Автономная ветродизельэлектрическая установка

 

Изобретение относится к машиностроению, в частности к комбинированным ветродизельэлектрическим установкам для автономного электроснабжения. Технический результат, заключающийся в повышении эффективности автономной ветродизельэлектрической установки и улучшении ее энергетических характеристик на установившихся и переходных режимах, достигается тем, что в автономной ветродизельэлектрической установке, содержащей подключенные к шинам потребителей асинхронную электрическую машину и синхронную электрическую машину, асинхронная электрическая машина, выполненная с короткозамкнутой обмоткой ротора, подключена к шинам потребителей с помощью автоматического выключателя и соединена с ветродвигателем, снабженным системой регулирования угла поворота лопастей ветроколеса для стабилизации частоты вращения, синхронная машина также подключена к шинам потребителей с помощью автоматического выключателя, снабжена инерционным маховиком на валу и соединена с поршневым двигателем внутреннего сгорания посредством управляемой разобщительной муфты. Установка также дополнительно снабжена реле пуска поршневого двигателя и включения муфты, реле частоты тока на шинах потребителей, датчиком величины активной мощности нагрузки, датчиком величины и направления потока активной мощности синхронной машины, таймером, а также компаратором для сравнения величин активной мощности нагрузки и синхронной машины, при этом выход реле частоты тока подключен ко входу реле пуска двигателя и включения разобщительной муфты через таймер, а выход компаратора - к отключающему устройству автоматического выключателя асинхронной машины и ко входу реле пуска двигателя и включения разобщительной муфты непосредственно. 1 ил.

Изобретение относится к машиностроению, в частности к комбинированным ветродизельэлектрическим установкам для автономного электроснабжения потребителей, где отсутствует возможность подачи электроэнергии от внешней энергосистемы.

Наиболее близким к изобретению является устройство по авторскому свидетельству SU 1813918 AI, 07.05.93 на ветродизельэлектрическую установку, содержащую подключенные к шинам потребителей асинхронную электрическую машину и синхронную электрическую машину.

Задача изобретения - повышение эффективности автономной ветродизельэлектрической установки и улучшение ее энергетических характеристик на установившихся и переходных режимах. Это достигается тем, что в автономной ветродизельэлектрической установке, содержащей подключенные к шинам потребителей асинхронную электрическую машину и синхронную электрическую машину, асинхронная электрическая машина, выполненная с короткозамкнутой обмоткой ротора, подключена к шинам потребителей с помощью автоматического выключателя и соединена с ветродвигателем, снабженным системой автоматического регулирования угла поворота лопастей ветроколеса для стабилизации частоты вращения, синхронная электрическая машина также подключена к шинам потребителей с помощью автоматического выключателя и соединена с поршневым двигателем внутреннего сгорания, причем в установку дополнительно введены инерционный маховик на валу синхронной машины, управляемая разобщительная муфта между валами синхронной машины и поршневого двигателя, реле пуска поршневого двигателя и включения разобщительной муфты, реле частоты тока на шинах потребителей, датчик величины активной мощности нагрузки, датчик величины и направления потока активной мощности синхронной машины, таймер, а также компаратор, к первому входу которого подключен выход датчика величины активной мощности нагрузки, а ко второму - выход датчика величины и направления потока активной мощности синхронной машины, при этом выход реле частоты тока подключен ко входу реле пуска двигателя и включения разобщительной муфты через таймер, а выход компаратора подключен к отключающему устройству автоматического выключателя асинхронной машины и ко входу реле пуска двигателя и включения разобщительной муфты непосредственно.

На чертеже приведена схема предлагаемого устройства автономной ветродизельэлектрической установки. Устройство включает в себя ветроэнергетическую установку (ВЭУ), содержащую асинхронную электрическую машину 1 с короткозамкнутой обмоткой ротора, соединенную с ветродвигателем 2 и подключенную к шинам 3 потребителей 4 с помощью автоматического выключателя 5. ВЭУ снабжена датчиком 6 частоты вращения и системой 7 автоматического регулирования угла поворота лопастей ветродвигателя 2 для стабилизации частоты вращения вала ВЭУ. Устройство включает в себя также дизель-генераторную установку (ДГУ), содержащую синхронную электрическую машину 8 с инерционным маховиком 9 на валу, соединенную с поршневым ДВС 10 с помощью управляемой разобщительной муфты 11 и подключенную к шинам 3 с помощью автоматического выключателя 12. ДВС 10 и разобщительная муфта 11 снабжены реле 13 пуска и включения. К шинам 3 потребители подключено реле 14 частоты. Между шинами 3 и потребителями 4 подключен датчик 15 величины активной мощности нагрузки, а между шинами 3 и синхронной машиной 8 подключен датчик 16 величины и направления потока активной мощности синхронной машины, выходы из которых подключены к первому и второму входам компаратора 17. Выход компаратора 17 непосредственно, а выход реле 14 частоты через таймер 18 подключены по схеме "ИЛИ" ко входу реле 13 пуска ДВС и включения разобщительной муфты. Выход компаратора 17 подключен также к отключающему устройству автоматического выключателя 5 асинхронной машины.

Установка работает следующим образом.

Для пуска ветроустановки необходимо к ее валу приложить пусковой момент, поэтому пуск осуществляется от маховичной синхронной машины дизель-генераторной установки. При этом включается разобщительная муфта 11, соединяя коленчатый вал ДВС 10 с валом синхронной машины 8 и запускается ДВС. После выхода синхронной машины на номинальную частоту и ее подключения выключателем 12 к шинам 3 включается выключатель 5 и подается напряжение на асинхронную машину 1 для раскрутки ветродвигателя 2 до номинальной частоты вращения. Наличие на валу синхронной машины инерционного маховика 9 благодаря значительному запасу кинетической энергии облегчает условия запуска ветроустановки. При скорости ветра, достаточной для работы ветроустановки и электропитания потребителей, отключается разобщительная муфта 11 и останавливается ДВС 10, после чего синхронная машина 8 потребляет активную мощность от ветроустановки для поддержания вращения инерционного маховика 9 с номинальной частотой и вырабатывает реактивную мощность для создания магнитного потока в асинхронной машине 1 ветроустановки, а также для потребителей электроэнергии 4. Наличие на валу синхронной машины инерционного маховика способствует стабилизации частоты тока и активной мощности на шинах потребителей как на установившихся, так и переходных режимах при изменении скорости ветра или динамическом изменении величины активной мощности нагрузки, чем упрощает задачу CAP ветроустановки по стабилизации частоты вращения асинхронной машины. В случаях уменьшения скорости ветра, когда вырабатываемая ветроустановкой активная мощность недостаточна для питания потребителей, происходит снижение частоты тока. При частоте тока ниже допустимой по сигналу реле 14 частоты с выдержкой времени с помощью таймера 18 подается сигнал на реле 13 пуска ДВС и включения разобщительной муфты. После запуска ДГУ вырабатывает реактивную мощность и недостающую активную. Уставка времени таймера 18 должна быть несколько выше времени переходного процесса установки при динамическом увеличении нагрузки или при уменьшении скорости ветра в пределах допустимого значения. Наличие на валу синхронной машины инерционного маховика обеспечивает питание потребителей недостающей активной мощностью и способствует уменьшению провала частоты тока в период запуска ДВС и включения разобщительной муфты. В случае, когда величина потока активной мощности, вырабатываемой синхронной машиной 8, равна или превышает величину активной мощности потребителей, что происходит при резком уменьшении скорости ветра или выходе из строя ветроустановки, компаратор 17 выдает команду без задержки времени на отключение выключателя 5 асинхронной машины 1 ветроустановки от шин 3 потребителей, а также на реле 13 пуска ДВС 10 и включения разобщительное муфты 11. Компаратор 17 осуществляет формирование команды на основе сравнения входящих в него величин выходных сигналов датчика 15 величины активной мощности нагрузки и датчика 16 величины и направления потока активной мощности синхронной машины 8. Перевод питания потребителей от ветроустановки на дизель-генератор осуществляется без разрыва синусоиды питающего напряжения.

Таким образом, предлагаемая автономная комбинированная ветродизельэлектрическая установка обеспечивает повышение эффективности за счет включения в работу ДВС только в случаях недостаточной для ветроустановки скорости потока воздуха, улучшение энергетических характеристик на установившихся и переходных режимах путем стабилизации частоты и мощности и может быть использована для гарантированного электропитания потребителей, не допускающих разрыва синусоиды питающего напряжения.

Формула изобретения

Автономная ветродизельэлектрическая установка, содержащая подключенные к шинам потребителей асинхронную электрическую машину и синхронную электрическую машину, отличающаяся тем, что асинхронная электрическая машина, выполненная с короткозамкнутой обмоткой ротора, подключена к шинам потребителей с помощью автоматического выключателя и соединена с ветродвигателем, снабженным системой автоматического регулирования угла поворота лопастей ветроколеса для стабилизации частоты вращения, синхронная электрическая машина также подключена к шинам потребителей с помощью автоматического выключателя и соединена с поршневым двигателем внутреннего сгорания, причем в установку дополнительно введены инерционный маховик на валу синхронной машины, управляемая разобщительная муфта между валами синхронной машины и поршневого двигателя, реле пуска поршневого двигателя и включения разобщительной муфты, реле частоты тока на шинах потребителей, датчик величины активной мощности нагрузки, датчик величины и направления потока активной мощности синхронной машины, таймер, а также компаратор, к первому входу которого подключен выход датчика величины активной мощности нагрузки, а ко второму - выход датчика величины и направления потока активной мощности синхронной машины, при этом выход реле частоты тока подключен ко входу реле пуска двигателя и включения разобщительной муфты через таймер, а выход компаратора подключен к отключающему устройству автоматического выключателя асинхронной машины и ко входу реле пуска двигателя и включения разобщительной муфты непосредственно.

РИСУНКИ

Рисунок 1