ВЕТРОЭНЕРГЕТИЧЕСКАЯ УСТАНОВКА С СИСТЕМОЙ АВТОМАТИЧЕСКОГО РЕГУЛИРОВАНИЯ
WIND-DRIVEN POWER PLANT WITH AUTOMATIC CONTROL SYSTEM

Решение относится к электротехнике и предназначено для использования в установках выработки электрической энергии с постоянными выходными параметрами.
В настоящее время работа ветроэнергетических установок с максимальной эффективностью в условиях регионов с частыми и высокими пульсациями потоков ветра осложняется вопросами стабилизации выходных параметров и времени реакции системы на возмущения.
Известны аналогичные системы, использующие в своей работе схожие алгоритмы (патент РФ №81609, МПК H02P 9/00, 2008 г.), содержащие нерегулируемый магнитоэлектрический генератор, который приводится во вращение валом двигателя с переменной скоростью вращения, пропорционально которой изменяется частота и напряжение на выходе генератора. Стабилизация выходного напряжения генератора осуществляется путем его подгрузки реактивным током, формируемым регулируемым источником реактивного тока. Недостатками являются высокая погрешность в работе и величина накапливаемой ошибки, низкое быстродействие, а также крупные массогабаритные показатели.
Известны аналогичные системы, использующие в своей работе схожие алгоритмы (патент РФ №113096, МПК H02P 9/00, H02P 9/04, 2011 г.), содержащие импульсный преобразователь, позволяющий производить отбор оптимальной мощности генератора ветроэнергетической установки, и интеллектуальный регулятор мощности (контроллер) с несколькими контурами обратной связи: по частоте вращения ротора генератора и по отдаваемой электрической мощности. Недостатками являются сложное устройство системы управления и массогабаритные показатели.
Известны аналогичные системы, использующие в своей работе схожие алгоритмы (патент РФ №115134, МПК H02P 9/00, H02P 9/44, 2011 г.), содержащие магнитоэлектрический генератор, приводящийся во вращение валом первичного двигателя с изменяющейся скоростью, пропорционально которой изменяется частота и напряжение на выходе генератора. Стабилизация выходного напряжения генератора на выходе рабочих обмоток осуществляется за счет увеличения размагничивающего тока и противоЭДС, создаваемых дополнительной обмоткой при увеличении скорости первичного двигателя. Ток дополнительной обмотки регулируется управляемым короткозамыкателем и определяется сигналом с выхода узла сравнения напряжения нагрузки с его заданным значением, определяемым узлом задания. Недостатками являются сложная система обмоток, увеличение вследствие этого массогабаритных показателей.
Однако в этих системах применяется воздействие на обмотки генератора, либо применение сложных контроллеров для управления выходными параметрами системы.
Наиболее близкая система к заявленному решению, и которая может быть принята в качестве прототипа, представлена в патенте на полезную модель РФ №81609, МПК H02P 9/00, 2008 г.
Данное решение относится к области электротехники и может быть использовано при проектировании источников электроэнергии, выполненных на основе механоэлектрических систем генерирования. Нерегулируемый магнитоэлектрический генератор 1 приводится во вращение валом двигателя 2 с переменной скоростью вращения, пропорционально которой изменяется частота и напряжение на выходе генератора. Потребители электроэнергии 7 рассчитаны на стабильное напряжение переменного тока нестабильной частоты. Стабилизация выходного напряжения генератора осуществляется путем его подгрузки реактивным током, формируемым регулируемым источником реактивного тока 4. Величина реактивного тока определяется величиной сигнала регулирования, поступающего с выхода узла сравнения 3 выходного напряжения генератора и заданного. В случае превышения выходным напряжением генератора 1 заданного уровня реактивный ток формируют отстающим от него по фазе, а в случае снижения - опережающим.
Однако данная система имеет высокую погрешность в работе и величину накапливаемой ошибки, низкое быстродействие, а также имеет крупные массогабаритные показатели. Поэтому для устранения перечисленных недостатков необходимо ввести дополнительную обратную связь и сменить способ формирования сигнала на задание.
Решаемая задача - стабилизация выходных параметров системы, уменьшение ошибки и увеличение скорости работы системы.
Технический результат - поддержание максимальной выходной мощности при изменяющихся первичных скоростях, увеличение точности и быстродействия системы.
Этот технический результат достигается тем, что в системе генерирования стабильного напряжения переменного тока, содержащей подключенный к выходу магнитоэлектрический генератор с возбуждением от постоянных магнитов, выходные выводы которого, предназначенные для подключения потребителя стабильного напряжения переменной частоты, подключены к одному из входов узла сравнения, второй вход которого присоединен к источнику заданного напряжения, дополнительно введен импульсный преобразователь напряжения (ШИП) и предусмотрен автоматический регулятор мощности, состоящий из нелинейного элемента, который согласно измеренному значению скорости ветра выдает задание на максимальную мощность; усилителя и датчика мощности, включенного в обратную связь по регулируемой величине, а также датчика напряжения, включенного в обратную связь по напряжению импульсного преобразователя.
На фиг. 1 представлена схема ветроэнергетической установки с системой автоматического регулирования, которая состоит из следующих элементов: ветроколесо 1, синхронный генератор 2, фильтр 3, преобразователь частоты 4, датчик скорости ветра со встроенным усилителем выходного сигнала ДВ 5, нелинейный элемент 6, автоматический регулятор мощности 7, датчик мощности со встроенным усилителем выходного сигнала 8, датчик напряжения со встроенным усилителем выходного сигнала 9, регулятор напряжения РН 10, сигнал задания частоты 11, нагрузка 12.
зн
у
Установка работает следующим образом: ветроколесо 1 приводится во вращение потоками ветра с переменной скоростью вращения, которое в свою очередь приводит во вращение синхронный генератор 2. Затем нестабильные выходные параметры подаются на фильтр 3 и преобразователь частоты 4. Согласно измеренному с помощью датчика скорости ветра со встроенным усилителем выходного сигнала ДВ 5 значению скорости ветра и переданному в нелинейный элемент 6, автоматический регулятор мощности 7, суммируя сигналы с датчика мощности со встроенным усилителем выходного сигнала 8, включенного в обратную связь по регулируемой величине и ДВ 5, выдает сигнал задания на напряжение импульсного преобразователя U. Датчик напряжения со встроенным усилителем выходного сигнала 9 включен в обратную связь по напряжению импульсного преобразователя. Суммирование сигналов и формирует в РН 10 напряжение управления U, подаваемое на вход импульсного преобразователя. С учетом сигнала задания частоты 11 и системы обратных связей и формируются выходные параметры, затем поступающие в нагрузку 12.
Таким образом, решение позволяет поддерживать максимальную выходную мощность при изменяющихся первичных скоростях. В результате ее работы происходит увеличение точности и быстродействия системы, при простоте используемой системы обратных связей.