SU762090A1 - Способ синхронизации генератора ветроэлектрического агрегата - Google Patents

Description

1 2

пзооретение относится к электротехнике, а точнее к способам синхронизации генераторов ветроэлектрических агрегатов при подключении к сети переменного тока бесконечно большой мощности.

Известны способы точной и грубой синхронизации генераторов переменного тока [1].

При включении генераторов на параллельную работу по методу точной синхро- ι низации необходимо выполнение следующих условий: ЭДС подключаемого генератора должна быть равна напряжению сети; полярность подключаемого генератора должна соответствовать полярности сети; ι порядок следования фаз в соединяемых точках сети должен быть одинаковым; полное совпадение частот подключаемого генератора к сети. Вследствие непостоянства ветровой энергии соблюдение указанных 2 условий при включении генератора (генераторов) на параллельную работу с сетью крайне затруднительно и фактически не имеет места.

Метод самосинхронизации по сравнению 2 с точной синхронизацией позволяет расширить пределы допустимых скольжений при включении генератора в сеть, а также не требует проверки фазы включения. На этих основаниях, а также имея в виду простоту 3

операции включения и надежность ее осуществления самосинхронизация является практически единственным способом синхронизации генераторов ветроэлектрических

5 станций (ВЭС). Обычно включение генератора ВЭС в сеть производится во время разгона агрегата.

Известный способ самосинхронизации заключается в следующем.

О Ветродвигателем разгоняют агрегат до частоты вращения генератора, примерно равной частоте сети, а устойчивую электрическую связь генератора с сетью создают путем его самосинхронизации и загрузки

5 заданной мощностью (2].

Однако (учитывая специфические особенности включения генератора ветроагрегата в сеть на параллельную работу) известный способ самосинхронизации имеет ряд

О недостатков,

В ветроэлектрических станциях первичным двигателем является ветроагрегат, ветроколесо которого, вращаясь с переменной частотой вращения, затрудняет в 5 процессе самосинхронизации по известному способу выход к синхронной частоте. При этом втягивание генератора в синхронизм проходит неустойчиво, частота вращения ротора генератора колеблется в широких О пределах от величины синхронной частоты.

762090

3

В связи с этим такой процесс самосинхронизации продолжителен по времени, затрудняет весь процесс в целом и оперативное включение генератора в сеть.

В момент подключения генератора к сети генератор не возбужден и его ЭДС равна нулю. Тогда под действием напряжения в обмотке статора наблюдается резкий бросок тока, значительно превышающий номинальное значение тока генератора. Одновременно на валу ротора появляются механические усилия (ударный момент), которые при частых включениях в сеть генератора будут оказывать отрицательное воздействие на прочность конструкции ветроагрегаТа (лопасти ветроколёса, редуктор, соединительные узлы муфты сцепления). Кроме того, в процессе самосинхронизации необходимо выполнение ряда подготовительных операций, предшествующих включению генератора в сеть; замыкание обмотки возбуждения на сопротивление гашения поля; измерение и контроль частоты вращения первичного двигателя; измерение и контроль частоты генератора и частоты сети.

Указа.нные подготовительные операции требуют усложненной схемы коммутации и контроля основных параметров в процессе самосинхронизации.

Целью изобретения является повышение надежности синхронизации и уменьшение времени ее осуществления путем стабилизации синхронной частоты вращения генератора от сети переменного тока.

Это достигается при осуществлении предложенного способа синхронизации генератора ветроэлектрического агрегата путем разгона генератора до частоты вращения, соответствующей втягиванию в синхронизм, заключающегося в том, что генератор отсоединяют от заторможенного ветроагрегата, разгон генератора до частоты вращения, соответствующей втягиванию в синхронизм, осуществляют путем подключения генератора к сети в режиме синхронного двигателя без нагрузки, который перевозбуждают, затем запускают ветроагрегат и при равенстве частот вращения ветроагрегата и генератора соединяют ветроагрегат с генератором.

На чертеже представлена схема устройства, с помощью которого можно осуществить предложенный способ.

Устройство содержит ветроагрегат 1, повышающий редуктор 2, гидравлическую муфту 3, ротор 4 синхронного генератора с успокоительной (пусковой) обмоткой, статорную обмотку 5, выключатель 6, электрическую сеть 7, обмотку возбуждения 8, резистор 9 гашения поля, переключатель 10, возбудитель 11, переменный резистор 12.

Ветроагрегат 1 через повышающий редуктор 2 и гидромуфту 3 соединен с ротором 4 синхронного генератора.

4

Статорная обмотка 5 через выключатель 6 имеет электрическую связь с электросетью 7. Обмот^тка возбуждения 8 переключателем 10 подключена к якорю возбудителя 11 через переменный резистор 12.

Устройство работает следующим образом.

Заторможенный ветроагрегат 1 при помощи гидромуфты 3 отсоединяют от ротора 4 синхронного генератора. Выключатель 6 замыкают, и обмотка 5 статора получит питание от электросети 7. Успокоительная обмотка ротора 4 аналогична пусковой обмотке синхронного двигателя. Вращающееся магнитное поле обмотки 5 статора индуктирует в пусковой обмотке ротора 4 ЭДС, которая создает токи в замкнутых стержнях обмотки. Взаимодействием этих токов с магнитным полем статора создается электромагнитный момент, приводящий ротор 4 во вращение.

Таким образом, используя свойство обратимости, синхронный генератор методом асинхронного пуска переводят в режим работы синхронного двигателя. При этом асихронный пуск производят без нагрузки (ветроагрегат 1 отсоединен) с подключенным возбудителем 11. В этом случае обмотку возбуждения 8 непосредственно подключают к якорю возбудителя 11, который в процессе пуска самовозбуждается и обеспечивает втягивание в синхронизм в конце процесса.

Время выхода генератора на синхронные обороты в режиме синхронного двигателя без нагрузки на валу (облегченные условия куска) составит 1—5 с. В связи с этим резистор 9 гашения поля не используют, обычно его подключают к обмотке возбуждения 8 при пуске синхронного двигателя под нагрузкой (для уменьшения пусковых токов) и для автоматического гашения поля генератора в аварийных режимах (фазные и витковые короткие замыкания обмотки статора). Затем переменным резистором 12 увеличивают ток в обмотке возбуждения до перевозбуждения синхронной машины. Вектор тока по отношению к вектору напряжения будет иметь составляющую, опережающую его по фазе, оказывая при этом емкостное действие на сеть, т. е. синхронная машина будет работать в режиме синхронного компенсатора. Далее ветроагрегат 1 растормаживают и под воздействием скоростного воздушного потока на ветроколесе создается момент вращения. При частоте вращения, равной синхронной, ведущий вал гидромуфты 3 соединяется с ведомым валом и синхронная машина переходит из режима синхронного компенсатора в режим работы генератора, оставаясь перевозбужденной. Перевозбужденный генератор компенсирует отстающие по фазе от напряжения токи, так как в электросе762090

5

тях преобладают нагрузки индуктивного характера.

Избыточный момент, возникающий на валу ветроагрегата 1, при порывах ветра будет уравновешен электросетью 7, мощность которой значительно превосходит мощность ветроагрегата. В данном случае электросеть является ограничителем мощности и частоты вращения генератора.

С уменьшением скорости ветра увеличится скольжение между ведущей и ведомой частями муфты 3 и ветроагрегат 1 автоматически отсоединится от генератора. В следующий момент ветроколесо агрегата, работая вхолостую, быстро достигает синхронной частоты вращения и гидромуфта 3 соединит ветроагрегат 1 с ротором 4 генератора, работающего синхронно с сетью 7.

Предложенный способ позволяет производить самосинхронизацию генератора непосредственно от сети независимо от изменяемой во времени частоты вращения первичного двигателя.

Следовательно, исключается выпадение генератора из синхронизма под действием избыточного момента на валу ветроагрегата или в том случае, когда величина момента становится ниже номинального значения, т. е. при отрицательных и положительных скольжениях вала ветроагрегата относительно генератора. Это позволяет надежно и бесперебойно обеспечивать потребителей электрической энергией.

Величина скольжения гидромуфты равна 2%, поэтому колебания частоты и напряжения на клеммах генератора будут находиться в допустимых пределах, т. е. в сеть будет поступать электроэнергия необходимого качества. В момент соединения ветроагрегата с подключенным к сети возбужденным генератором исключается появление экстратока в обмотке статора, а также разрушающее воздействие ударного момента на конструкцию ветроагрегата, как это происходит при осуществлении известного способа самосинхронизации.

6

Работая в режиме генератора и двигателя, синхронная машина с перевозбужденной магнитной системой оказывает емкостное действие на сеть, увеличивая созф в сети до 0,92—0,95. Повышение коэффициента мощности является экономически эффективным техническим решением, так как резко снижается потребление отстающих реактивных токов в электросетях, где преобладают индуктивные нагрузки.

Кроме того, синхронную машину в режиме синхронного компенсатора можно использовать для регулирования и стабилизации напряжения в сети.

Claims (1)

1. Формула изобретения

   Способ синхронизации генератора ветроэлектрического агрегата путем разгона генератора до частоты вращения, соответствующей втягиванию в синхронизм, отличающийся тем, что, с целью повышения надежности синхронизации и уменьшения времени ее осуществления путем стабилизации синхронной частоты вращения генератора бт сети переменного тока, генератор отсоединяют от заторможенного ветроагрегата, разгон генератора до частоты вращения, соответствующей втягиванию в синхронизм, осуществляют путем подключения генератора к сети в режиме синхронного двигателя без нагрузки, который перевозбуждают, затем запускают ветроагрегат и при равенстве частот вращения ветроагрегата и генератора соединяют ветроагрегат с генератором,