Ветроустановка Советский патент 1990 года по МПК H02P5/36 H02P9/14 

Изобретения относится к электро- технике и предназначено для использования в ветроустановках с синхронной машиной (СМ), подключенной к сети через двухзвенный преобразойдтель 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 поддержанием коэффици;::: ента мощности (cos ), равньш заданг ному значению, в рабочих режимах.

На чертеже представлена блок-схема ветроустановки.

Ветроустановка содержит синхронную машину (СМ) 1 и два преобра-зователя

2 и-3 частоты, первый из которых подключен к СМ 1 и через звено постоян- ного тока со сглаживающим реактором 4 - к второму преобразователю 3, соединенному с сетью 5. Устройство содержит датчики тока 6 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 6 тока и датчика 7 напряжения статора СМ и входами датчика 10 cosif, датчик 11 частоты вращения ротора, датчик 12 ускорения вала СМ.1, вход которого подключен к выходу датчика 11 частоты вращения ротора, датчик 13 вьшрямленного напряже-. |Ния. Устройство содержит задатчики уск ррения 14 вала СМ 1, потока 15 Р

СП

со

QD Г) 05

00

пЬ,

зазоре CM, с.озЧ 16, задатчик t7 частоты вращения, запоминающий блок 18. Выход регулятора 19 потока в зазоре СМ 1 подключен к управляющему входу возбудителя 20 управляющий вход регулятора 19 потока подключен к датчику 9, а задающий - к задатчику 15 потока в зазоре СМ.

Выход регулятЪра 21 тока в звене постоянного тока подключен к управляющему входу второго преобразователя 3 частоты, управляюнщй вход зшомяну- того 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 группы подсоединены к задатчику 14 и датчику 12 ускорения, входы третьего 25 и четвертого 26 ключей подключены к задатчику 16 и датчику 10 cosif, а . входы пятого 27 и шестого 28 ключей соединены .с датчиком 8 тока звена по- стоянного тока и запоминаю1цим устройством 18, которое через управляемый ключ 29 связано с выходом датчика 8 тока звена постоянного тока.

Выход регулятора 30 выпрямленного напряжения через двенадцатый управляе мый ключ 31 соединен с управляющим . входом первого преобразователя 2 частоты, управляющий вход регулятора 30 подключен к выходу датчика 13 вьтрям- ленного напряжения, а задаюгций вход соединен с выходом блока 32 произведения, входы которого подключены к выходу датчика 11 частоты вращения и регулятора 33 частоты вращения, причем управляющий вход последнего соединен; с выходом датчика 11 частоты вращения, а задаюрхий вход соединен с выходом интегратора 34, вход которого 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 yckopeния, а входы десятого 37 и один надцатого 38 управляемых ключей соединены с датчиком 11 и задатчиком 17 частоты вращения СМ 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 управляег- 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- 1равляющими 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 cos(/, а второй вход данного компаратора соединен с выходом датчика 10 cos «f,

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. J

Устройство работает следующим образом. Контур регулирования потока в за- зоре СМ воздействует на возбудитель 20 СМ, в результате чего во всех основных рабочих режимах значение потока V поддерживается равным заданному Ц з ,,„.. Пуск ВЭУ ..3 остановленного состояния протекает в три этапа.

5

0

5

На первом этапе пуска частота вра - щения мала (), вследствие чего невозможна естественная коммутация вентилей выпрямителя 2 и осуществляется искусственная коммутация вентилей выпрямителя известным способом. На начальном этапе пуска СМ 1 работает в двигательном режиме и, следовательно, выпрямитель 3 переводится в инверторный режим. На первом этапе пуска по сигналу от 39 коммутации ключей -ключи 35 - 38 и 31 отключены. Канал регулирования углов открытия выпрямителя 2 не работает. На этом этапе поддержание заданно - го ускорения вала СМ осуществляется за счёт регулирования углов открытия (Инвертора 3 - контур регулирования

тока звена постоянного тока подчиня- ется регулированию ускорения. По сигналу от блока 39 коммутации ключей включаются ключи 23 и 24 при отключенных ключах с третьего по шестой 25 - 28, таким образом на вход интегратора 22 поступают сигналы измеренного и заданного значений ускорения. Второй этап пуска характеризуется выполнением следующих условий

WR д )

,

т.е. частота вращения агрегата превысила значения со и стала возможна 7 естественная коммутация вентилей выпрямителя и при этом значение cos ц не достигло установленного значения.

На втором зтапе пуска канал регулирования углов открытия вьтрямителя включается в работу. Особенностью этого этапа пуска является также то, что на 3том этапе осуществляется переход СИ из двигательного режима в гене- / раторный. Работа предлагаемого устройства на втором этапе пуска.

По сигналу от блока 39 коммутаций ключей включаются управляющие ключи 35, 36 и 31. Таким образом, в работу вступает контур регулирования выпрямленного напряжения. Причем этот контур подчиняется внешнему контуру - регулирования частоты вращения агрегата, а этот контур, в свою.очередь, подчиняется контуру, регулирования ускорения агрегата. Через ключи 35 и 36 на вход интегратора 34 поступают сигналы от датчика 12 и задатчика 14 ускорения, сигнал с выхода интеграто10

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

Третий этап пуска характеризуется выполнением следующих условий

UJK UJR U)fi „jftj

„cose/: cos If,,

т.е. частота вращения агрегата не достигла заданного значения Шf зад значение cosсрдостигло установленного значения. В начале пуска при работе СМ в двигательном режиме cosqKO, затем по мере разгона в соответствт с аэродинамической характеристикой ветроколеса момент на валу СМ растет, меняет знак. Электромагнитный момент СМ можно рассчитать по выражению

При i};.const, if,const. М пропорцио нален coscf.

Нз. (1) очевидно, что если номи- 30 нальный момент ВЭУ М соответствующий заданному значению со за л

15

20

25

и i sl/

Н зсгд

35

то агрегат разогнаться

где б 4 5з«А принципиально не сможет

до номинального режима. Поэтом при достижении cosif cos (по сигналу от блока .39 коммутации ключей отключаются ключи 27 и 28 и включаются ключи

ра 34 поступает на задающий вход регу-до этой же группы. В результате

лятора 33 частоты, в результате чего частота вращения агрегата изменяется так, что ускорение а равно заданному

этого контур регулирования тока в звене постоянного тока подчиняется регулированию cos cf, так как на вход интегратора 22 поступают сигналы от датчика 10 и задатчика 16 cos if и дальнейший разгон агрегата продолжа-. ется при поддержании cos tf равным заданному значению cos tf osA

значению а

за А

По сигналу от блока 39 коммутации ключей на втором этапе пуска размыкаются ключи 23, 24 и 29 и замьжаются 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

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

Третий этап пуска характеризуется выполнением следующих условий

UJK UJR U)fi „jftj

„cose/: cos If,,

т.е. частота вращения агрегата не достигла заданного значения Шf зад значение cosсрдостигло установленного значения. В начале пуска при работе СМ в двигательном режиме cosqKO, затем по мере разгона в соответствт с аэродинамической характеристикой ветроколеса момент на валу СМ растет, меняет знак. Электромагнитный момент СМ можно рассчитать по выражению

При i};.const, if,const. М пропорционален coscf.

Нз. (1) очевидно, что если номи- нальный момент ВЭУ М соответствующий заданному значению со за л

и i sl/

Н зсгд

5

то агрегат разогнаться

где б 4 5з«А принципиально не сможет

до номинального режима. Поэтом при достижении cosif cos (по сигналу от блока .39 коммутации ключей отключаются ключи 27 и 28 и включаются ключи

этой же группы. В результате

этого контур регулирования тока в звене постоянного тока подчиняется регулированию cos cf, так как на вход интегратора 22 поступают сигналы от датчика 10 и задатчика 16 cos if и дальнейший разгон агрегата продолжа-. ется при поддержании cos tf равным заданному значению cos tf osA

На этом этапе ток i в звене постоянного тока нарастает и разгон ВЭУ осуществляется с задакньм значением ускорения. По достижении частотой вращения заданного значения u)f Си о по сигналу от блока 39 комму- .

ЯДо С

тации ключей отключаются ютючи JD - и 36 и включаются ключи 37 и 38, т.е. контзФ регулирования выпрямленного напряжения подчиняется только конту- ру регулирования частоты вращения.

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 подчинен регулированию cos у, задание на ток (сигнал на выходе интегратора 22) корректируется в процес- Q се работы мапшны, поддерживается заданное значение cos cf и, следовательно, увеличивается ЩЦ установки,

Продесс торможения ВЭУ осуществ- ,. |Ляется аналогично третьему этапу пуска, но заданное значение ускорения имеет другой знак. Таким образом, пуск и торможение ВЭУ осуществляется с заданным ускорением, что увеличива- ет надежность работы оборудования, при одновременном повышении КПД вет- роустановки.

Формула изобретения25

Ветроустановка, содержащая син-

хронную машину, вал которой соединен с ветроколесом, и два управляемых преобразователя частоты, силовой вы- 0 ход 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 маишны, регулятор потока синхронной машины, входы которого соединены с датчиком и за- датчиком потока в зазоре синхронной .,,

машины, а выход подключен к управляющему входу возбудителя синхронной машины, регулятор тока звена постоянного тока, управляюшрй вход которого соединен с датчиком тока звена посто- 45 янного тока, а выход подключен куправ- ; ляющему входу второго преобразователя

частоты, регулятор выпрямленного напря-; жения, управляюнщй вход которого соединен с датчиком выпрямленного напря- Q жения, а задаюпщй вход соединен с вы-- ходом блока произведения 5входы которого подключены к выходу датчика частоты . -вращения и выходу регулятора частоты вращения синхронной маппшы, управляю- 5 щий вход последнего подключен к датчику частоты вращения, отличающаяся тем, что, с целью повыше- .

ния надежности КПД путем обеспечения

35

Q

5

0 ,,

5

Q

5

пуска ветроустановки из остановленного состояния и торможения с заданным ускорением и поддержания коэффициента мощности, равным заданному значению в рабочих режимах, дополнительно введены два интегратора, блок памяти, датчик и задатчик ускорения, датчик и задатчик коэффициента мощности, задатчик установленного значения ко- эфсЬициента мощности, двенад1 ать управляемых ключей, из которых первый, второй и седьмой выполнены размыкающими, а остальные - замыкающими, три коьптаратора и два логических элемента И с инверсными выходами, причем вход первого компаратора подключен к выходу, датчика частоты вращения, а выход - к управляюпщм 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, вькод 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 замыкающих ключей, первый вход третьего компаратора подключен к вы- |Ходу задатчика установленного значе- ;ния коэффициента мощности, а его вто- :Рой вход подключен к выходу датчика коэффициента мощности, выход этого же компаратора подключен к управляющим вх дам третьего и четвертого замыкающих ключей и второму 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 замыкаюгцих ключей подключены соответственно к выходам задатчика и датчика ускорения, вход которого соединен с выходом датчика частоты вращения, входные вьгаоды третьего и четвертого размыкаюшдх управляемых ключей подключены соответственно к выходам задатчика и датчика коэффициента мощности, первый и второй входы которого подключены соответственно к датчикам напряжения и тока статора синхронной машины, входной вьгоод пя- того 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 управляемый размыкаюпщй ключ связан с выходом датчика тока звена постоянного тока, при этом выходные выводы управляемых ключей с восьмого по одинна;щатый подключены к входу второго интегратора, выход которого подключен к зaдaющe ry входу регулятора - частоты, входные выводы восьмого и девятого управляемых замыкающих ключей соединены соответственно с датчиком и задатчиком ускорения, входные выводы десятого и одиннадцатого управляемых размыкаю1чих 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.

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.

аи

ГТГ1,,, I

№-.