Ветроустановка

 

Изобретение относится к электротехнике и предназначено для использования в ветроустановках большой мощности с синхронной машиной, подключенной к сети через двухзвенный тиристорный преобразователь частоты со звеном постоянного тока. Целью изобретения является повышение надежности при одновременном повышении КПД путем обеспечения пуска ветроустановки из остановленного состояния и торможения с заданным ускорением и поддержанием COSφ синхронной машины, равным заданному значению. Ветроустановка обеспечивает требуемое качество динамических режимов. Темп разгона и торможения ветроустановки определяется условиями механической прочности ветроколеса. Возможность регулирования ускорения позволяет использовать изобретение в установках с различными типами ветроколес. 1 ил.

СОЮЗ СОВЕТа иХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИН (51)5 Н 02 Р 5/36 9/(4

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н ABTOPCHOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТНРЫТИЯМ

ПРИ ГННТ СССР (21) 4444910/24-07 (22) 20,06.88 (46) 15.10.90. Бюл. ((- 38 (71) Всесоюзный научно-исследовательский институт электроэнергетики (72) Н.Н.Блоцкий, А.В.Пиковский, Т.В.Плотникова, М.В.Титова и N.Ã.Øsêàðÿí. (53) 621.313.2.077: 621.314.632(088.8) (56) Патент СИА Р 4460861 кл. Н 02 P 5/36, 1986.

Патент ПНР Р 83899, кл. Н 02 Р 5/12, 1976.

Авторское свидетельство СССР

N 1480083, кл. Н 02 Р 9/14, 1987. (54) ВЕТРОУСТАНОВКА

«(57) Изобретение относится к электро-., технике и предназначено для использова-. ния в ветроустановках большой мощносИзобретения относится к электротехнике и предназначено для использования в ветроустановках с синхронной машиной (СМ), подключенной к сети через двухзвенный преобразователь частоты со звеном по тоянного тока (ПЧ).

Цель изобретения — повышение надежности и КПД путем обеспечения пуска ветроустановки из остановленного состояния и торможения с заданным ускорением и попдержанием коэффициента мощности {cos y), равным задан.ному значению в рабочих режимах.

На чертеже представлена блок-схема ветроустановки.

Ветроустановка содержит синхронную машину (СМ) 1 и два преобразователя. Я0„„159996З А1

2 ти с синхронной машиной, подключенной к сети через двухзвенный тиристорный преобразователь частоты со звеном постоянного тока. Целью изобретения является повышение надежности при одновременном повышении КПД путем обеспечения пуска ветроустановки из остановленного состояния и торможения с заданным ускорением и поддержанием cost) синхронной машины, равным заданному значению, Ветраустановка обеспечивает требуемоекачес во динамических режимов. Темп разгонаи торможения ветраустановкиапределяется условиями механическайпрочности ветракалеса.

: Возможность регулирования ускорения—

Ю позволяет использовать изобретение в установках с различными типами ветроколес. 1 ил.

2 и 3 частоты, первый иэ которых подключен к CH 1 и через звено постоян,ного тока со сглаживающим реактором Д 4 — к второму преобразователю 3, соединенному с сетью 5. Устройство содержит датчики тока б и напряжения 7 статора СМ 1, датчик 8 тока в звене постоянного тока, датчик 9 потока в зазоре СМ, входы Которого соединены с выходами датчика б тока и датчика 7 напряжения статора СМ и входами датчика 10 соэ(р, датчик 11 частоты вращения ротора, датчик 12 ускорения вала

Qf,1 вход которого подключен к выходу датчика 11 частоты вращения ротора, датчик 13 выпрямленного напряже-..

;ния. Устройство содержит задатчики . ускорения 14 вала СМ 1, потока 15

1599963 зазоре СМ, созч 16, задатчик 17 частоты вращения, запоминающий блок 18.

Выход регулятора 19 потока в зазоре

СИ 1 подключен к управляющему входу возбудителя 20, управляющий вход регулятора 19 потока подключен к датчику 9, а задающий — к задатчику 15 по тока в зазоре СИ.

Выход регулятора 21 тока в звене постоянного тока подключен к управляющему входу второго преобразователя

3 частоты, управляющий вход упомянутого регулятора 21 подключен к датчику 8 тока звена постоянного тока, а задающий вход — к выходу интегратора 22, вход которого соединен с выходами группы управляемых ключей с первого 23 по шестой 28, при этом входы первого 23 и второго 24 ключей этой 2О ,группы подсоединены к задатчику 14 и датчику 12 ускорения, входы третьего

25 и четвертого 26 ключей подключены к задатчику 16 и датчику 10 cos®, а входы пятого ?7 и шестого 28 кпючей соединены .с датчиком 8 тока звена постоянного тока и запоминающим устрой-. ством 18, которое через управляемый ключ 29 связано с выходом датчика 8 тока звена постоянного тока. ЗО

Выход регулятора 30 выпрямленного напряжения через двенадцатый управляемый ключ 31 соединен с управляющим входом первого преобразователя 2 частоты, управляющий вход регулятора 30 подключен к выходу датчика 13 выпрямленного напряжения, а задающий вход соединен с выходом блока 32 произведения, входы которого подключены к выходу датчика 11 частоты вращения и регулятора 33 частоты вращения, при "чем управляющий вход последнего сое;, динен; с выходом датчика 11 частоты вращения, а задающий вход соединен с выходом интегратора 34, вход которого 45 соединен с выходом управляемых ключей с восьмого по одиннадцатый 35 — 38, при этом входы восьмого 35 и девятого

36 управляемых ключей этой группы подсоединены к датчику 12 и задатчику 14 50 усКорения, а входы десятого 3? и одиннадцатого 38 управлявши ключей соединены с датчиком 11 и задатчиком 17 частоты вращения СИ 1. Выход регулятора 30 выпрямленного напряжения через управляющий ключ 31 подключен к управляющему входу первого преобразователя 2 частоты. Управляющие входы всех упомянутых ключей соединены с выходом блока 39 коммутации управляе мых ключей, содержащего компараторы 40 — 42 и логические элемента И

43 и 44 с инверсными выходами, вход компаратора 40 соединен с выходом датчика 11 частоты вращения, а выход с управляющими входами размыкающих ключей 23, 24, 29 и первыми входами логических элементов И 43 и 44; первый вход компаратора 41 соединен с задатчиком 17 частоты вращения, а второй вход упомянутого компаратора — с выходом датчика 11 частоты вращения, выход компаратора 41 соединен с уп-! равляющими входами замыкающих ключей

37 и 38 и с вторым входом логического элемента И 43, инверсный -выход которого соединен с управляющими входами замыкающих ключей 35 и 36, первый вход компаратора 42 соединен с выходом задатчика 45 установленного cosg а второй вход данного компаратора соединен с выходом датчика 10 cos (p„ выход компаратора 42 соединен с управляющими выходами замыкающих ключей

25 и 26 и вторым входом логического элемента И 44, инверсный выход которого соединен с управляющими входами замыкающих ключей.27 и 28.

Устройство работает следующим образом.

Контур регулирования потока в за-1 зоре CN воздействует на возбудитель

20 CIf, в результате чего во всех основных рабочих режимах значение потока (р поддерживается равным заданному Ю . Пуск ВЗУ,.з остановленного б зад состояния протекает в три этапа.

На первом этапе пуска частота вра щения мала (сд (ь>„), вследствие чего невозможна естественная коммутация вентилей выпрямителя 2 и осуществляется искусственная коммутация вентилей выпрямителя известным способом.

На начальном этапе пуска СИ 1 работает в двигательном режиме и„ следовательно, выпрямитель 3 переводится в инверторный режим. На первом этапе пуска по сигналу от блока 39 коммутации ключей ключи 35 — 38 и 31 отключены. Канал регулирования углов открытия выпрямителя 2 не работает, На этом этапе поддержание заданного ускорения вала СМ осуществляется за счет регулирования углов открытия ,инвертора 3 — контур регулирования

3 6

ВЭУ протекает при постоянстве тока, значение которого равно достигнутому = в конце первого этапа пуска, что позволяет осуществить устайчиный переход агрегата из режима потребления в режим выдачи активной мощности и протекает при постоянстве всех регулируемых параметров: потока +6 в зазоре СМ, ускорения а, тока i> в звена постоянного тока.

Третий этап пуска характеризуется выполнением следующих условий

И к (@OR C < д з ьд ь ,cos (f)r cos (g, т.е. частота нращения агрегата не достигла заданного значения urR „д, а значение соя (достигло установленного значения. В начале пуска при работе

CH в двигательном режиме сояцаО, затем па мере разгона в соответствии с аэродинамической характеристикой нетрокалеса момент на валу СИ растет, меняет знак. Электромагнитный момент

СМ можно рассчитать па выражению

N = 6 i „cost(. (1)

При y =const, i„=const. М э прапарцио6 нален сояф

Из (1) очевидно, чта если номинальный момент ВЭУ М „ соответствующий заданному значении

Мн) ь6 "4 гЛе Р6=. И 6 дь ip iq „*, то агре ат принципиально не сможет разогнаться до номинального режима. Поэтому при достижении соя =-cos p„, по сигналу ат блока 39 коммутации ключей отключаются ключи 27 и ?8 и включаются ключи

25 и 26 этой же группы. В результате этого контур регулиранания тока в звене постоянного тока подчиняется регулированию cos Ц, так как на вход интегратора 22 поступают сигналы от датчика 10 и задатчика 16 cos cp u дальнейший разгон агрегата продолжа-. ется при поддержании cos q равным заданному значению соя д.

На этом этапе ток i „ в звене постоянного тока нарастает и разгон

ВЭУ осуществляется с заданным значением ускорения. Па достижении частотой вращения заданного значения и .— (и по сигналу от блока 39 комму"зад тации ключей отключаются ключи 35 и 36 и включаются ключи 37 и 38, т.е. контур регулирования выпрямленного

I напряжения подчиняется только контуру регулирования частоты нращенич.

5 159996 тока звена постоянного тока подчиня-ется регулированию ускорения. По сигналу от блока 39 коммутации ключей включаются ключи 23 и 24 при атключеннь1х ключах с третьего па шестой

25 — 28, таким образом, на вход интегратора 22 поступают сигналы измеренного и заданного значений ускорения.

Второй этап пуска характеризуется выполнением следующих условий „< 4Е< ""а Мад, cos pecos q„ т.е. частота вращения агрегата превы- сила значения (Ф и стала возможна естественная коммутация вентилей выпрямителя и при этом значение cos g не достигло установленного значения.

На втором этапе пуска канал регулирования углов открытия выпрямителя 20 включается в работу. Особенностью этаго этапа пуска является также то, что на этом этапе осуществляется переход СМ из двигательного режима в генераторный. Работа предлагаемого уст- 25 ройства на втором этапе пуска.

По сигналу ат блока 39 коммутаций ключей включаются управляющие ключи

35, 36 и 3 1. Таким образом, в работу вступает контур регулирования выпрям- 30 ленного напряжения. Причем этот контур подчиняется внешнему контуру— регулирования частоты вращения агрегата, а этот контур, в свою. очередь, подчиняется контуРу. Регул рова ия 35 ускорения агрегата. Через ключи 35 и 36 на вход интегратора 34 поступают сигналы от датчика 12 и задатчика 14 ускорения, сигнал с выхода интегратора 34 поступает на задающий вход pery- 4а лятора 33 частоты, н результате чего частота вращения агрегата изменяется так, чта ускорение а равно заданному значению а д . По сигналу от блока 39 . коммутации ключей на втором этапе 45. пуска размыкаются ключи 23, 24 и 29 и замыкаются ключи 27 и 28. При этом на вход интегратора 22 поступают сигналы от датчика 8 тока звена постоянного тока.и от запоминающего устройства 18, на выходе которого запоминается сигнал, пропорциональный значению тока в звене постоянного тока в конце первого этапа запуска. С выхода интегратора сигнал поступает на задающий вход регулятора 21 тока в звене постоянного тока. В результате работы контура регулирования тока в звене постоянного тока второй этап запуска

)599963

Далее в установившемся режиме .устройство работает аналогично известным ветроустановкам в режиме отдачи энергии в сеть, с той лишь разницей, что, благодаря тому, что контур регулирования тока в звене постоянного тока

° & t подчинен регулированию соз, задание на ток (сигнал на выходе интегратора 22) корректируется в процессе работы машины, поддерживается заданное значение.соз g и, следовательно, увеличинается КГЩ установки.

Процесс торможения ВЭУ осущестн. ляется аналогично третьему этапу пус) ка, но заданное значение ускорения имеет другой знак. Таким образом, пуск и торможение ВЭУ осуществляется с заданным ускорением, что увеличивает надежность работы оборудования, при одновременном повышении КПД нетроустановки.

Формула из обретения-25 . Ветроустановка, содержащая синхронную машину, вал которой соединен с ветроколесом, и два управляемых преобразователя частоты, силовой выход первого из которых подключен к якорным обмоткам синхронной машины, а вход через сглаживающие реакторы— к силовому выходу второго преобразователя частоты, соединенному входом с сетью, датчики тока и напряжения статора синхронной машины, регулятор потока синхронной машины, нходы которого соединены с датчиком и задатчиком потока в зазоре синхронной машины, а выход подключен к управляющему входу нозбудителя синхронной машины, регулятор тока звена постоянного тока„ управляющий вход которого соединен с датчиком тока звена посто- янного токо, а выход подключен куправляющему входувторого преобразователя частоты, регулятор выпрямленного напря-.

I жения, упранляющий вход которого соединен с датчиком выпрямленного напря- >О жения, а задающий вход соединен с вы- ходом блока произведения, входы которого подключены к выходу датчика частоты .вращения и выходу регулятора частоты вращения синхронной машины, управляю- щий вход последнего подключен к датчику частоты вращения, о т л и ч а ющ а я с я тем, чта, с целью поныше,ния надежности КПД путем обеспечения пуска ветраустананки из остановленного состояния и торможения с заданным ускорением и поддержания коэффициента мощности, равным заданному значению н рабочих режимах, дополнительно введены два интегратора, блок памяти, датчик и эадатчик ускорения, датчик и задатчик коэффициента мощности, задатчик установленного значения коэффициента мощности, двенадцать управляемых ключей, из которых первый, второй и седьмой выполнены размыкающими, а остальные — замыкающими, три компаратора и два логических элемента И с инверсными выходами, причем вход перного компаратора подключен к выходу. датчика частоты вращения, а выход — к управляющим входам первого, второго и седьмого размыкающих ключей и к первым входам обоих логических элементов И, первый вход второго компаратора соединен с эадатчиком частоты вращения, а второй вход упомянутого компаратора — с выходом датчика частоты вращения, выход второго компаратора соединен с управляющими входами десятого и одиннадцатого замыкающих ключей и с вторым входом первого логического элемента И, инверсный выход которого соединен с управляющими входами восьмого и девятого замчкающих ключей, первый вход третьего компаратора подключен к вы- ходу задатчика установленного значе ния коэффициента мощности, а его второй вход подключен к выходу датчика коэффициента мощности, выход этого же компаратора подключен к управляющим вх дам третьего и четвертого замыкающих ключей и нторому входу второго логического элемента И, инверсный ,выход которого соединен с управляющими входами пятого и шестого замыкающих ключей, выходные выводы ключей с первого по шестой подключены к входу первого интегратора, выход которого подсоединен к задающему входу регулятора тока звена постоянного тока, входные выводы-первого и второго управляемых замыкающих ключей подключены соответственно к выходам задатчика и датчика ускорения, вход которого соединен с выходом датчика частоты вращения, входные выводы третьего и четвертого размыкающих управляемых ключей подключены соответственно к выходам задатчика и датчика коэффициента мощности, первый и второй вхоСоставитель А.Лебедев

Техред М.Коданич Корректор О.Ципле

Редактор Н.Киштулинец

Заказ 3149 Тираж 459 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5 Производственно-издательский комбинат "Патент", г.Ужгород, ул. Гагарина, 101

9 15999 ды которого подключены соответственно к датчикам напряжения и тока статора синхронной машины, входной вывод пятого управляемого замыкающего ключа подсоединен к выходу датчика тока звена постоянного тока, а входной вывод шестого управляемого замыкающего ключа соединен с выходом блока памяти, вход которого через седьмой 10 управляемый размыкающий ключ связан с выходом датчика тока звена постоянного тока, при этом выходные выводы управлчемых ключей с восьмого по одиннадцатый подключены к входу вто- 15

63 о рого интегратора, выход которого подключен к задающему входу регулятора" частоты, входные выводы восьмого и девятого управляемых замыкающих ключей соединены соответственно с датчиком и задатчиком ускорения, входные выводы десятого и одиннадцатого управляемых размыкающих ключей соединены соответственно с выходом датчика и задатчика частоты вращения, при этом выход регулятора напряжения через двенадцатый управляемый замыкающий ключ связан с управляющим. входом первого преобразователя частоты. !