Устройство для управления асинхронизированным синхронным генератором ветроэнергетической установки

 

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.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

„„80„„1534747 А 1 (51) 5 Н 02 Р 9/42

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н ABTOPCHOMV СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТ8ЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР (21) 43961 66/24-07 (22) 25. 01 . 88 (46) 07. 01 . 90. Бюл. У 1 (71) Московский энергетический институт (72) А.В. Астахов, В.И. Асторга, В.С. Волконский и Л.Я. Шапиро (53) 621.316.718.5(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

У 1304167, кл. Н 02 P 9/42, 1985.

Авторское свидетельство СССР

У 1399885, кл. Н 02 Р 9/42, 1986. (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ УПРАВЛЕНИЯ АСИНХРОНИЗИРОВАННЫМ СИНХРОННЬК ГЕНЕРАТОРОМ ВЕТРОЭНЕРГЕТИЧЕСКОЙ УСТАНОВКИ (57) Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в

2 ветроэнергетических установках, работающихх на мощную, сеть . Цель изо бретения — повьппение точности регулирования. Устройство содержит преобразователь частоты (ПЧ) 2, выходом соединенный с роторной цепью асинхронизированного синхронного генератора (АСТ) 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

1534747

S0 коммутации к второму входу сумматора, днухпороговый компаратор 11, управляющйй блоками коммутации. Сущность изобретения заключается во введении

5 в устройство формирователя 16 числа

Изобретение относится к электротеХнике и может быть исполозовано для управления электрическими машинами переменного тока, первичная 15 обмотка которых подключена к сети переменного тока, а вторичная получает питание от регулируемого преобразователя частоты, в частности, в:ветроэнергетике для управления асин-2р х1 ониЭированными синхронными генера/ торами ветроэнергетических установок, работающих на мощную сеть.

Целью изобретения является повышение точности регулирования. 25

На фиг ..1 представлена блок-схема предлагаемого устройства для управления асинхронизированным синхронным генератором ветроэнергетической установки, на фиг. 2 — семейство механи-30 часких характеристик ветродвигателя при различных скоростях ветра У, V,..., V< и нагрузочные характеристики асинхронизированного синхронного генератора при различных режимах работы, Устройство для управления асинхроннзированным синхронным генератором

1 ветроэнергетической установки содержит преобразователь 2 частоты, 40 вйход которого подключен к роторной цЕпи указанного генератора 1, кайал

3 регулирования реактивной мощности, выход которого подключен к первому вХоду блока 4 преобразования коорди- 45 нат, канал регулирования частоты вра,щения, включающий датчик 5 частоты вращения, выход которого соединен с первым входом первого элемента 6 сравнения, второй вход которого соединен 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-55 пороговый компаратор 11, вход котороz"о соединен с выходом датчика 12 скорости ветра, первый выход с управляемыми входами первого 8 и второго 13 модулей и блока 17 перемножения.Особенность функционирования устройства заключается в более точной стабилизации величины максимального момента на валу АСГ. 2 ил. 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„ 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 21 сравнения, второй вход которого соединен с датчиком 22 тока ротора, а выход через регулятор 23

I тока ротора — с входом преобразователя 2 частоты.

Устройство работает следующим образом.

При достижении скорости ветра значения У = V» (фиг. 2), при котором частота вращения ветродвигателя И соответствует началу рабочего диапазона изменения частоты вращения U „„„ асинхронизировачного 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, 1534747 равны нулю,,при этом выход задатчика 7 частоты вращения, сигнал которого пролорционален минимальной частовращения 43 =Явлин подключен K ETo 5 рому 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- р ра 10 подключен к выходу второго блока 13 коммутации через третий блок

14 коммутации и заземлен.

Блоки 8, 13 и 14 коммутации представляют собой управляемые электронные15 ключи, замыкание,(размыкание) которых происходит в зависимости от наличия сигналов, поступающих на их управляемые входы с выходов двухпорогового компаратора 11. При изменении частоты 20 вращения (д (во время динамических процессов при изменении скорости ветра) на выходе первого элемента 6 сравнения появлястся сигнал рассогласования, который поступает на вход ре-25 .гулятора 9 частоты вращения, представляющего собой пропорционально-интегральный регулятор. Сигнал с выхода последнего поступает на первый вход сумматора 10, на второй вход которо- 30 го поступает нулевой сигнал, а затем— на второй вход блока 4 преобразова- . ния координат, который производит преобразование входных сигналов, сформированных в синхронной системе координат, в роторную систему координат с .использованием сигналов, поступающих ic формирователя 18 гармонических функ ций частоты скольжения. Сигнал с выхода блока 4 преобразования координат,4p являющийся заданием для фазных токов ротора, поступает на первый вход второго элемента 2.1 сравнения, на второй вход которого поступает сигнал фазных токов ротора от датчика 22 тока ро- 45 тора. 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 асихронизированного синхронного генератора 1.

Таким образом, рассогласование, появившееся на входе первого элемента 6 сравнения в результате неравен- 55 ства сигналов Я и 03> р, приводит к изменению модуля и фазы напряжения, подводимого к кольцам ротора с выхода преобразователя 2 частоты, и соответ- ствующему измененик токов и напряжений первичной цепи асинхронизиро- ванного синхронного генератора 1.

Указанное рассогласование будет отрабатываться регулятором 9 до момента установления заданного значения частоты вращениями „ =Я „,„„ асинхронизированного синхройного генератора l.

По достижении скорости ветра Ъ

= V на первом выходе двухпороговой го компаратора 11 формируется сигнал управления, поступающий на управляемые-,входы первого блока 8 и второго блока 13 коммутации. При этом происходит отключение выхода задатчика

7 частоты вращения от второго входа первого элемента 6 сравнения (второй вход первого элемента 6 сравнения заземляется) и подключение выхода масштабного усилителя 15 через второй блок )3 коммутации к первому силовому входу третьего блока 14 коммутации.

Таким образом, выход масштабного усилителя 15 оказывается подключенным к второму входу. сумматора 10 (второй вход сумматора 10 по-прежнему подключен к выходу второго блока

13 коммутации через третий блок 14 коммутации). Иасштабный усилитель

15 реализует умножение сигнала V, поступающего на его вход от датчика

12 скорости ветра, на заданный (постоянный) коэффициент К . При изменении скорости ветра от V до Чэ вращающий момент М на валу -асинхронизированного синхронного генератора 1 меняется,что приводит к изменению его частоты. вращения.С выхода масштабного усилителя 15 (через блоки 13 и 14 коммутации) на второй вход сумма-. тора 10 поступает сигнал, пропорциональный КцЧ, где Кк — отношение нормального значения числа модулей ветродвигателя к его радиусу, Ч— текущее значение скорости ветра. На первый вход сумматора ID с выхода регулятора 9 частоты вращения поступает сигнал, пропорциональный текущему значению частоты вращения И асинхронизированного синхронного генератора 1. В сумматоре 10 происходит сложение указанных сигналов, причем сигнал регулягора 9 имеет знак, противоположный знаку сигнала масштабного усилителя J 5, после чего сумМарный сигнал поступает на

1534747 второй вход блока 4 преобразования координат, а с выхода последнего через второй элемент 21- сравнения и регулятор 23 тоха ротора — на вход преобразователя 2 частоты и кольца ротора асинхронизированного синхронйого генератора 1. Переходный процесс заканчивается установлением нового качения частоты вращения ротора фсинхронизированного синхронного reоператора 1, пропорционального величине К„ V.

По достижении скорости ветра значения V = V на втором входе двухпо3 15 рогового компаратора 11 формируется сигнал управления, поступающий на

1 управляемый вход третьего блока 14 коммутации. При этом происходит переключение второго входа сумматора

10 с выхода второго блока 13 коммутации к выходу блока 17 перемножеНия. При изменении скорости ветра в диапазоне от V до U4 на выходе формирователя 16 числа модулей форми- 25 обуется сигнал (а /V + а ), где а, и а — постоянные регулирования, определяемые расчетным моментом асин ронизированноro 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 U ), делителя

1(реализующего функцию à /V ) и сумма( тора (реализующего функцию а,V +а ) .

Сигнал, пропорциональный х, с выхо40 да формирователя 16 числа модулей

Поступает на первый вход блока 17 перемножения, на второй вход которого поступает сигнал с выхода дат45 чика 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 V, где К вЂ” отношение формируемого числа модулей х ветродвигателя к его радиусу, V. — теку- 55 щее значение скорости ветра, через третий блок 14 коммутации поступает на второй вход сумматора 10, на первый вход которого с выхода регулятора 9 частоты впашения поступает сигнал, пропорциональный текущему значению частоты вращения (.1 асинхронизированного синхронного генератора l

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 K V . При этом для любой скорости ветра в диапазоне от и

Vy до Vg выходной сигнал х =(аq /V 1

+ а <) фо рмирователя 16 пропорционален

"такому значению числа модулей, при котором момент асинхронизированного синхронного генератора 1 соответствует 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 Я = Я „„ (нагрузочная характеристика со значениями момента И, изменяющегося в диапазоне М вЂ” Y на фиг.2), с постоянным числом модулей, равным нормальному x = х„(нагрузочная характеристика с диапазоном изменения момента Y -М, при которой момент асинхронизированного синхронного генератора изменяется пропорционально квадрату частоты вращения) и с постоянным моментом (нагрузочная характеристика с диапазоном изменения момента М вЂ” М ).

При использовании устройства обеспечивается высокая точность регулирования асинхронизированного синхронного генератора, что позволяет увеличить количество вырабатываемой им электроэнергии. Зто достигается за счет формирования сигнала управления, пропорционального (Я вЂ” К V), при работе в верхнем диапазойе изменения скоростей ветра (от V дo V< ), что позволяет избежать неточности стабилизации момента (линии M М соответствуют отсутствию действия вьппеуказанного сигнала) .

1534747!

Формула изобретения

Устройство для управления асинхронизированным синхронным генератором . ветроэнергетической установки, содержащее преобразователь частоты, выход которого предназначен для подключения к .Роторной цепи указанного генератора, канал регулирования реактивной мощ-

1О ности, 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, второ вход которого соединен с выходом задатчика частоты вращения через первый блок коммутации, а выход — с входом регулятора частоты вращения, подключенного выходом к первому входу сумматора с выходом, связанным с вторым входом блока преобразования координат, двухпороговый компаратор,вход котоРого 25 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 К „ Ч, где К!, — отношение нормального числа модулей ветродвигателя к его радиусу, Ч - скорость ветра, вход которого соединен с выходом датчика скорости ветра, а выход. — с силовым входом второго блока коммутации, формирователь гармонических функций частоты скольжения, 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, о т л и— ч а ю щ е е с я тем, что,с целью повышения точности регулирования, оно снабжено формирователем числа модулей, реализующим функцию (а, (Ч + а ), где а„ и а — постоянные регулирования, определяемые расчетным моментом асинхронизированного синхронного генератора и эродинамическими свойствами ветродвигателя, и блоком перемножения с выходным сигналом K +U, где

К, — 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 координат.

1534747

Составитель А. Акимов

Редактор, А. Шандор Текред M. Дидык.1 Корректор Л.Патай

Заказ 56 Тираж 447 Подписное

ВЯИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул. Гагарина, 101