converter is connected to the gate of the field effect transistor, the positive output terminal of the transformer-rectifier unit is connected through the matching converter to the source of the field effect transistor, and the first input of the rectifier block, the drain of the field-effect transistor is connected to the second input of the rectifier block, the output of the rectifier block and through the block of regulation capacitors in connected to the terminals of the asynchronous generator and the input of the block of capacitors excitation.

Новизна заявляемого предложения обусловлена тем, что в устройстве используется полевой транзистор в качестве управляемого переменного резистора для изменения напряжения на регулировочных конденсаторах, что упрощает конструкцию системы стабилизации напряжения и, таким образом, позволяет повысить надежность работы устройства стабилизации напряжения ветроэнергетической установки.The novelty of the proposed proposal is due to the fact that the device uses a field-effect transistor as a controlled variable resistor to change the voltage on the regulation capacitors, which simplifies the design of the voltage stabilization system and, thus, improves the reliability of the voltage stabilization device of a wind power installation.

По данным научно-технической и патентной литературы, авторам неизвестна заявляемая совокупность признаков, направленная на достижение технического решения, и это решение не вытекает с очевидностью из известного уровня техники, что позволяет сделать вывод о соответствии решения изобретательскому уровню.According to the scientific, technical and patent literature, the authors are not aware of the claimed combination of features aimed at achieving a technical solution, and this solution does not follow clearly from the prior art, which allows us to conclude that the solution meets the inventive step.

Сущность изобретения поясняется чертежом, где на фиг. 1 представлена функциональная схема устройства стабилизации напряжения ветроэнергетической установки.The invention is illustrated in the drawing, where in FIG. 1 is a functional diagram of a voltage stabilization device for a wind power installation.

Устройство стабилизации напряжения ветроэнергетической установки содержит ветроколесо 1, соединенное с мультипликатором 2 (редуктором), выход которого соединен через ведущий вал с короткозамкнутым ротором асинхронного генератора 3, к выводам 4, 5, и 6 которого подключается нагрузка, блок конденсаторов возбуждения 7 и система стабилизации напряжения 8. Система стабилизации напряжения содержит, блок регулировочных конденсаторов 9, выпрямительный блок 10, полевой транзистор 11, согласующий конвертор 12, трансформаторно-выпрямительный блок 13, вход которого соединен с выводами 4, 5 и 6 асинхронного генератора 3, отрицательный выходной вывод трансформаторно-выпрямительного 13 блока через согласующий конвертор 12 соединен с затвором полевого транзистора 11, положительный выходной вывод трансформаторно-выпрямительного блока 13 через согласующий конвертор 12 соединен с истоком полевого транзистора 11 и первым входом выпрямительного блока 10, сток полевого транзистора 11 соединен со вторым входом выпрямительного блока 10, выход выпрямительного блока 10 через блок регулировочных конденсаторов 9 соединен с выводами 4, 5 и 6 асинхронного генератора 3 и входом блока конденсаторов возбуждения 8.The voltage stabilization device of a wind power installation contains a wind wheel 1 connected to a multiplier 2 (gear), the output of which is connected through a drive shaft with a squirrel-cage rotor of an asynchronous generator 3, to terminals 4, 5, and 6 of which a load is connected, an excitation capacitor block 7, and a voltage stabilization system 8. The voltage stabilization system comprises, an adjustment capacitor unit 9, a rectifier unit 10, a field effect transistor 11, a matching converter 12, a transformer-rectifier unit 13, the input of which is connected to the terminals 4, 5 and 6 of the asynchronous generator 3, a negative output terminal of the transformer-rectifier 13 of the block through the matching converter 12 is connected to the gate of the field-effect transistor 11, the positive output terminal of the transformer-rectifier block 13 through the matching converter 12 is connected to the source of the field-effect transistor 11 and the first input of the rectifying block 10, the drain of the field-effect transistor 11 is connected to the second input ohm of the rectifier block 10, the output of the rectifier block 10 through the block of regulating capacitors 9 is connected to the terminals 4, 5 and 6 of the asynchronous generator 3 and the input of the block of excitation capacitors 8.

Устройство стабилизации напряжения ветроэнергетической установки работает следующим образом.The voltage stabilization device of a wind power installation operates as follows.

Мультипликатор 2 увеличивает частоту вращения ветроколеса 1 с n1 до n2 (фиг. 1). Ведущий вал и, соответственно, короткозамкнутый ротор асинхронного генератора 3 также вращаются с частотой n2. Асинхронный генератор 3 самовозбуждается за счет емкостного тока блока конденсаторов возбуждения 7. После наведения напряжения на выводах генератора 4, 5 и 6 на первом и втором входах выпрямительного блока 10 возникает разность потенциалов и открывается канал «сток-исток» полевого транзистора 11, через блок регулировочных конденсаторов 10 возникает ток. Одновременно с этим, через трансформаторно-выпрямительный блок 13 и согласующий конвертор 12 к управляющим электродам (затвор-исток) полевого транзистора 11 также прикладывается напряжение, то есть система стабилизации напряжения 8 включается автоматически. При этом асинхронный генератор 3 возбуждается одновременно от блока конденсаторов возбуждения 7 и блока регулировочных конденсаторов 9. Емкость блока конденсаторов возбуждения 7 выбирается таким образом, чтобы обеспечить устойчивое возбуждение асинхронного генератора 3 при полностью отключенном блоке регулировочных конденсаторов 9, и при этом обеспечивающих напряжение на выводах генератора 4, 5 и 6, соответствующее нижней границе диапазона стабилизации напряжения. Емкость блока регулировочных конденсаторов 9 выбирается таким образом, чтобы суммарная емкость конденсаторов блока конденсаторов возбуждения 7 и блока регулировочных конденсаторов 9 обеспечивала напряжение на выводах генератора 4, 5 и 6, соответствующее верхней границе диапазона стабилизации напряжения. Согласующий конвертор 12 настраивается таким образом, чтобы при номинальном режиме работы ветроэнергетической установки напряжение на управляющих электродах (затвор-исток) полевого транзистора 11 обеспечивало сопротивление канала «сток-исток», равное сопротивлению блока регулировочных конденсаторов. При дестабилизирующих факторах: изменениях частоты вращения ветроколеса 1, величины и характера нагрузки, система стабилизации напряжения 8 автоматически осуществляет стабилизацию напряжения.The multiplier 2 increases the rotational speed of the wind wheel 1 from n 1 to n 2 (Fig. 1). The drive shaft and, accordingly, the squirrel-cage rotor of the asynchronous generator 3 also rotate with a frequency of n 2 . The asynchronous generator 3 is self-excited due to the capacitive current of the block of field capacitors 7. After the voltage is applied to the terminals of the generator 4, 5 and 6 at the first and second inputs of the rectifier block 10, a potential difference occurs and the drain-source channel of the field-effect transistor 11 opens, through the adjustment block capacitors 10 there is a current. At the same time, a voltage is applied to the control electrodes (gate-source) of the field effect transistor 11 through a transformer-rectifier unit 13 and a matching converter 12, that is, the voltage stabilization system 8 is turned on automatically. In this case, the asynchronous generator 3 is excited simultaneously from the block of field capacitors 7 and the block of regulating capacitors 9. The capacity of the block of field capacitors 7 is selected in such a way as to provide stable excitation of the asynchronous generator 3 with the block of regulation capacitors 9 completely disconnected, while providing voltage to the terminals of the generator 4, 5 and 6, corresponding to the lower limit of the voltage stabilization range. The capacity of the regulating capacitor unit 9 is selected so that the total capacitance of the capacitors of the excitation capacitor unit 7 and the regulating capacitor unit 9 provides the voltage at the terminals of the generator 4, 5 and 6, corresponding to the upper limit of the voltage stabilization range. The matching converter 12 is adjusted so that, at the nominal operating mode of the wind power installation, the voltage at the control electrodes (gate-source) of the field-effect transistor 11 provides a drain-source channel resistance equal to the resistance of the regulating capacitor block. With destabilizing factors: changes in the rotational speed of the wind wheel 1, the magnitude and nature of the load, the voltage stabilization system 8 automatically stabilizes the voltage.

Система стабилизации напряжения 8 работает следующим образом.The voltage stabilization system 8 operates as follows.

Переменное напряжение с выводов 4, 5 и 6 асинхронного генератора 3 понижается и выпрямляется трансформаторно-выпрямительным блоком 13 и через согласующий конвертор 12 подается на затвор и исток полевого транзистора 11, это напряжение регулирует ширину канала «сток-исток» полевого транзистора 11 и, как следствие, его активное сопротивление. Изменение сопротивления «сток-исток» полевого транзистора 11 приводит к изменению напряжения на нем и на подключенном к нему через выпрямительный блок 10 блоке регулировочных конденсаторов 9. К примеру, если напряжение на выводах 4, 5 и 6 асинхронного генератора 3 уменьшится, тогда уменьшится напряжение постоянного тока на выходе трансформаторно-выпрямительного блока 13, приложенное через согласующий конвертор 12 к затвору и истоку полевого транзистора 11, что, в свою очередь, приводит к увеличению ширины канала «сток-исток» полевого транзистора 11 и, как следствие, уменьшению его сопротивления, напряжение на блоке регулировочных конденсаторов 9 при этом увеличивается, увеличивается емкостный ток и обеспечивается компенсация реактивной мощности, что приводит к увеличению (стабилизации) напряжения на выводах 4, 5 и 6 асинхронного генератора 3 и соответственно устройства стабилизации напряжения.The alternating voltage from the terminals 4, 5 and 6 of the asynchronous generator 3 is reduced and rectified by the transformer-rectifier unit 13 and supplied through the matching converter 12 to the gate and source of the field-effect transistor 11, this voltage controls the width of the drain-source channel of the field-effect transistor 11 and, as consequence, its active resistance. The change in the drain-source resistance of the field-effect transistor 11 leads to a change in the voltage on it and on the block of regulating capacitors 9 connected to it through the rectifier unit 10. For example, if the voltage at the terminals 4, 5 and 6 of the asynchronous generator 3 decreases, then the voltage decreases direct current at the output of the transformer-rectifier unit 13, applied through a matching converter 12 to the gate and source of the field-effect transistor 11, which, in turn, leads to an increase in the drain-source channel width of the field-effect transistor 11 and, as a result, to a decrease in its resistance , the voltage at the block of regulation capacitors 9 increases, the capacitive current increases and reactive power compensation is provided, which leads to an increase (stabilization) of the voltage at the terminals 4, 5 and 6 of the asynchronous generator 3 and, accordingly, of the voltage stabilization device.

Claims (1)

Устройство стабилизации напряжения ветроэнергетической установки, содержащее ветроколесо, асинхронный генератор, блок конденсаторов возбуждения и систему стабилизации напряжения, отличающееся тем, что система стабилизации напряжения содержит блок регулировочных конденсаторов, выпрямительный блок, полевой транзистор, согласующий конвертор, трансформаторно-выпрямительный блок, причем первый, второй и третий входы трансформаторно-выпрямительного блока являются входами системы стабилизации напряжения, отрицательный выходной вывод трансформаторно-выпрямительного блока через согласующий конвертор соединен с затвором полевого транзистора, положительный выходной вывод трансформаторно-выпрямительного блока через согласующий конвертор соединен с истоком полевого транзистора и первым входом выпрямительного блока, сток полевого транзистора соединен со вторым входом выпрямительного блока, выход выпрямительного блока через блок регулировочных конденсаторов соединен с выводами асинхронного генератора и входом блока конденсаторов возбуждения.A voltage stabilization device for a wind power installation containing a wind wheel, an asynchronous generator, a block of field capacitors and a voltage stabilization system, characterized in that the voltage stabilization system contains a block of regulating capacitors, a rectifier block, a field effect transistor, a matching converter, a transformer-rectifier block, the first and second and the third inputs of the transformer-rectifier block are the inputs of the voltage stabilization system, the negative output terminal of the transformer-rectifier block through the matching converter is connected to the gate of the field effect transistor, the positive output terminal of the transformer-rectifier block is connected through the matching converter to the source of the field-effect transistor and the first input of the rectifier block, the drain of the field effect transistor is connected to the second input of the rectifier block, the output of the rectifier block through the block of adjustment capacitors is connected to the terminals of the asynchronous generator and the input of the excitation capacitor block.
RU2019141750A 2019-12-13 2019-12-13 Device for voltage stabilization of wind-driven power plant RU2724622C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2019141750A RU2724622C1 (en) 2019-12-13 2019-12-13 Device for voltage stabilization of wind-driven power plant

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2019141750A RU2724622C1 (en) 2019-12-13 2019-12-13 Device for voltage stabilization of wind-driven power plant

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2724622C1 true RU2724622C1 (en) 2020-06-25

Family

ID=71135811

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2019141750A RU2724622C1 (en) 2019-12-13 2019-12-13 Device for voltage stabilization of wind-driven power plant

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2724622C1 (en)

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2225531C1 (en) * 2002-07-01 2004-03-10 Кубанский государственный аграрный университет Windmill-electric power plant
US7068015B1 (en) * 1999-10-07 2006-06-27 Vestas Wind Systems A/S Wind power plant having magnetic field adjustment according to rotation speed
RU2443903C2 (en) * 2010-05-12 2012-02-27 Федеральное государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Кубанский государственный аграрный университет" Wind-driven power plant voltage and frequency regulation device
RU2499352C1 (en) * 2012-05-23 2013-11-20 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Кубанский государственный аграрный университет" Device to stabilise voltage and frequency of wind-electric plant

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7068015B1 (en) * 1999-10-07 2006-06-27 Vestas Wind Systems A/S Wind power plant having magnetic field adjustment according to rotation speed
RU2225531C1 (en) * 2002-07-01 2004-03-10 Кубанский государственный аграрный университет Windmill-electric power plant
RU2443903C2 (en) * 2010-05-12 2012-02-27 Федеральное государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Кубанский государственный аграрный университет" Wind-driven power plant voltage and frequency regulation device
RU2499352C1 (en) * 2012-05-23 2013-11-20 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Кубанский государственный аграрный университет" Device to stabilise voltage and frequency of wind-electric plant

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Lettenmaier et al. Single-phase induction motor with an electronically controlled capacitor
US8493757B2 (en) AC/DC converter with a PFC and a DC/DC converter
US7268443B2 (en) Wind turbine generator system
US10256738B2 (en) Dual bridge DC/DC power converter
JP2012501156A5 (en)
JP2012501156A (en) Switching power supply with self-optimizing efficiency
US20120253536A1 (en) Ac diversion mode controller
US20110089996A1 (en) Systems and Devices for Dynamically Scaled Charge Pumping
EP2728723A1 (en) Operation of multichannel active rectifier
CN112997395A (en) Power conversion device
RU2724622C1 (en) Device for voltage stabilization of wind-driven power plant
Li et al. A novel MPPT circuit with 99.1% tracking accuracy for energy harvesting
WO2012043466A1 (en) Power conversion device
JP2000047741A (en) Power convertor for wind power generation and its control method
RU2714921C1 (en) Method of stabilizing output voltage of a magnetoelectric alternator
WO2017110131A1 (en) Output control device for wind power generation
US8310851B2 (en) Method for operating an inverter having a step-up device connected upstream
US5844403A (en) Power apparatus
CN113690894B (en) Voltage regulating circuit and voltage regulating device
CN108155822B (en) Reconfigurable rectifier for wireless energy transmission
EP3998699A1 (en) Power conversion device and method for controlling same
Touaiti et al. Direct voltage control of stand-alone DFIG in wind energy applications
RU2554107C1 (en) Radar antenna rotation motor control system and method
RU153221U1 (en) POWER CONVERTER
US11245331B2 (en) Two-terminal active capacitor device