Устройство для управления асинхронизированным синхронным генератором ветроэнергетической установки Советский патент 1990 года по МПК H02P9/42 

коммутации к второму входу сумматора, двухпороговый компаратор 11, управляющий блоками коммутации. Сущность изобретения заключается во введении в устройство формирователя 16 числа

модулей и блока 17 перемножения.Особенность функционирования устройства заключается в более точной стабилизации величины максимального момента на валу АСГ. 2 ил.

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в ветроэнергетических установках, работающих на мощную сеть. Цель изобретения - повышение точности регулирования. Устройство содержит преобразователь частоты /ПЧ/ 2, выходом соединенный с роторной цепью асинхронизированного синхронного генератора (АСГ) 1, канал 3 регулирования реактивной мощности, связанный через блок 4 преобразования координат, элемент 21 сравнения, регулятор 23 тока ротора с входом ПЧ, канал регулирования частоты вращения, включающий элемент 5 - 9, подключенный к первому входу сумматора 10, датчик 12 скорости ветра, подсоединенный через масштабный усилитель 15, блоки 13, 14 коммутации к второму входу сумматора 10, двухпороговый компаратор 11, управляющий блоками коммутации. Сущность изобретения заключается во введении в устройство формирователя 16 числа модулей, и блока 17 перемножения. Особенность функционирования устройства заключается в более точной стабилизации величины максимального момента на валу АСГ. 2 ил.

Изобретение относится к электро- и может быть исполозовано длц управления электрическими маши- на|4и 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 хр онизиро ванными синхронными генераторами ветроэнергетических установок, работающих на мощную сеть.

Целью изобретения является повышение точности регулирования.

На фиг. 1 представлена блок-схема предлагаемого устройства для управ- ле|ния асинхронизированным синхронным генератором ветроэнергетической ус- тг|новки на фиг. 2 - семейство механи характеристик ветродвигателя п$и различных скоростях :ветра V,, , Vx , . . . , V и нагрузочные характери- ctHKH асинхронизированного синхронного генератора при различных режи- мЈх работы.

Устройство для управления асинхронизированным синхронным генератором 1 ветроэнергетической установки содержит преобразователь 2 частоты, выход которого подключен к роторной цепи указанного генератора 1, канал 3 регулирования реактивной мощности, выход которого подключен к первому входу блока 4 преобразования коорди- нат, канал регулирования частоты вращения , включающий датчик 5 частоты вращения, выход которого соединен с первым входом первого элемента 6 сравнения, второй вход которого сое- динен с задатчиком 7 частоты вращения через первый блок 8 коммутации, а выход - с входом регулятора 9 частоты вращения, выход которого подключен к первому входу сумматора 10,двух Пороговый компаратор 11, вход которого соединен с выходом датчика 12 скорости ветра, первый выход с управляемыми входами первого 8 и второго 13

5 0

5

д

о 5 0

5

блоков коммутации, а второй выход - с управляемым входом третьего блока 14 коммутации, машстабный усилитель 15, вход которого соединен с выходом датчика 12 скорости ветра, а выход - с силовым входом второго блока 13 коммутации, формирователь 16 числа модулей, вход которого соединен с выходом датчика 12 скорости ветра, а выход подключен к первому входу блока 17 перемножения, второй вход которого соединен с датчиком 12 скорости ветра, а выход - с вторым силовым входом третьего блока 14 коммутации, первый силовой вход которого соединен с выходом второго блока 13 коммутации, а выход - с вторым входом сумматора 10, выход которого подключен к второму входу блока 4 преобразования координат.

Устройство содержит также формирователь 18 гармонических функций частоты скольжения s первый вход которого соединен с датчиком 19 частоты напряжения сети, второй вход с датчиком 20 углового положения ротора, а выход - с третьим входом блока 4 преобразования координат, выход которого подключен к первому входу второго элемента 2J сравнения, второй вход которого соединен с датчиком 22 тока ротора, а выход через регулятор 23 тока ротора - с входом преобразователя 2 частоты.

Устройство работает следующим образом.

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

В диапазоне скоростей ветра V, - V сигналы на выходах двухпорогового ком паратора 11, осуществляющего управление блоками 9, 13 и 14 коммутации,

равны нулю, дри этом выход задатчи- ка 7 частоты вращения, сигнал которого пролорционален минимальной частоте вращения СО СОМИН, подключен к второму входу первого элемента 6 сравнения через первый блок 8 коммутации, выход масштабного усилителя 15 отключен от первого входа третьего блока

14 коммутации, а второй вход суммато- ю тора 1.

ра 10 подключен к выходу второго бло- Но достижении скорости ветра V

ка 13 коммутации через третий блок

14 коммутации и заземлен.

Блоки 8, 13 и 14 коммутации пред 7„

2 на первом выходе двухпорого го компаратора 11 формируется сиг управления, поступающий на управл

ставляют собой управляемые электронные мые-входы первого блока 8 и второго

ключи, замыкание (размыкание) которых происходит в зависимости от наличия сигналов, поступающих на их управляемые входы с выходов двухпорогового

компаратора 11. При изменении частоты 20 вход первого элемента 6 сравнения вращения СО (во время динамических заземляется) и подключение выхода процессов при изменении скорости ветра) на выходе первого элемента 6 сравнения появляется сигнал рассогласования, который поступает на вход ре-25 мутации.

гулятора 9 частоты вращения, представ- Таким образом, выход масштабного ляющего собой пропорционально-интегральный регулятор. Сигнал с выхода последнего поступает на первый вход сумматора 10, на второй вход которого поступает нулевой сигнал, а затем - на второй вход блока 4 преобразования координат, который производит преобразование входных сигналов, сформированных в синхронной системе коорди- .,5 нат, в роторную систему координат с использованием сигналов, поступающих 1с формирователя 18 гармонических функций частоты скольжения. Сигнал с выхода блока 4 преобразования координат,40 меняется ,что приводит к изменению его являющийся заданием для фазных токов частоты вращения.С выхода масштабного

усилителя 15 (через блоки 13 и 14 коммутации) на второй вход сумматора 10 поступает сигнал, пропорци- 45 опальный KHV, где Кн - отношение нормального значения числа модулей ветродвигателя к его радиусу, V - текущее значение скорости ветра. На первый вход сумматора 10 с выхода регулятора 9 частоты вращения поступает сигнал, пропорциональный текущему значению частоты вращения СО

блока 13 коммутации. При этом происходит отключение выхода эадатчика 7 частоты вращения от второго входа первого элемента 6 сравнения (второй

масштабного усилителя 15 через второй блок 13 коммутации к первому силовому входу третьего блока 14 комусилителя 15 оказывается подключенным к второму входу, сумматора 10 (второй вход сумматора 10 по-прежне- 30 му подключен к выходу второго блока 13 коммутации через третий блок 14 коммутации). Масштабный усилитель 15 реализует умножение сигнала V, поступающего на его вход от датчика 12 скорости ветра, на заданный (постоянный) коэффициент KK. При изменении скорости ветра от Va до V3 вращающий момент М на валу асинхро- низированного синхронного генератора 1

ротора, поступает на первый вход второго элемента 21 сравнения, на второй вход которого поступает сигнал фазных токов ротора от датчика 22 тока ротора. Результат сравнения этих сигналов поступает на регулятор 23 тока ротора, а с выхода последнего - на вход преобразователя 2 частоты, выходы которого подводятся к контактным кольцам асихронизированндго синхронного генератора 1.

Таким образом, рассогласование, появившееся на входе первого элемента 6 сравнения в результате неравенства сигналов СО и СО зад , приводит к изменению модуля и фазы напряжения, подводимого к кольпам ротора с выхода преобразователя 2 частоты, и соответ50

асинхронизированного синхронного генератора 1. В сумматоре 10 происхо- 55 Дит сложение указанных сигналов, причем сигнал регулятора 9 имеет знак, противоположный знаку сигнала масштабного усилителя J 5, после чего суммарный сигнал поступает на

ствующему изменению токов и напряжений первичной цепи асинхронизиро- ванного синхронного генератора 1. Указанное рассогласование будет отрабатываться регулятором 9 до момента установления заданного значения частоты вращения СОw. COM(1H асин- хронизированного синхронного генера 7„

2 на первом выходе двухпорогово- го компаратора 11 формируется сигнал управления, поступающий на управляеблока 13 коммутации. При этом происходит отключение выхода эадатчика 7 частоты вращения от второго входа первого элемента 6 сравнения (второй

вход первого элемента 6 сравнения заземляется) и подключение выхода мутации.

масштабного усилителя 15 через второй блок 13 коммутации к первому силовому входу третьего блока 14 комТаким образом, выход масштабного меняется ,что приводит к изменению его частоты вращения.С выхода масштабного

усилителя 15 оказывается подключенным к второму входу, сумматора 10 (второй вход сумматора 10 по-прежне- му подключен к выходу второго блока 13 коммутации через третий блок 14 коммутации). Масштабный усилитель 15 реализует умножение сигнала V, поступающего на его вход от датчика 12 скорости ветра, на заданный (постоянный) коэффициент KK. При изменении скорости ветра от Va до V3 вращающий момент М на валу асинхро- низированного синхронного генератора 1

45

50

асинхронизированного синхронного генератора 1. В сумматоре 10 происхо- Дит сложение указанных сигналов, причем сигнал регулятора 9 имеет знак, противоположный знаку сигнала масштабного усилителя J 5, после чего суммарный сигнал поступает на

второй вход 4 преобразования координат, а с выхода последнего через второй элемент 21 сравнения и регулятор 23 тока ротора - на вход преобразователя 2 частоты и кольца ротора асинхронизировэнного синхрон- його генератора 1. Переходный процесс Заканчивается установлением нового Значения частоты вращения ротора синхронизированного синхронного ге- ератора 1, пропорционального величине Кн V.

По достижении скорости ветра значения V V на втором входе двухпо- рогового компаратора 11 формируется (|;игнал управления, поступающий на Управляемый вход третьего блока 14 Коммутации. При этом происходит переключение второго входа сумматора (О с выхода второго блока 13 комму- Ъации к выходу блока 17 перемноже- ия. При изменении скорости ветра в Диапазоне от V до . на выходе

10

15

20

вый вход которого с выхода регулятора 9 частоты вращения поступает сигнал, пропорциональный текущему значению частоты вращения со асинхрони зированного синхронного генератора 1 В сумматоре 10 происходит сложение указанных сигналов с противоположными знаками, после чего суммарный сиг нал поступает на второй вход блока 4 преобразования координат.

Дальнейшая работа аналогична описанной, т.е. изменение суммарного сигнала канала регулирования частоты вращения будет продолжаться до момен та установления нового значения частоты вращения асинхронизированного синхронного генератора 1, пропорционального величине КфУ. При этом для любой скорости ветра в диапазоне от Vj до 1/4 выходной сигнал х (а.,/V + аг) формирователя 16 пропорционален такому значению числа модулей, при котором момент асинхронизированного

формирователя 16 числа модулей форми- 25 синхронного генератора 1 соответструется сигнал (a,/V + аг),где a И а - постоянные регулирования, Определяемые расчетным моментом асинхронизированного синхронного генератора и аэродинамическими свойствами ветродвигателя, пропорциональный формируемому числу х модулей Ветродвигателя. Формирователь 16 числа модулей может быть выполнен На базе известных функциональных элементов, например, последовательно включенных блока перемножения (реализующего функцию V ), делителя 1(реализующего функцию э,/ту4) и сумматора (реализующего функцию , + а2). Сигнал, пропорциональный х, с выхода формирователя 16 числа модулей Поступает на первый вход блока 17 перемножения, на второй вход которого поступает сигнал с выхода датчика 12 скорости ветра, пропорциональный текущему значению скорости ветра V. Блок 17 реализует перемножение указанных сигналов и умножение их на заданный постоянный коэффициент, обратно пропорциональный радиусу ветродвигателя. Сигнал с выхода блока 17 перемножения, пропорциональный К-У, где К™ - отношение формируемого числа модулей х ветродвигателя к его радиусу, V- - текущее значение скорости ветра, через третий блок 14 коммутации поступает на второй вход сумматора 10, на пер

5

0

вый вход которого с выхода регулятора 9 частоты вращения поступает сигнал, пропорциональный текущему значению частоты вращения со асинхрони- зированного синхронного генератора 1, В сумматоре 10 происходит сложение указанных сигналов с противоположными знаками, после чего суммарный сигнал поступает на второй вход блока 4 преобразования координат.

Дальнейшая работа аналогична описанной, т.е. изменение суммарного сигнала канала регулирования частоты вращения будет продолжаться до момента установления нового значения частоты вращения асинхронизированного синхронного генератора 1, пропорционального величине КфУ. При этом для любой скорости ветра в диапазоне от Vj до 1/4 выходной сигнал х (а.,/V + аг) формирователя 16 пропорционален такому значению числа модулей, при котором момент асинхронизированного

0

5

0

вует заданному (расчетному).

Таким образом, функционирование устройства позволяет получить следующие три режима работы асинхронизированного синхронного генератора 1 в рабочем диапазоне изменения скоростей ветра: с постоянной частотой вращения Q СО мин (нагрузочная характеристика со значениями момента М, изменяющегося в диапазоне М,, - У на фиг.2), с постоянным числом модулей, равным нормальному х хн(нагрузочная характеристика с диапазоном изменения момента Мг-М3, при которой момент асинхронизированного синхронного генератора изменяется пропорционально квадрату частоты вращения) и с постоянным моментом (нагрузочная характеристика с диапазоном изменения момента М).

При использовании устройства обеспечивается высокая точность регулирования асинхронизированного синхронного генератора, что позволяет увеличить количество вырабатываемой им электроэнергии. Это достигается за счет формирования сигнала управления, пропорционального ( G) ), при работе в верхнем диапазоне изменения скоростей ветра (от Vj до V ), что позволяет избежать неточности стаби0

5

лизации момента (линии М5-М,

41

V М4

соответствуют отсутствию действия вышеуказанного сигнала).

Формула изобретения

Устройство для управления асинхронна ированным синхронным генератором ветроэнергетической установки,содержащее преобразователь частоты, выход „которого предназначен для подключения к роторной цепи указанного генератора, канал регулирования реактивной мощности, выход которого подключен к первому входу блока преобразования координат, канал регулирования частоты вращения, включающий датчик час - тоты вращения, выходом соединенный с первым входом первого элемента сравнения, второй, вход которого соединен с выходом задатчика частоты вращения через первый блок комму-

тации, а выход - с входом регулятора частоты вращения, подключенного выходом к первому входу сумматора с выходом, связанным с вторым входом блока преобразования координат, двух- пороговый компаратор,вход которого у соединен с выходом датчика скорости ветра, первый выход - с управляемыми входами первого и второго блоков коммутации, а второй выход - с управляемым входом третьего блока коммутации, масштабный усилитель с выходным сигналом KH-V, где Кн - отношение нормального числа модулей ветродвигателя к его радиусу, V - скорость ветра, вход которого соединен с выходом датчика скорости ветра, а выход - с силовым входом второго блока коммутации, формирователь гармонических функций частоты сколь

10

15

20

25 4747 10

жения, первый вход которого соединен с датчиком частоты напряжения сети, второй вход - с датчиком углового положения ротора, а выход - с третьим входом блока преобразования координат, выход которого подключен к первому входу второго элемента срав- нения, второй вход которого соединен с датчиком тока ротора, а выход через регулятор тока ротора - с входом преобразователя частоты, отличающееся тем, что,с целью повышения точности регулирования, оно снабжено формирователем числа модулей, реализующим функцию ( + а4), где а, и а2 - постоянные регулирования, определяемые расчетным моментом асинхронизированного синхронного генератора и эродинамическими свойствами ветродвигателя, и блоком перемножения с выходным сигналом KmV, где К д, - отношение формируемого числа модулей ветродвигателя к его радиусу, третий блок коммутации выполнен с вторым силовым входом, причем вход формирователя числа модулей соединен с выходом датчика скорости ветра, а выход подключен к первому входу блока перемножения, второй вход которого соединен с выходом датчика скорости ветра, а выход - с вторым силовым входом третьего блока коммутации, первый силовой вход которого соединен с выходом второго блока коммутации, а выход - с вторым входом сум- матора, выход которого подключен к второму входу блока преобразования оординат.

30

35

ш,

мин

--/

VMQKC

Ц)Uг.2