Система бесперебойного электропитания потребителей от ветроагрегатов

Полезная модель относится к ветроэнергетике и предназначена для бесперебойного электропитания потребителей от ветроагрегатов в широком диапазоне скоростей ветровых потоков. Техническим результатом изобретения является обеспечение бесперебойным электропитанием потребителей при нестационарных ветровых потоках с высокоэффективным преобразованием энергии ветрового потока в электрическую энергию путем автоматической регулировки соотношения скорости ветрового потока к скорости перемещения лопастей ветродвижителя относительно ветрового потока. Для достижения технического результата в систему введены электрический и тепловой аккумуляторы, процессор, формирователь сигнала управления током нагрузки подключен входами в процессору, а выходом ко входу регулятора тока нагрузки электрического генератора, кроме того, датчики скорости ветрового потока и скорости вращения ротора ветроагрегата подключены ко входам введенного в систему процессора, к выходу которого подключены последовательно соединенные, преобразователь сигнала управления регулятором тока нагрузки, автоматический регулятор тока нагрузки и введенный в систему переключатель типа нагрузки. Система обеспечивает бесперебойное питание потребителей электрической энергией с нормированными параметрами и работу ветроагрегата в режиме максимального отбора энергии ветра с ее накоплением в электрических и тепловом накопителях. 1 незав., 1 зав. п. ф-лы, 3 ил.

Полезная модель относится к ветроэнергетике и предназначена для бесперебойного электропитания потребителей с обеспечением максимального коэффициента преобразования энергии ветра в энергию вращения ротора ветродвижителя. Известна система регулировки нагрузки ветроэнергетической установки [1], в которой регулированием ток нагрузки электрогенератора обеспечен близкий к максимальному коэффициент преобразования энергии вращения вала ветродвижителя в энергию электрическую. Система содержит ветрогагрегат, датчики скорости ветрового потока, скорости вращения ротора ветроагрегата, тока нагрузки, регулятор величины тока нагрузки, аналоговый формирователь сигнала управления регулятором тока нагрузки. Существенным недостатком этой системы является прямая зависимость режима питания нагрузки от скорости ветра. Как следствие, система не обеспечивает бесперебойное питание нагрузки при нестационарных ветровых потоках и при отсутствии ветра.

Техническим результатом изобретения является обеспечение бесперебойного электропитания нагрузки ветроагрегата с накоплением преобразованной энергии ветровых потоков в аккумуляторах.

Для достижения технического результата в систему введены электрический и тепловой аккумуляторы, процессор, формирователь сигнала управления током нагрузки подключен входами в процессору, а выходом ко входу регулятора тока нагрузки электрического генератора, кроме того, датчики скорости ветрового потока и скорости вращения ротора ветроагрегата подключены ко входам введенного в систему процессора, к выходу которого подключены последовательно соединенные, преобразователь сигнала управления регулятором тока нагрузки, автоматический регулятор тока нагрузки и введенный в систему переключатель типа нагрузки, соединенный входом управления с выходом введенного в устройство датчика полного заряда электрических аккумуляторов, а первым силовым выходом - со входом введенного в систему автоматического зарядного устройства, причем выход электрического аккумулятора подключен в силовому входу переключателя типа нагрузки..

Структура системы автоматического управления отбором энергии от ветроагрегатов приведена на фиг.1, на фиг.2 приведена зависимость коэффициента /С_х преобразования энергии ветрового потока в энергию вращения ротора ветродвижителя от соотношения скоростей U/V для ротора Савониуса.

Система содержит ветродвижитель 1, к выходу которого подключен электрический генератор 2 и датчик 3 угловой скорости вращения ротора ветроагрегата, который подключен к первому входу процессора 4. Ко второму входу процессора 4 подключен датчик 5 скорости ветрового потока, а к выходу процессора 4 подключен вход формирователя 6 сигнала управления током нагрузки электрического генератора. Выход формирователя 6 подключен ко входу управления регулятором 7 тока нагрузки электрического генератора 4. К выходу регулятора 7 тока нагрузки подключена электрическая нагрузка 8 (зарядное устройство аккумуляторов, нагреватели и т.д.). Система с помощью процессора 4 обеспечивает автоматическое поддержание постоянного соотношения скорости вращения ротора 1 к скорости ветрового потока в зоне максимального коэффициента преобразования энергии ветрового потока в электрическую энергию. Информация о скорости ветрового потока и скорости вращения ротора 1 поступает в процессор 4 с выходов датчиков 3 и 5. Управление скоростью вращения ротора 1 обеспечивается тормозящим воздействием Р _н электрического генератора 2 на ось ротора 1. По графику фиг.2 видно, что максимум коэффициента преобразования энергии ветрового потока в энергию вращения ротора, Савониуса, например, находится вблизи соотношения: U/V=0,35, При внешнем диаметре размещения лопастей Dл контроль скорости U можно осуществлять по числу оборотов N ротора Савониуса: U=N/п·D_л . В процессоре 4 зашита программа расчета и формирования кода N_р управления током I_н нагрузки электрического генератора по сигналам с датчиков 3 и 5. С увеличением тока 1н нагрузки возрастает тормозящее воздействие Р_н на ротор 1 со стороны электрического генератора и наоборот, чем и обеспечивается поддержание постоянства соотношения N/п·D_л·V=0,35.

Система пригодна для любых других типов ветроагрегатов с известным максимумом соотношения скорости вращения ротора и скорости ветрового потока. Например, для роторов пропеллерного типа необходимо поддерживать соотношение U/V=(2-3).

Логика построения системы предполагает, что электрическая нагрузка обеспечивает полное потребление энергии, дозируемой системой. Так например, при наличии в составе электрической нагрузки автоматического зарядного устройства с аккумуляторами и теплового инвертора, целесообразно обеспечить приоритет зарядки аккумулятора с подключением теплового инвертора только при полностью заряженных аккумуляторах. На фиг.3 показан вариант нагрузки 8 в виде подсистемы подключения потребителей к выходу системы. В состав подсистемы входят переключатель 9 типа нагрузки, автоматическое зарядное устройство 10, электрические аккумуляторы 11, датчик 12 полного заряда аккумуляторов, электрические инверторы 13, потребители 14, электротепловой инвертор 15 и тепловой накопитель 16. При полном заряде аккумуляторов 11 датчик 12 формирует сигнал U_п=1 при котором вход теплового инвертора подключен к выходу переключателя 9 - энергия с выхода электрического генератора потребляется электротепловым инвертором 15 и накапливается в тепловом накопителе 16. При частичном или полном разряде аккумуляторов 11 электрическая энергия не подается на электротепловой инвертор и накапливается в электрических аккумуляторах 11 Подключение потребителей 14-114-п к выходам инверторов осуществляется по мере необходимости вне зависимости от процессов распределения электрической энергии, вырабатываемой электрическим генератором системы.

В целом система обеспечивает бесперебойное электропитание потребителей нормированным напряжением и работу ветроагрегата в режиме максимального отбора энергии ветровых потоков с ее накоплением в электрических и тепловом аккумуляторах.

По сравнению с прототипом исключены недопустимые колебания напряжения питания потребителей и потери преобразованной ветровой энергии путем ее накоплением в электрических аккумуляторах и тепловом накопителе при отключенных потребителях.

ИСТОЧНИКИ ИНФОРМАЦИИ

1. Система регулирования нагрузки ветроэнергетической установки. Авт. св. SU 1455039, 1989 г.

1. Система бесперебойного электропитания потребителей от ветроагрегатов, содержащая кинематически соединенный с ротором ветроагрегата электрический генератор, датчики скорости ветрового потока и скорости вращения ротора ветроагрегата, автоматический регулятор тока нагрузки электрического генератора и формирователь сигнала управления регулятором тока нагрузки, электрические потребители, подключенные через регулятор тока нагрузки к выходу электрического генератора, отличающаяся тем, что в систему введены электрические аккумуляторы и электротепловой инвертор, датчики скорости ветрового потока и скорости вращения ротора ветроагрегата подключены ко входам введенного в систему процессора, к выходу которого подключены последовательно соединенные формирователь сигнала управления регулятором тока нагрузки, автоматический регулятор тока нагрузки и введенный в систему переключатель типа нагрузки, соединенный входом управления с выходом введенного в устройство датчика уровня заряда электрических аккумуляторов, а первым силовым выходом - со входом введенного в систему автоматического зарядного устройства, причем вход заряда электрического аккумулятора подключен в первому силовому выходу переключателя типа нагрузки напрямую или через автоматический регулятор заряда аккумулятора.

2. Система по п.1, отличающаяся тем, что введенный в систему электротепловой инвертор подключен входом ко второму силовому выходу переключателя типа нагрузки, а выходом к тепловому накопителю, введенному в устройство.