RU30874U1 - Система управления ветроэнергетической установкой - Google Patents

Abstract

Система управления ветроэнергетической установкой, содержащая ветроагрегат в составе связанных между собой ветроколеса с приводом поворота лопастей, агрегата передачи мощности с датчиком угловой скорости вращения и системы генерирования электроэнергии с устройством переключения, а также блок управления и установленный на гондоле датчик скорости ветра, причем выход устройства переключения и выход датчика угловой скорости соединены соответственно со вторым и третьим входами блока управления, отличающаяся тем, что она дополнительно содержит таймер, функциональное устройство и сумматор, при этом блок управления имеет один дополнительный выход, причем первый, второй и третий входы функционального устройства соединены соответственно с выходом датчика угловой скорости, устройства переключения и таймера, вход которого подключен к дополнительному выходу блока управления, первый вход которого соединен с выходом датчика ветра, а выход блока управления и выход функционального устройства подключены соответственно к первому и второму входу сумматора, выход которого соединен с входом привода поворота лопастей.

Description

2003106636

iiiiiiiiiiiniiiHiiiiiiiiiiiiii

2003106636

Объект - устройство МПК: F 03D 7/02, 7/04

СИСТЕМА УПРАВЛЕНИЯ ВЕТРОЭИЕРГЕТИЧЕСКОИ

Полезная модель относится к областн ветроэнергетики, а именно к системам управления ветроэнергетическими установками (ВЭУ) средней и большой мощности.

К установкам большой мош,ности относится ВЭУ «Р-1 номинальной мош,ностью 1000 кВт. ( Дьяков А.Ф., Перминов Э.М., Шакарян Ю.Г. «Ветроэнергетика России. Состояние и перспективы развития. - М.; Издательство МЭИ, 1996г. ст. 86-88, 111). Система управления ВЭУ «Р-1 принята за прототип и содержит ветроагрегат в составе механически связанных между собой ветроколеса с приводом поворота лопастей, агрегата передачи мощности с датчиком угловой скорости вращения и системы генерирования электроэнергии (СГЭЭ) с устройством переключения, а также блок управления, установленный на гондоле датчик скорости ветра и блок запоминания скорости ветра, причем выход датчика скорости ветра соединен с входом блока запоминания скорости ветра, выход которого подключен к первому входу блока управления, второй и третий входы которого связаны соответственно с выходами устройства переключения и датчика угловой скорости, а выход блока управления соединен с входом привода поворота лопасти.

Все данные существенные признаки, кроме блока запоминания скорости ветра, присутствуют в прелагаемом техническом решении. К недостаткам этой системы относятся:

большой градиент изменения угловой скорости вращения в процессе переключения СГЭЭ в генераторный режим, связанный с обеспечением располагаемой мощности и соответствующего момента ветроколеса непосредственно после перехода в режим генерирования, в то время как условием успешного перехода в генераторный режим является поддержание угловой скорости вращения ветроагрегата в довольно узком диапазоне в течение времени переключения. В

частности, для ВЭУ «Р-1 этот диапазон составляет 0.97сОп l.OlCOn,

где СОп - величина угловой скорости переключения, а время переключения составляет 3с. Если в течение этого времени угловая скорость вращения выходит за указанный выше довольно узкий диапазон, переход СГЭЭ в генераторный режим не происходит, устройство переключения выдает сигнал об отказе СГЭЭ И ВЭУ останавливается. Такие режимы фиксировались в процессе испытаний ВЭУ

УСТАИОВКОЙ.

дополнительные динамические нагрузки на все элементы ветроагрегата, связанные с изменением скорости ветра в течение режима запуска; в частности, при увеличении скорости ветра во время запуска действующий момент при переходе СГЭЭ в генераторный режим будет выше своего расчетного значения, которое соответствует углу отклонения лопасти, полученному по запомненной величине скорости ветра.

Предлагаемой полезной моделью решается задача такого управления ВЭУ, при котором выполняется условие успешного перехода СГЭЭ в генераторный режим, т.е. поддержание угловой скорости враш;ения ветроагрегата в заданном узком диапазоне в течение времени переключения, и уменьшение динамических нагрузок на ветроагрегат в этом процессе.

Для решения данной технической задачи система управления ВЭУ, содержап ;ая ветроагрегат в составе связанных между собой ветроколеса с приводом поворота лопастей, агрегата передачи мощности с датчиком угловой скорости вращения и системы генерирования электроэнергии с устройством переключения, а также блок управления и установленный на гондоле датчик скорости ветра, причем выход устройства переключения и выход датчика угловой скорости соединены соответственно со вторым и третьим входами блока управления, дополнительно содержит таймер, функциональное устройство и сумматор, при этом блок управления имеет один дополнительный выход, причем первый, второй и третий входы функционального устройства соединены соответственно с выходом датчика угловой скорости, устройства переключения и таймера, вход которого подключен к дополнительному выходу блока управления, первый вход которого соединен с выходом датчика скорости ветра, а выход блока управления и выход функционального устройства подключены соответственно к первому и второму входу сумматора, выход которого соединен с входом привода поворота лопастей.

Отличительными признаками предлагаемой полезной модели являются следующие: система управления ветроэнергетической установкой дополнительно содержит таймер, функциональное устройство и сумматор, при этом блок управления имеет один дополнительный выход, причем первый, второй и третий входы функционального устройства соединены соответственно с выходом датчика угловой скорости, устройства переключения и таймера, вход которого подключен к дополнительному выходу блока управления, первый вход которого соединен с выходом датчика скорости ветра, а выход блока управления и выход функционального устройства подключены соответственно к первому и второму входу сумматора, выход которого соединен с входом привода поворота лопастей.

Основу полезной модели составляет использование при запуске ВЭУ режима предельных синхронных скоростей вращения, которые может развить ветроагрегат при каждой скорости ветра, работая без нагрузки и без принудительного регулирования скорости вращения (Андрианов В.Н.,

Быстрицкий Д.Н., Вашкевич К.П., Секторов В.Р. «Ветроэнергетические станции - М., Л., ГЭИ, 1960г., стр. 47). На предельных синхронных скоростях вращения ветроагрегат вращается с постоянной угловой скоростью и момент ветроколеса близок к нулевому, преодолевая только трение и электромагнитное сопротивление СГЭЭ,

Предлагаемая полезная модель использует этот режим дважды: первый раз для формирования угла лопасти (фс), при котором предельная синхронная скорость вращения ветроагрегата равна угловой скорости переключения (сОп); второй раз - для обеспечения стабильной скорости вращения и малой величины момента при переключении в генераторный режим.

Первый раз ветроагрегат выводится на предельную синхронную скорость вращения при фиксированном угле отклонения фо, который выбран таким образом, что эта скорость вращения меньше скорости переключения во всем диапазоне работы ВЭУ по скорости ветра. Величина этой синхронной скорости (сОи) измеряется датчиком угловой скорости и по значению оЗп формируется угол фс, исходя из зависимостифс

фс(оОи). Для получения этой зависимости используется соотношение

7 - COnZjQ АС

и зависимость фс Фс(2с), полученная из характеристик коэффициента аэродинамического момента ( Дьяков А.Ф., Перминов Э.М., Шакарян Ю.Г. «Ветроэнергетика России. Состояние и перспективы развития. - М.; Издательство МЭИ, 1996г., стр. 137);

Zo, Zc - значение быстроходности при синхронных скоростях соответственно при углах отклонения лопасти фо и фс.

Момент измерения синхронной скорости определяется настройкой таймера, который стыкуется с блоком управления по выходному разъему и запускается в момент выдачи сигнала фо.

После перехода лопастей в положение фс ВЭУ второй раз выходит на предельные синхронные обороты, и в процессе этого выхода обеспечиваются условия успешного перехода в генераторный режим.

Благодаря наличию указанных отличительных признаков в совокупности с известными (указанными в ограничительной части формулы) достигаются следующие результаты:

стабильный переход СГЭЭ в режим генерирования; минимальные динамические нагрузки на все элементы

ветроагрегата при переходе в режим генерирования.

Предложенное техническое решение может найти применение в системах управления ВЭУ средней и больщой мощности.

Предлагаемое техническое рещение иллюстрируется фиг. 1, 2, 3.

На фиг, 3 представлено изменение параметров вращения ветроколеса на режиме запуска ВЭУ.

Блок-схема системы управления ВЭУ, которая изображена на фиг. 1, содержит ветроагрегат 1 в составе ветроколеса 10 с приводом поворота лопастей 2, агрегата передачи мощности И с датчиком угловой скорости вращения 3 и системы генерирования электроэнергии 12 с устройством переключения 4, сумматор 5, блок управления 6, таймер 7, функциональное устройство 8 и установленный на гондоле датчик скорости ветра 9.

,При этом выход датчика скорости ветра 9, выход устройства переключения 4 и выход датчика угловой скорости 3 соединены соответственно с первым, вторым и третьим входами блока управления 6; первый, второй и третий входы функционального устройства 8 соединены соответственно с выходами датчика угловой скорости 3, устройства переключения 4 и таймера 7, вход которого подключен к дополнительному выходу блока управления 6, а выход блока управления 6 и выход функционального устройства 8 подключены соответственно к первому и второму входу сумматора 5, выход которого подается на вход привода поворота лопастей 2.

Предложенная система управления ВЭУ работает следующим образом. Датчик скорости ветра 9 измеряет величину текущей скорости ветра и при попадании ее в рабочий диапазон выдает в блок управления 6 сигнал на запуск ВЭУ; гондола разворачивается на ветер и после окончания этого разворота привод поворота лопастей 2 поворачивает лопасти ветроколеса на угол фо по сигналу блока управления 6, который через сумматор 5 поступает на вход привода поворота лопастей 2. При повороте лопастей и их фиксированном положении на угле фо происходит увеличение угловой скорости вращения ветроагрегата 1 до величины предельной синхронной скорости вращения. Через промежуток времени, который определяется заранее, ветроагрегат 1 выходит на предельнзлю синхронную скорость вращения, срабатывает таймер 7, подключая к работе функциональное устройство 8, которое по величине измеренной угловой скорости вращения сОи вырабатывает сигнал управления. Сигнал управления подается на сумматор 5, где складывается с сигналом блока управления 6, формируя на выходе сумматора 5 управляющий импульс на поворот лопастей на угол фс. Управляющий импульс поступает на вход привода поворота лопастей 2, который переводит лопасти в соответствующее положение, обеспечивая тем самым второй раз разгон ветроагрегата 1 до предельной синхронной скорости вращения, реализуя тем самым выход ветроагрегата 1 на угловую скорость переключения с незначительным ускорением и малым моментом и, как следствие, обеспечивая условие успешного перехода в генераторный режим при малых динамических нагрузках. После достижения угловой скорости Юп устройство переключения 4 переводит СГЭЭ в генераторный режим и выдает сигнал в функциональное устройство 8 и блок управления 6. По этому сигналу сумматор 5 отключается от функционального устройства

8, а блок управления 6 переводит ВЭУ из режима запуска в рабочий режим и продолжает управлять ВЭУ так, как реализовано в прототипе.

Изменение угла поворота лопасти и угловой скорости ветроколеса на режиме запуска ВЭУ для одного значения скорости ветра (V 10 м/с) при использовании предлагаемого технического решения показано на фиг. 3. После поворота лопасти на угол фо 30°, ветроагрегат первый раз выходит на предельную синхронную скорость вращения, которая составляет Юи 1.2 Vc. По этому значению сОи функциональное устройство в соответствии со своей характеристикой, приведенной на фиг. 2, формирует угол лопасти фс 12.5°. После поворота лопастей на этот угол в процессе второго выхода на предельные синхронные обороты обеспечиваются условия успешного перехода в генераторный режим, которые показаны на фиг.З.

Вновь введенный таймер представляет собой часовой механизм, настроенный на определенное время срабатывания ( для ВЭУ «Р-1 время составляет 60с), функциональный блок реализуется на одном усилителе, если зависимость фс - фс( сОи) линейная (как на фиг. 2) или на нескольких усилителях для ВЭУ, у которых эта зависимость нелинейная, а сумматор построен на базе одного суммирующего усилителя.

Claims (1)

1. Система управления ветроэнергетической установкой, содержащая ветроагрегат в составе связанных между собой ветроколеса с приводом поворота лопастей, агрегата передачи мощности с датчиком угловой скорости вращения и системы генерирования электроэнергии с устройством переключения, а также блок управления и установленный на гондоле датчик скорости ветра, причем выход устройства переключения и выход датчика угловой скорости соединены соответственно со вторым и третьим входами блока управления, отличающаяся тем, что она дополнительно содержит таймер, функциональное устройство и сумматор, при этом блок управления имеет один дополнительный выход, причем первый, второй и третий входы функционального устройства соединены соответственно с выходом датчика угловой скорости, устройства переключения и таймера, вход которого подключен к дополнительному выходу блока управления, первый вход которого соединен с выходом датчика ветра, а выход блока управления и выход функционального устройства подключены соответственно к первому и второму входу сумматора, выход которого соединен с входом привода поворота лопастей.