UA22819U

UA22819U - Wind-electric set

Info

Publication number: UA22819U
Application number: UAU200613790U
Authority: UA
Inventors: Anatolii Ivanovych Pabat; Anastasia Anatoliivna Pabat; Oleksandr Oleksandr Peredystyi
Original assignee: Dniprodzerzhynsk State Technic
Priority date: 2006-12-25
Filing date: 2006-12-25
Publication date: 2007-04-25

Abstract

A wind-electric set consists of a wind motor, a shaft of which mechanically connected with an alternating current generator, a speed shaft sensor, a summation unit, function generator, a reference frequency generator. The wind motor shaft is mechanically connected with the generator shaft by controlled stepless transmission FRS. Transmission controlled elements are connected with the function generator output using a servo-motor. The function generator input is connected with the summation unit output. One summation unit input is connected with speed sensor of generator shaft, the second input is connected to the reference frequency generator.

Description

Опис винаходуDescription of the invention

Корисна модель відноситься до вітроелектроенергетики і може бути використана переважно при створенні 2 міні-і мікро- вітроелектричних установок, що традиційно працюють спільно з буферними накопичувачами електричної енергії, для розширення їх функціонального призначення завдяки можливості роботи в об'єднаній енергосистемі.The useful model refers to wind power and can be used mainly in the creation of 2 mini- and micro-wind power plants that traditionally work together with buffer accumulators of electric energy, to expand their functional purpose due to the possibility of working in a combined power system.

Відома вітроелектрична установка, що містить вітродвигун, генератор змінного струму, датчик частоти обертання валу вітродвигуна, датчик активної потужності навантаження, суматор, один з входів якого 70 сполучений з виходом датчика активної потужності навантаження, при цьому вона має зубчату диференціальну передачу, одна з ланок якої механічно сполучена з валом вітродвигуна, друга ланка - з валом генератора змінного струму, а третя ланка - з регулюючою машиною постійного струму, якір якої електрично пов'язаний з якорем другої машини постійного струму, механічно сполученим з валом генератора змінного струму, при цьому друга машина постійного струму має додаткову обмотку збудження, приєднану до підсилювального пристрою, 72 вхід якого підключений до виходу регулятора, один з входів якого підключений до виходу формувача швидкості, а інший до виходу суматора, при цьому вхід формувача швидкості сполучений з виходом датчика частоти обертання валу вітродвигуна, а до другого входу суматора підключений задатчик активної потужності |(патент РФA known wind-electric installation containing a wind motor, an alternating current generator, a wind motor shaft rotation frequency sensor, a load active power sensor, an adder, one of the inputs of which 70 is connected to the output of the load active power sensor, and it has a gear differential transmission, one of the links of which mechanically connected to the shaft of the wind engine, the second link - to the shaft of the alternating current generator, and the third link - to the regulating machine of direct current, the armature of which is electrically connected to the armature of the second direct current machine, mechanically connected to the shaft of the alternating current generator, while the second machine direct current has an additional excitation winding connected to the amplifying device, the input of which is connected to the output of the regulator, one of the inputs of which is connected to the output of the speed shaper, and the other to the output of the adder, while the speed shaper input is connected to the output of the sensor of the rotation frequency of the wind motor shaft, and connected to the second input of the adder artificial power regulator | (patent of the Russian Federation

Мо2210854, НО2РО/Ю6, НО2гРУ/42, гОЗ309/02, 20021.Мо2210854, НО2РО/Ю6, НО2гРУ/42, ГОЗ309/02, 20021.

Недоліком вітроелектричної установки є наявність зубчатої диференціальної передачі, що вимагає регулярного технічного обслуговування і заміни мастила, а також додаткової регулюючої другої машини постійного струму, що істотно збільшує вартість виготовлення та експлуатації установки і вироблюваної нею електричної енергії.The disadvantage of the wind-electric installation is the presence of a toothed differential transmission, which requires regular maintenance and replacement of lubricant, as well as an additional regulating second direct current machine, which significantly increases the cost of manufacturing and operating the installation and the electrical energy it produces.

Найбільш близькою по технічній суті і технічному результату, що досягається, є вітроелектрична установка (прототип), вітродвигун якої містить, вал, який механічно пов'язаний з валом генератора змінного струму, 22 керований випрямляч, вхід якого сполучений з обмоткою статора генератора змінного струму, датчик частоти -о обертання валу вітродвигуна, до виходу якого підключений вхід функціонального перетворювача, що реалізовує кубічну залежність, суматор, входи якого сполучені відповідно з виходом функціонального перетворювача і з виходом датчика активної потужності навантаження, а вихід суматора через інтегратор підключений до входу керованого випрямляча, датчик швидкості вітру і диференціатор, причому вихід датчика швидкості вітру о підключений через диференціатор до додаткового входу суматора (а.с. СРСР Мо1300625, НО2РО/00, 19871. «ч-The closest in terms of technical essence and the technical result that is achieved is a wind electric installation (prototype), the wind engine of which contains a shaft that is mechanically connected to the shaft of an alternating current generator, 22 controlled rectifier, the input of which is connected to the stator winding of an alternating current generator, the wind motor shaft frequency sensor, the output of which is connected to the input of the functional converter that realizes the cubic dependence, the adder, the inputs of which are connected respectively to the output of the functional converter and to the output of the load active power sensor, and the output of the adder is connected through the integrator to the input of the controlled rectifier, wind speed sensor and differentiator, and the output of the wind speed sensor o is connected through the differentiator to the additional input of the adder (a.s. USSR Mo1300625, НО2РО/00, 19871. "h-

Недоліком вітроелектричної установки є наявність жорсткого механічного зв'язку валу вітродвигуна з валом електричного генератора, що визначає необхідність застосування функціонального перетворювача, який со реалізовує кубічну залежність, для підтримки незмінними вихідної напруги і частоти генерованого струму, Га внаслідок чого у вихідному струмі і напрузі керованого випрямляча міститься велика кількість вищих гармонік, 3о що знижує якість електричної енергії, яка передається в електричну мережу. счThe disadvantage of a wind power plant is the presence of a rigid mechanical connection between the shaft of the wind engine and the shaft of the electric generator, which determines the need to use a functional converter that implements the cubic dependence to maintain the output voltage and frequency of the generated current unchanged, resulting in the output current and voltage of the controlled rectifier contains a large number of higher harmonics, which reduces the quality of electrical energy transmitted to the electrical network. high school

В основу корисної моделі поставлено завдання удосконалення вітроелектричної установки, у якій застосування встановленої між валом вітродвигуна і валом генератора керованої безступінчатої трансмісії забезпечує підтримку незмінної частоту обертання валу генератора в широкому діапазоні змін швидкості вітру « внаслідок керованої варіації передавального відношення безступінчатої трансмісії, що істотно розширює З 50 робочий діапазон швидкості вітру перш за все в область малих швидкостей, забезпечує стабілізацію напруги і с частоти електричного струму, що виробляється вітроелектричною установкою і, отже, підвищує якістьThe basis of the useful model is the task of improving the wind electric installation, in which the use of a controlled stepless transmission installed between the shaft of the wind engine and the generator shaft ensures the maintenance of a constant frequency of rotation of the generator shaft in a wide range of changes in wind speed "due to the controlled variation of the gear ratio of the stepless transmission, which significantly expands Z 50 the working range of wind speed, primarily in the area of low speeds, ensures the stabilization of the voltage and frequency of the electric current produced by the wind power plant and, therefore, improves the quality

Із» передаваємої в електричну мережу електроенергії і енергоекономічні характеристики установки.From" the electric power transmitted to the electric network and the energy-economical characteristics of the installation.

Поставлене завдання досягається тим, що вітроелектрична установка, що містить вітродвигун, вал якого механічно пов'язаний з валом генератора змінного струму, датчик частоти обертання валу генератора, суматор, функціональний перетворювач, джерело опорної частоти, а вал вітродвигуна механічно сполучений з валом о генератора за допомогою керованої безступінчатої трансмісії ЕК5, елементи управління якою за допомогою ка сервопривода сполучені з виходом функціонального перетворювача, вхід якого сполучений з виходом суматора, один з входів якого сполучений з датчиком частоти обертання валу генератора, а другий вхід суматора со сполучений з виходом генератора опорної частоти. -к 70 Широкому розповсюдженню міні- і мікропотужних вітроенергетичних установок перешкоджає низька якість вироблюваної енергії із-за нестабільності потужності вітрового потоку. Використання для механічного зв'язку с валу вітродвигуна і валу генератора керованої безступінчатої трансмісії забезпечує стабілізацію частоти генерованого вітроелектричною установкою змінного струму при спонтанних змінах швидкості вітру.The task is achieved by the fact that a wind electric installation containing a wind motor, the shaft of which is mechanically connected to the shaft of an alternating current generator, a sensor of the frequency of rotation of the generator shaft, an adder, a functional converter, a reference frequency source, and the shaft of the wind motor is mechanically connected to the shaft of the generator by by means of the controlled stepless transmission EK5, the control elements of which are connected by means of a servo drive to the output of the functional converter, the input of which is connected to the output of the adder, one of the inputs of which is connected to the sensor of the rotation frequency of the generator shaft, and the second input of the adder is connected to the output of the reference frequency generator. -k 70 The widespread distribution of mini- and micro-power wind energy installations is hindered by the low quality of the energy produced due to the instability of the power of the wind flow. The use of a controlled stepless transmission for the mechanical connection of the shaft of the wind engine and the generator shaft ensures the stabilization of the frequency of the alternating current generated by the wind electric installation during spontaneous changes in the wind speed.

Використання в якості керованої безступінчатої трансмісія ЕКЗ-варіатора (патент України Мо55714 А, кл. 29 Е16Н15/00, 2003| з коефіцієнтом зміни передавального відношення 9-16 забезпечує стабілізацію частоти с генерованого вітроелектричною установкою змінного струму при зміні швидкості вітру в діапазоні 1-1бм/с.The use of an ECZ variator as a controlled stepless transmission (patent of Ukraine Мо55714 А, cl. 29 Е16Н15/00, 2003| with a ratio change ratio of 9-16 ensures frequency stabilization of the alternating current generated by the wind-electric installation when the wind speed changes in the range of 1-1bm /with.

Будова вітроелектричної установки представлена на Фіг.1.The structure of the wind power plant is shown in Fig. 1.

Вітроелектрична установка містить вітродвигун 1, вал якого сполучений з генератором 2 за допомогою керованого ЕКЗ - варіатора 3, управління яким здійснюється сервоприводом 4, сполученим з виходом 60 функціонального перетворювача 5, вхід якого сполучений з виходом суматора 6, один з входів якого сполучений з виходом генератора опорної частоти 7, а другий вхід суматора сполучений з датчиком 8 частоти обертання генератора.The wind electric installation includes a wind engine 1, the shaft of which is connected to the generator 2 by means of a controlled ECZ - a variator 3, which is controlled by a servo drive 4, connected to the output 60 of the functional converter 5, the input of which is connected to the output of the adder 6, one of the inputs of which is connected to the output of the generator reference frequency 7, and the second input of the adder is connected to the generator speed sensor 8.

Працює вітроелектрична установка таким чином.This is how a wind power plant works.

При мінімальній швидкості вітру 0,5-їм/с ЕКБ-варіатор знаходиться в положенні максимального бо передавального відношення (крайнє ліве положення на Фіг.1). При обертанні вітродвигуна 1 обертається також привідний конус варіатора З і ротор генератора 2, що призводить до генерації електричного струму певної частоти. Внаслідок наявного великого передавального відношення варіатора З навіть при мінімальній швидкості вітру 0,5-1м/с ротор генератора 2 обертається зі швидкістю, відповідною заданій генератором опорної частоти 7 частоті 5ОГЦц генерованого генератором 2 струму. При збільшенні швидкості вітру частота змінного струму зростає, сигнал датчика 8 також зростає і на виході суматора 6 утворюється електричний сигнал, пропорційний різниці частот опорного генератора частоти 7 і частоти змінного струму генератора 2. Посилений функціональним перетворювачем 5 сигнал різниці частот поступає на управління сервоприводом 4, який змінює передавальне відношення варіатора З так, щоб швидкість обертання генератора 2 і частота генерованого струму 7/о Відповідала частоті генератора опорної частоти 7. При зміні швидкості вітру система управління варіатором З автоматично підтримує частоту обертання генератора 2 і частоту генерованого ним змінного струму відповідно до частоти генератора 7. ЕК5-варіатор забезпечує зміну передавального відношення у 9-16 разів, що дозволяє підтримувати незмінною частоту змінного струму генератора 2 в дуже широкому діапазоні швидкостей вітру - від 0,5-їм/с до 8-1бм/с без використання електронних пристроїв підтримки частоти. Елементи варіатора, що обертаються, З мають досить значний власний момент інерції, що забезпечує додаткову механічну стабілізацію частоти генерованого генератором 2 струму при спонтанних поривах вітру.At a minimum wind speed of 0.5 m/s, the EKB variator is in the position of the maximum transmission ratio (far left position in Fig. 1). When the wind engine 1 rotates, the drive cone of the variator C and the rotor of the generator 2 also rotate, which leads to the generation of an electric current of a certain frequency. As a result of the existing large transmission ratio of the C variator, even with a minimum wind speed of 0.5-1 m/s, the rotor of the generator 2 rotates at a speed corresponding to the frequency of 5ΩHz of the current generated by the generator 2 set by the generator of the reference frequency 7. When the wind speed increases, the frequency of the alternating current increases, the signal of the sensor 8 also increases and an electrical signal is formed at the output of the adder 6, which is proportional to the difference in the frequency of the reference frequency generator 7 and the frequency of the alternating current of the generator 2. The frequency difference signal, amplified by the functional converter 5, is sent to control the servo drive 4, which changes the transmission ratio of variator C so that the rotation speed of generator 2 and the frequency of the generated current 7/o corresponded to the frequency of the reference frequency generator 7. When the wind speed changes, the control system of variator C automatically maintains the rotation frequency of generator 2 and the frequency of the alternating current generated by it in accordance with the frequency of generator 7. The EK5 variator provides a 9-16-fold change in the transmission ratio, which allows you to maintain a constant frequency of the alternating current of generator 2 in a very wide range of wind speeds - from 0.5 m/s to 8-1 bm/s without the use of electronic devices frequency support. The rotating elements of the variator C have a fairly significant moment of inertia, which provides additional mechanical stabilization of the frequency of the current generated by the generator 2 during spontaneous gusts of wind.

Таким чином, пропонована вітроелектрична установка завдяки наявності встановленої між валом вітродвигуна і валом генератора керованої безступінчатої трансмісії забезпечує підтримку незмінної частоти обертання валу генератора в широкому діапазоні змін швидкості вітру внаслідок керованої варіації передавального відношення безступінчатої трансмісії, що істотно розширює робочий діапазон швидкості вітру перш за все в область мінімальних значень, забезпечує стабілізацію напруги і частоти генерованого вітроелектричною установкою електричного струму, підвищує якість передаваної в електричну мережу електроенергії, розширює функціональне призначення завдяки можливості роботи в об'єднаній енергосистемі і, отже, енергоекономічні та експлуатаційні характеристики вітроелектричної установки. що 2Thus, the proposed wind electric installation, due to the presence of a controlled stepless transmission installed between the wind engine shaft and the generator shaft, ensures the maintenance of a constant frequency of rotation of the generator shaft in a wide range of wind speed changes due to the controlled variation of the gear ratio of the stepless transmission, which significantly expands the working range of wind speed, first of all in the area of minimum values, ensures the stabilization of the voltage and frequency of the electric current generated by the wind power plant, improves the quality of the electricity transmitted to the electrical network, expands the functional purpose due to the possibility of working in the combined power system and, therefore, the energy-saving and operational characteristics of the wind power plant. what 2

Claims

The formula of the invention is a wind-electric installation containing a wind engine, the shaft of which is mechanically connected to the shaft of an alternating current Fozo generator, a sensor of the frequency of rotation of the generator shaft, an adder, a functional converter, a reference frequency source, which is distinguished by the fact that the shaft of the wind engine is mechanically connected to the generator shaft by /zh7 with the help of a controlled ECZ stepless transmission, the control elements of which are connected with the help of a servo drive to the output of the functional converter, the input of which is connected to the output of the adder, one of the inputs of which is connected to the sensor of the rotation frequency of the generator shaft, and the second input of the adder is connected to the output /-- "SEM of the generator of the reference frequency. rotor r sch

- and? ime) ime) (ee) - 70 3e) 60 b5