Способ связи ветроэнергетической установки с другим источником переменного тока
Владельцы патента RU 2423776:
Российская Академия Сельскохозяйственных наук Государственное научное учреждение Всероссийский научно-исследовательский институт электрификации сельского хозяйства Российской Академии Сельскохозяйственных наук (ГНУ ВИЭСХ РОССЕЛЬХОЗАКАДЕМИИ) (RU)
Изобретение относится к ветроэнергетике и может быть использовано в автономных источниках электропитания на базе тепловых двигателей или в промышленной энергетике. Технический результат состоит в повышении эффективности ветроэнергетической установки (ВЭУ) и защита ее генератора от перегрузки реактивным током. В известном способе связи ВЭУ с другим источником электроэнергии переменного тока в рассечку линии «генератор-устройство синхронизации» включают реактор. К выходу реактора подключают емкостную нагрузку. Параметры реактора и емкостной нагрузки предварительно оптимизируют. 4 ил.
Изобретение относится к ветроэнергетике и может быть использовано в автономных источниках электропитания на базе тепловых двигателей или в промышленной энергетике.
Известен способ связи ветроэнергетической установки (ВЭУ), согласно которому фазные обмотки генератора ВЭУ соединяют с входом устройства синхронизации, выход которого электрически связывают с сетью другого источника. При этом до момента синхронизации напряжение и частоту генератора ВЭУ выравнивают с напряжением сети другого источника, а синхронизацию осуществляют в момент совпадения фаз напряжений генератора ВЭУ с соответствующими напряжениями другого источника. (Ветроэнергетическая установка Bonus-30/150 kW. Инструкция по монтажу и наладке).
Недостаток известного способа заключаются в следующем.
ВЭУ большинство времени работает при нагрузке значительно меньше номинального значения. Это обуславливает необходимость снижения потерь генератора ВЭУ при его работе, близкого к режиму холостого хода. При известном способе связи значительная доля энергии ветродвигателя теряется на возбуждение генератора для обеспечения требуемой электродвижущей силы (ЭДС) в соответствии с напряжением другого источника, и эти потери вызывают торможение ветродвигателя.
При использовании в ВЭУ асинхронного генератора на основе серийной асинхронной машины с короткозамкнутым ротором (что предпочтительно) возбуждение такого генератора возможно только со стороны статора. ЭДС асинхронной машины при работе в генераторном режиме при этом увеличивается по сравнению с расчетным значением ЭДС для двигательного режима при одном и том же напряжении на фазах на величину:
где 
и 
- комплексные ЭДС в генераторном и двигательном режимах соответственно;
- комплексное значение фазного тока;
r1 и x1 - активное и индуктивное сопротивления фазных обмоток генератора соответственно.
Вследствие нелинейности характеристики намагничивания магнитной системы машины при известном способе связи ВЭУ с другим источником такой генератор работает с насыщением его магнитной системы, что приводит к значительным потерям мощности ветродвигателя и может приводить к перегреву обмотки генератора реактивным током.
Задачей изобретения является повышение эффективности ВЭУ и защита генератора ВЭУ от перегрузки реактивным током.
В результате использования предлагаемого технического решения повышается эффективность использования ветроэнергетической установки и устраняется перегрузка генератора.
Вышеуказанный технический результат достигается тем, что в предлагаемом способе связи ветроэнергетической установки с другим источником переменного тока, согласно которому фазы генератора ветроэнергетической установки соединяют с входом устройства синхронизации, выход которого связывают с электрической сетью другого источника, причем до момента синхронизации напряжение и частоту на входе устройства синхронизации выравнивают с напряжением и частотой сети другого источника, а синхронизацию осуществляют в момент совпадения фаз напряжений генератора ветроэнергетической установки с соответствующими напряжениями другого источника, в рассечку линии «генератор ВЭУ-устройство синхронизации» включают реактор, к выходу которого подключают емкостную нагрузку, причем параметры реактора и емкостной нагрузки предварительно оптимизируют по минимуму тока генератора ВЭУ для режима работы с наибольшей вероятностью.
В предложенном способе снижается ЭДС и фазное напряжение генератора при обеспечении уровня напряжения на выходе устройства синхронизации, соответствующего напряжению другого источника. Тем самым уменьшается фазный ток генератора ВЭУ и, следовательно, уменьшаются потери мощности ветродвигателя.
Осуществляют способ следующим образом. В известном способе связи ВЭУ с другим источником электроэнергии переменного тока в рассечку линии «генератор-устройство синхронизации» включают реактор, а к выходу реактора подключают емкостную нагрузку, причем параметры реактора и емкостной нагрузки предварительно оптимизируют.
Реализация способа поясняется на фиг.1, где используются условные обозначения: 1 - ветроэнергетическая установка; 2 - генератор; 3 - реактор; 4 - емкостная нагрузка; 5 - устройство синхронизации ВЭУ с другим источником; 6 - сеть другого источника.
Пример реализации способа связи с другим источником - ветроэнергетическая установка с асинхронным генератором 2 - представлен на фиг.2, где в качестве емкостной нагрузки используются конденсаторы 4.
Достигаемый технический результат поясняется векторной диаграммой (фиг.3), где приняты следующие обозначения: ЕГ - вектор ЭДС генератора ВЭУ 1; UГ и Uс - векторы напряжения генератора 1 и напряжения на входе устройства синхронизации 5 соответственно; Up - вектор напряжения на реакторе; Ic, ReIc и ImIс - вектор тока в линии «устройство синхронизации-сеть другого источника» и его вещественная и мнимая составляющие соответственно; Iо - вектор составляющей тока возбуждения, порождаемого конденсаторной батареей 4; Iф - вектор фазного тока генератора. Из фиг.3 следует, что к моменту синхронизации ВЭУ напряжение на выходе реактора 3 выравнивается с напряжением другого источника. При этом напряжение на входе реактора 3 оказывается меньше напряжения на его выходе, что подтверждается. Это приводит к уменьшению ЭДС, следовательно, фазного тока и электрических потерь генератора.
На фиг.4 представлены кривые зависимости ЭДС Е и фазного напряжения Uф от намагничивающего тока Im генератора, которые отражают достигаемый эффект от использования предложенного способа. Здесь переменные с индексом 1 относятся к режиму генератора в соответствии с прототипом, с индексом 2 - в соответствии с предложенным способом. Как следует из фиг.4, понижение фазного напряжения на 10% относительного номинального для источников позволяет понизить намагничивающий ток и, следовательно, собственные потери генератора почти в 2 раза.
Способ связи ветроэнергетической установки (ВЭУ) с другим источником переменного тока, согласно которому фазы генератора ветроэнергетической установки соединяют с входом устройства синхронизации, выход которого связывают с электрической сетью другого источника, причем до момента синхронизации напряжение и частоту на входе устройства синхронизации выравнивают с напряжением и частотой сети другого источника, а синхронизацию осуществляют в момент совпадения фаз напряжений генератора ветроэнергетической установки с соответствующими напряжениями другого источника, отличающийся тем, что в рассечку линии «генератор ВЭУ-устройство синхронизации» включают реактор, к выходу которого подключают емкостную нагрузку, причем параметры реактора и емкостной нагрузки предварительно оптимизируют по минимуму тока генератора ВЭУ для режима работы с наибольшей вероятностью.
