Способ управления асинхронным вентильным генератором Советский патент 1982 года по МПК H02P9/42 

(54) СПОСОБ УПРАВЛЕНИЯ АСИНХРОННЫМ ВЕНТИЛЬНЫМ ГЕНЕРАТОРОМ

I

Изобретение относится к получению и преобразованию электроэнергии, а именно к способам управления генераторами с частотой тока, не пропорциональной частоте вращения вала.

Известны способы управления асинхронными генераторами с вентильными преобразователями, напряжение которых стабилизируют воздействием на частоту тока статора в функции отклонения выходного напряжения от заданного 1.

Недостатком такого управления является возможность развозбуждения генератора при резких значительных изменениях нагрузки и малый диапазон частот вращения в системах с соизмеримой мощностью приводного двигателя.

Известен также способ управления асинхронным вентильным генератором (АВГ), при котором частота тока статора регулируется в функции отклонения выходного напряжения от заданного, а стабилизация частоты выходного напряжения осуществляется посредством полупроводникового преобразователя стабильной частоты, к зажимам постоянного тока которого подключают аккумуляторную батарею 2.

Управление генератором в соответствии с указанным способом приводит к хорощим результатам в том случае, когда мощность приводного двигателя значительно превыщает мощность, отдаваемую генератором в нагрузку. В условиях, когда мощность нагрузки соизмерима с мощностью приводного двигателя, которая изменяется с изменением частоты вращения вала (как, например, на ветроэлектрических станциях), такой способ управления приведет к торможению приводного двигателя, снижению

10 частоты вращения вала ниже минимальной рабочей частоты вращения, если мощность нагрузки превышает максимальную мощность приводного двигателя, и, как следствие, выходу всей установки из рабочего

5 режима.

Наиболее близким к предлагаемому является способ управления асинхронным вентильным генератором, включающим асинхронную машину, вентильный преобразователь регулируемой частоты, вентильный

20 преобразователь стабильной частоты и аккумуляторную батарею, включенную на выходе вентильного преобразователя регулируемой частоты, путем регулирования частоты

тока статора асинхронной машины воздействием на преобразователь регулируемой частоты и стабилизации частоты напряжения на нагрузке воздействием на преобразователь стабильной частоты 3.

В условиях, когда мощность нагрузки соизмерима с мощностью приводного двигателя, которая изменяется с изменением частоты вращения вала, известный способ управления приведет к торможению приводного двигателя, снижению частоты вращения вала ниже минимальной рабочей частоты вращения, если мощность нагрузки превышает максимальную мощность приводного двигателя, и, как следствие выходу всей установки из рабочего режима.

Цель изобретения - расширение диапазона рабочих частот враш,ения вала генератора при обеспечении требуемой стабильности вь ходного напряжения в условиях соизмеримости мощности нагрузки и приводного двигателя.

Поставленная цель достигается тем, что в способе управления асинхронным вентильным генератором, включаюн-1.им асин:.ронную машину, вентильный преобразователь регулируемой частоть, вентильный преобразователь стабильной частоты и аккумуляторную батарею, включенную на выходе вентильного преобразователя регулируемой частоты, путем регулирования частоты тока статора асинхронной машины воздействием на преобразователь регулируемой частоты и стабилизации частоты напряжения на нагрузке воздействием на преобразователь стабильной частоты определяют .макси.мальную мош,ность приводного двигателя и измеряют действительную мощность, вырабатываемую генератором, сравнивают полученные величины и регулирование частоты тока статора асинхронной машины осуществляют сигналом, пропорциональным величине рассогласования, кроме того, измеряют напряжение на выходе вентильного преобразователя стабильной частоты, сравнивают его с заданным напряжением и регулируют коэффициент передачи вентильного преобразователя стабильной частоты сигналом, пропорциональным величине рассогласования.

Кроме того, измеряют ЭДС аккумуляторной батареи, сравнивают ее с заданной и дополнительно регулируют частоту тока статора синхронной мащины сигналом, пропорциональным величине рассогласования.

При этом максимальную мощность приводного двигателя определяют путем измерения скорости вращения вала асинхронной мащины и преобразования ее по характеристике Р f(n), где Р - максимальная мощность приводного двигателя; п -скорость вращения вала.

На фиг. 1 приведена функциональная блок-схема для осуществления способа управления асинхронным вентильным генератором (АВГ) ветроэлектрической установки; на фиг. 2 - зависимость максимальной мощности приводного двигателя от скорости вращения вала.

На схеме показаны приводной ветродвигатель 1, который приводит во вращение вал асинхронной мащины, асинхронная машина 2, являюшаяся генератором электроэнергии, полупроводниковый преобразователь 3 регулируемой частоты (ПРЧ), осуществляющий функцию регулирования частоты тока статора асинхронной мащины, аккумуляторная батарея 4, полупроводниковый преобразователь 5 стабильной частоты (ПСЧ) с изменяемым коэффициентом передачи по напряжению, осуществляющий

функцию стабилизации частоты и амплитуды выходного напряжения АВГ, выходные клеммы 6 АВГ, к которым подключается нагрузка, датчик 7 частоты вращения вала, расположенный на валу асинхронной машины 2

(может быть использован тахогенератор постоянного или переменного тока), функциональный преобразователь 8, преобразующий информацию о скорости вращения вала в информацию о величине требуемой лющности АВГ, датчик 9 действительной

5 мощности АВГ, устройство 10 сравнения, полупроводниковый регулятор 11, формирующий сигнал управления мощностью АВГ, датчик 12 выходного напряжения АВГ, полупроводниковый регулятор 13, формирующий сигнал управления коэффициентом передачи по напряжению ПСЧ, устройство 14 сравнения, датчик 15 ЭДС аккумуляторов 4, устройство 16 сравнения, регулятор 17, формирующий сигнал управления частотой ПРЧ, блок 18 регулирования мощности

5 АВГ, блок 19 обратной связи по ЭДС аккумуляторов, блок 20 стабилизации выходного напряжения АВГ.

Зависимость (фиг. 2) максимальной мощности приводного ветродвигателя от частоты вращения вала имеет вид непрерывной кривой. Эта характеристика однозначна для каждого отдельного ветродвигателя. Поэтому для определения максимальной мощности приводного двигателя в этом случае достаточно получать информацию о

, частоте вращения вала. На фиг. 2 Р - максимальная мощность ветродвигателя в относительных единицах; п - частота вращения вала в относительных единицах. Целесообразный закон изменения мощности АВГ показан на фиг. 2 пунктиром. Эта

0 функция реализуется с помощью функционального преобразователя 8 (фик. 1). Величина выходной мощности АВГ поддерживается с необходимой точностью равной выходной величине функционального преобразователя путем введения отрицательной обратной связи по выходной мощности генератора.

При снижении частоты вращения вала генератора ниже номинальной и соответственноч снижении мощности, вырабатываемой АВГ, необходимо восполнить недостаток электрической мощности, отдаваемой в нагрузку, за счет энергии аккумуляторной батареи и таким образом стабилизировать напряжение на нагрузке. Это осуществляется воздействием на коэффициент передачи преобразователя 5 стабильной частоты следующим образом.

При снижении мощности, отдаваемой АВГ в автономную нагрузку, напряжение на нагрузке начинает уменьщаться. Отрицательная обратная связь по напряжению (блок 20, фиг. 1) воздействует на преобразователь 5 стабильной частоты таким образом, что коэффициент передачи по напряжению его увеличивается (такое управление может быть реализовано, например, щиротно-импульсным регулированием напряжения преобразователя). Это приводит к тому, что увеличивается отдача мощности аккумуляторов в нагрузку или уменьшается мощность, расходуемая на заряд. Баланс мощности в системе восстанавливается и напряжение на нагрузке стабилизируется.

Если мощность нагрузки .меньще мо1Дности АВГ, вырабатываемой в соответствии с изменением максимальной мощности ветродвигателя 1, а аккумуляторы заряжены, то необходимо снизить мощность, вырабатываемую асинхронной машиной. Это осуществляется регулированием частоты тока асинхронной машины 2 в функции отклонения ЭДС аккумуляторов от заданной, которое реализуется блоком 19 обратной связи (фиг. I).

Использование предлагаемого способа позволит максимально использовать энергию приводного двигателя в широком диапазоне частот вращения вала. В частности, для ветроэлектрических установок расширит диапазон скоростей ветра, в котором работает ветроустановка, и тем самым время работы и эффективность применения ветроэлектрических установок.

Формула изобретения

1. Способ управления асинхронным вентильным генератором, включающим асинхронную машину, вентильный преобразователь регулируемой частоты, вентильный преобразователь стабильной частоты и аккумуляторную батарею, включенную на выходе вентильного преобразователя регулируемйй частоты, путем регулирования частоты

тока статора асинхронной мащины воздействием на преобразователь регулируемой частоты и стабилизации частоты напряжения на нагрузке воздействием на преобразователь стабильной частоты, отличающийся тем, что, с целью расщирения диапазона рабочих частот вращения вала при обеспечении требуемой стабильности выходного напряжения в условиях соизмеримости мощности нагрузки и приводного двигателя, определяют максимальную мощность

5 приводного двигателя и измеряют действительную мощность, вырабатываемую генераторо.м, сравнивают полученные величины и регулирование частоты тока статора асинхронной машины осуществляют сигналом, пропорциональным величине рас0согласования, кроме того, измеряют напряжение на выходе вентильного преобразователя стабильной частоты, сравнивают его с заданным напряжением и регулируют коэффициент передачи вентильного преобразователя стабильной частоты сигналом, пропорциональным величине рассогласования.

2.Способ по п. 1, отличающийся тем, что измеряют ЭДС аккумуляторной батареи, сравнивают ее с заданной и дополнительно регулируют частоту тока статора синхронной .машины сигналом, пропорциональным величине рассогласования.

3.Способ по п. 1, отличающийся тем, что максимальную мощность определяют путем измерения скорости вращения вала асинхронной машины и преобразования ее по характеристике Р f(n), где Р - максимальная мощность приводного двигатели; п - скорость вращения вала асинхронной мащины.

Источники информации, 0 принятые во внимание при экспертизе

1.Патент США № 3892758, кл. 322-28, 1974.

2.Патент США № 3982170, кл. 322-47, 1976.

3.Патент США № 4041368, кл. 322-47, 5 1977.

I 1% т

pM

115