Устройство для управления асинхронизированным синхронным генератором ветроэнергетической установки Советский патент 1987 года по МПК H02P9/42 

введены двухпороговый компаратор 16, второй задатчик 15 частоты вращения и три управляемых блока 12, 27, 30 коммутации. Первый блок 12 коммутации включен между выходами первого 14 и второго 15 задатчиков частоты вращения и вторым входом второго элемента 11 сравнения, а его управляемый вход соединен с первым выходом блока задания режима работы. Второй блок 27 коммутации включен между выходом четвертого элемента 24 сравнения и первым входом формирователя 28 зависимости частоты вращения от скорости ветра, а его управляемый вход

t

Изобретение относится к электротехнике, а именно к управлению асин хронизированными синхронными генераторами, и может быть использовано в ветроэнергетических установках, работающих на промьшшенную сеть.

Цель изобретения - повьшение использования асинхронизированного син ронного генератора и увеличение выработки электроэнергии.

На фиг.1 представлена блок-схема предлагаемого устройства для управления асинхронизированным синхронным генератором ветроэнергетической ус- тановки; на фиг.2 - семейство механических характеристик ветродвигателя при различных скоростях ветра У, Ч| и нагрузочные характеристики асинхронизированного синхронног генератора при различных законах управления; на фиг.З - зависимости выработки электроэнергии А от скорости ветра V при различных законах управления.

Устройство для управления асинхронизированным синхронным генератором 1 ветроэнергетической установки (фиг.1) содержит преобразователь 2 частоты, выход которого подключен к роторной цепи указанного генератора, канал регулирования реактивной мощности, включающий в себя датчик 3 реактивной мощности, входы которого соединены с датчиками тока 4 и напряжения 5 статорной цепи асинхронизированного синхронного генератора.

соединен с первым выходом блока задания режима работы. Третий блок 30 коммутации включен между выходом сумматора, 29 и третьим входом блока 9 преобразования координат, а его управляемый вход соединен с вторым выходом блока задания режима работы, вход которого подключен к выходу датчика 25 скорости ветра. Применение устройства позволяет получить -три режима работы асинхронизированного синхронного г-ра в рабочем диапазоне скоростей ветра: с пост, частотой вращения, с гиперболической нагрузочной х-кой и с пост, моментом. 3 ил

а выход подключен к первому входу первого- элемента 6 сравнения, второй вход которого соединен с задатчржом 7 реактивной мощности, а выход - с 5 регулятором 8 реактивной мощности, выход которого подключен к первому входу блока 9 преобразования координат, канал регулирования частоты вращения, включающий в себя датчик О 10 частоты вращения, выход которого соединен с первым входом второго элемента 11 сравнения, второй вход которого соединен с выходом первого блока 12 коммутации, а выход подключен к регулятору ,13 частоты вращения, первый задатчик 14 частоты вращения, выход которого соединен с первым входом первого блока коммутации, второй вход которого соединен с выходом вто рого задатчика 15 частоты вращения, а третий (управляемый) вход - с первым выходом двухпорогового Kot-mapa- тора 16, формироватгэль 17 гармоничес- , кой функции частоты скольжения, пер- вый вход которого соединен с датчиком 18 частоты напр.тасения сети 19, второй вход - с датчиком 20 углового положения ротора, а выход - с вторым входом блока преобразования коорди нат, выход которого подключен к первому входу третьего элемента 21 сравнения, второй вход которого соединен с датчиком 22 тока ротора, а выход через регулятор 23 тока ротора - с

5 входом преобразоват1гля частоты. Устройство также содержит четвертьй эле31

мент 24 сравнения, первый вход которого соединен с датчиком 25 скорости ветра, второй вход - с задатчиком 26 скорости ветра, а выход - с первым входом второго блока 27 коммутации, второй (управляемый) вход которого соединен с первым выходом двухпоро- гового компаратора, а выход подключен к первому входу формирователя 28 зависимости частоты вращения от ско- рости ветра, второй вход которого соединен с датчиком частоты вращения а выход - с первым входом сумматора 29, второй вход которого соединен с выходом регулятора частоты вращения, а выход подключен к первому входу третьего блока 30 коммутации, второй (управляемый) вход которого соединен с вторым выходом двухпорогового компаратора, а выход подключен к третьему входу блока преобразования координат. Вход двухпорогового компаратора соединен с датчиком скорости ветра. I

Устройство работает следующим об-

разом.

Сигналы с датчиков тока 4 и напряжения 5, несущие информацию ь токах и напряжениях первичной цепи асин- хронизированного синхронного генера- тора 1 и имеющие частоты, равные частоте сети, поступают на вход датчика 3 реактивной мощности, с которого снимается сигнал Q, пропорциональный реактивной мощности. При изменении задающего значения реактивной мощности РЗС,Й (сигнала задатчика 7) или сигнала Q реактивной мощности (во время динамических процессов) на выходе первого элемента 6 сравнения появляется сигнал рассогласования, роторый поступает на вход регулятора 8 реактивной мощности. Сигнал с выхода последнего поступает на первый вход блока 9 лреобразования коорди- нат, который производит преобразование входных сигналов, сформированных в синхронной системе координат, в роторную систему координат с использованием сигналов гармонических функци частоты скольжения, поступающих с формирователя 17 гармонической функции частоты скольжения. Сигнал на выходе блока 9 преобразования координат является заданием для фазных токов ротора. На первый вход третьего элемент& 21 сравнения поступает сигнал с выхода блока 9 преобразования координат, на второй вход - сиг

o 5 0

5

. с

5

0

1674

нал фазных токов ротора от датчика

22тока ротора. Результат сравнения этих сигналов поступает на регулятор

23тока ротора, сигнал с выхода последнего - на вход преобразователя 2 частоты, выходы которого подводятся к контактным кольцам асинхронизированного синхронного генератора 1.

Таким образом, рассогласование, появившееся на выходе первого элемента 6 сравнения в результате неравенства сигналов Q и Q,o. приводит к изменению модуля и фазы напряжения, подводимого к кольцам ротора с выхода преобразователя 2 частоты и соответствующему изменению токов и напряжений первичной цепи асинхро- низированного синхронного генератора 1, В результате происходит демпфирование колебаний реактивной мощности (во время динамических процессов) или установление нового значения выдаваемой (потребляемой) реактивной мощности, а на выходе первого элемента 6 сравнения восстанавливается нулевой сигнал.

При достижении скорости ветра значения V V, (фиг.2), при котором частота вращения ветродвигателя соответствует началу рабочего диапазона изменения частоты вращения асинхронизированного синхронного генератора 1, последний подключается к сети.

В диапазоне скоростей ветра V - V сигналы на выходах двухпорогового компаратора 16 равны нулю, при этом выход второго задатчика 15 частоты вращения, сигнал которого пропорционален минимальной частоте вращения мин подключен К второму входу второго элемента 11 сравнения через первый блок 12 коммутации, выход четвертого элемента 24 сравнения отключен от первого входа формирователя 28 зависимости частоты вращения от скорости ветра (первый вход формирователя 28 заземлен), а выход сумматора 29 .подключен к третьему входу блока 9 преобразования координат через третий блок 30 коммутации. Двух- пороговый компаратор 16 осуществляет управление блоками 12, 27 и 30 коммутации, представляющими собой управляемые электронные ключи, в зависимости от величины сигнала, поступающего на его вход от датчика 25 скорости ветра, и может быть реализован

на

513041

базе известных функциональнык

торов. При изменении частоты вращения wJ(во время динамических процессов при изменении скорости ветра) на выходе второго элемента 11 сравнения появляется сигнал рассогласования, который поступает на вход регулятора 13 частоты вращения, представляющего собой пропорционально-интегральный регулятор. Сигнал с выхода последнего поступает на второй вход сумматора 29, на первый вход которого поступает нулевой сигнал с выхода формирователя 28 зависимости частоты вращения от скорости ветра. Дальнейшая работа аналогична описанной выше, т.е. изменение сигнала регулятора 13 частоты вращения и суммарного сигнала канала регулирования частоты вращения, поступающего на третий вход блока 9 преобразования координат с выхода сумматора 29, продолжается до момента установления заданного значения частоты вращения jac мин асинхронит зированного синхронного генератора i. По достижении скорости летра ,j на первом выходе двухпорогового компаратора 16 формируется сигнал управления, поступающий на третий (управ- ляемый) вход первого блока 12 коммутации и на второй (управляемьш) вход второго блока 27 коммутации. При этом происходит переключение второго входа второго элемента 11 сравнения с выхо- да второго задатч ка 15 частоты вращения к выходу первого задатчика 14 частоты вращения, сигнал которого пропорционален вращения

синхронной частоте о) асинхронизиро

ванного синхронного генератора 1, и подклю Фение выхода четвертого элемента 24 сравнения к первому входу формирователя 28 зависимости частоты вращения от скорости ветра. Формиро- в.атель 28, представляющий собой блок перемножения, первьй вход которого соединен с выходом четвертого элемента 24 сравнения через потенциометр, реализует преобразование сигна- ла частоты вращения, поступающего на его второй вход по заданному закону в зависимости от скорости ветра. При изменении скорости ветра в диапазоне от V Vj до V V, вращающий момент на валу асинхронизированного синхронного генератора 1 меняется, что приводит к изменению его частоты вращения. На вьгходах элементов срав

5 0 5 о

0

5

0

5

676

нения 24 и 11 появляются сигналы рассогласования, поступающие соответственно на первый -вход формирователя 28 зависимости частоты вращения от скорости ветра и вход регулятора 13 частоты вращения. С выхода формирователя 28 на первый вход сумматора 29 поступает сигнал K(V - )J , пропорциональный текущему значению частоты вращения и отклонению скорости ветра от заданной V,, Величина коэффициента К является постоянной в заданном режиме работы и определяется положением движка потенциометра формирователя 28. В сумматоре 29 происходит сложение сигналов формирова- т еля 28 и регулятора 13 частоты вращения, причем сигнал регулятора 13 имеет знак, противоположный знаку сигнала формирователя 28, после суммарный сигнал поступает на третий вход блока 9 преобразова ия координат, а с выхода последнего через третий элемент 21 сравнения и регулятор 23 тока ротора - на вход преобразователя 2 частоты и кольца ротора асинхронизированного синхронно-го генератора 1. Переходный процесс заканчивается ус- тановл 1ием нового значения частоты вращения ротора асинхронизированного синхронного генератора 1, причем на. выходе второго элемента 11 сравнения сохраняется сигнал )ассогласования, зависящий от установившихся значений частоты вращения аз и скорости ветра V, Сигнал рассогласования на выходе четвертого элемента 24 сравнения не зависит от работы устройства-и определяется ветровык режимом.

По достижении скорости ветра значения V V.J на втором выходе двухпорогового компаратора 16 формируется сигнал управления, поступающий на второй (управляемьм) вход третьего блока 30 коммутации. При этом происходит отключение выхода сумматора 29 от третьего входа блока 9 преобразования координат (третий вход блока 9 преобразования координат заземляется) , и суммарньм сигнал канала регулирования частоты вращения независимо от сигналов, поступающих на первый и второй входы сумматора 29, становится равным нулю. Отключение канала регулирования частоты вращения (что равносильно полной взаимной компенсации сигналов, поступающих на входы сумматора 29) обусловливает

переход асинхронизированного синхронного генератора 1 на режим работ с постоянным моментом при изменении скорости ветра от V V до скорости V V , соответствующей верхней гра нице рабочего диапазона изменения частоты вращения

Таким образом, применение устройства позволяет получить три режима работы асинхронизированного синхрон- ного генератора 1 в рабочем диапазоне скоростей ветра: с постоянной час тотой вращения (нагрузочная характеристика М,-М,2 на фиг. 2) ; гиперболической нагрузочной характеристикой Mj-M , близкой на соответствующем участке к оптимальной (квадратичной) нагрузочной характеристике -М ; постоянным моментом (нагрузочная характеристика М -М на фиг . 2) , причем на всех указанных режимах, за исключением точек М, и М, использование асинхронизированного синхронного генератора 1 повьппаётся. При этом вьфаботка электроэнергии в заданном диапазоне изменения частоты вращения увеличивается на величину, пропорциональную заштрихованной площади, ограниченной замкнутой кривой

,

-А -А -А на фиг.З.

Формула изобретения

Устройство для управления асин- хронизированным синхронным генерато- ром ветроэнергетической установки, содержащее преобразователь частоты, выход которого подключен к роторной цепи генератора, канал регулирования реактивной мощности, включающий в себя датчик реактивной мощности, входы которого соединены с датчиками тока и напряжения статорной цепи асинхронизированного синхронного генератора, а выход подключен к перво- му входу первого элемента сравнения, второй вход которого соединен с за- датчиком реактивной мощности, а выход - с регулятором реактивной мощ- .ности, выход которого подключен к первому входу блока преобразования координат, канал регулирования частоты вращения, включающий в себя первый задатчик частоты вращения, второ элемент сравнения, первый вход кото- рого соединен с датчиком частоты вращения, а выход подключен к входу ре5

. О . -520

25

30

35 40 550 55 гулятора частоты вращения, формирователь гармонической функции частоты скольжения, первый вход которого соединен с датчиком частоты напряжения сети, второй вход - с датчиком углового положения ротЪра, а выход - с вторым входом блока преобразования координат, выход которого подключен к первому входу третьего элемента сравнения, второй вход которого соединен с датчиком тока ротора, а выход через регулятор тока ротора - с входом преобразователя частоты, чет- вертьй элемент сравнения, первьш вход которого соединен с датчиком скорости ветра, а второй вход - с задатчиком скорости ветра, формирователь зависимости частоты вращения от скорости ветра с выходным сигналом К, (V-V, )fj, где К j - коэффициент пропорцинальнос- ти, определяемый структурой ветрового потока; cJ - частота вращения асинхронизированного синхронного генератора; V, V - соответственно текущее и заданное значения скорости ветра, второй вход которого соединен с датчиком частоты вращения, а выход подключен к первому входу сумматора, второй вход которого соединен с выходом регулятора частоты вращения, отличающееся тем, что, с целью повьпиения использования асинхронизированного синхронного генератора и увеличения выработки электроэнергии, дополнительно введены двух- пороговый компаратор, второй задатчик частоты вращения и три управляемых блока коммутации, причем первый блок коммутации включен между выходами первого и второго задатчиков частоты вращения и вторым входом второго элемента сравнения, а его управляемьй вход соединен с первым выходом двух- порогового компаратора, второй блок коммутации включен между выходом четвертого элемента сравнения и первым входом формирователя зависимости частоты вращения от скорости ветра, а его управляемый вход соединен с первым выходом двухпорсгового компаратора, третий блок коммутации включен между выходом сумматора и третьим входом блока преобразования координат, а его управляемый вход соединен с вторым выходом двухпорогового компаратора, вход которого подключен к ; выходу датчика скорости ветра.

и мин. о ae:2

Шнсигс.

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано для управления электрическими смашинами переменного тока, первичная обмотка которых подключена к сети переменного тока, а вторичная получает, питание от регулируемого преобразователя частоты, в частности, в ветроэнергетике для управления асин- хронизированными синхронньми генераторами ветроэнергетических установок, работающих на мощную сеть. Целью изобретения является повышение использования асинхронизированного синхронного генератора и увеличение выработки электроэнергии в заданном диапазоне изменения частоты вращения. Устройство содержит два канала регулирования - реактивной мощности и частоты вращения. В канал регулиро- .вания частоты вращения дополнительно IS Ю (О сл со о 4:: f)ur.t

3 о

Составитель С.Смирнов Редактор М.Товтин Техред И.Попович Корректор Л.Патай

Заказ 1322/56 Тираж 661Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР

по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-полиграфическое предприятие, г.Ужгород, ул.Проектная, 4