Ветроэлектрическая установка с двухроторным генератором и стабилизацией частоты выходного напряжения

• Автор: Моренко, Константин Сергеевич
• Шифр специальности: 05.14.08
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2014
• Место защиты: Зерноград
• Количество страниц: 138 с. : ил.

СОДЕРЖАНИЕ
ВВЕДЕНИЕ
1 СОСТОЯНИЕ И ПЕРСПЕКТИВЫ РАЗВИТИЯ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ
ВОЗОБНОВЛЯЕМЫХ ИСТОЧНИКОВ ЭНЕРГИИ
1.1 Современное состояние и перспективы развития ветроэнергетических установок
1.2 Обзор применяемых на ветроустановках ветроколёс
1.3 Существующие конструкции генераторов для ветроэлектрических установок
1.3.1 Способы регулирования величины выходного напряжения
генераторов
1.3.2 Способы стабилизации частоты выходного напряжения
генераторов
1.4 Постановка задач исследования
2 ТЕОРЕТИЧЕСКОЕ ОБОСНОВАНИЕ СПОСОБА РЕГУЛИРОВАНИЯ
ЧАСТОТЫ ВЫХОДНОГО НАПРЯЖЕНИЯ ГЕНЕРАТОРА
ВЕТРОУСТАНОВКИ
2.1 Устройство и принцип работы двухроторного генератора для ветроустановки с управляемым углом атаки лопасти
2.2 Стабилизация частоты выходного напряжения путём изменения режима работы генератора
2.3 Возможности работы ветроустановки совместно с другими источниками электрической энергии
2.4 Выбор размерного параметра ветроколеса для ветроустановки
2.5 Методика выбора мощности ветроустановки
2.6 Сравнительный анализ эффективности работы ветроустановки
2.7 Оценка влияния отклонений скорости ветра на частоту вращения
вала генератора
2.8 Математическое моделирование ветроустановки
2.9 Моделирование переходных режимов работы установки
2.10 Результаты моделирования и выводы по главе

3 ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ВЕТРОУСТАНОВКИ С
ДВУХРОТОРНЫМ ГЕНЕРАТОРОМ
3.1 Общая программа исследований
3.2 Установка для проведения лабораторных
экспериментальных исследований
3.3 Определение характеристики холостого хода, короткого замыкания, нагрузочной и регулировочной характеристик и моментов сопротивления
3.4 Действующая ветроустановка с регулируемым углом атаки лопасти для проведения экспериментальных исследований
3.5 Методика определения общего момента инерции ветроустановки
3.6 Планирование полевых экспериментальных исследований
3.7 Требования к структуре и приборному обеспечению экспериментальных исследований
3.8 Проверка результатов теоретических исследований на действующей ветроустановке с регулируемым углом атаки лопасти
3.9 Результаты экспериментальных исследований и выводы по главе
4 ТЕХНИКО-ЭКОНОМИЧЕСКОЕ ОБОСНОВАНИЕ ПРИМЕНЕНИЯ
ВЕТРОЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ УСТАНОВКИ
4.1 Капитальные вложения
4.2 Эксплуатационные затраты
4.3 Технико-экономическая оценка эффективности капиталовложений
4.4 Показатели экономической эффективности капиталовложений
ОБЩИЕ ВЫВОДЫ
ЛИТЕРАТУРА
ПРИЛОЖЕНИЯ

ВВЕДЕНИЕ
Развитие экономики, расширение промышленного и сельскохозяйственного производства требует качественного обеспечения энергией, необходимой для непрерывного течения процессов в разных отраслях. Основным и наиболее востребованным видом энергии, который наиболее просто может быть преобразован в любой другой вид энергии, является электрическая энергия.
Повышение эффективности производства и качества готовой продукции требует постоянного роста уровня автоматизации процессов, что в настоящий момент осуществляется с помощью широко разработанных электронных устройств. Таким образом, рост производства происходит при возрастающем уровне электрификации и потребления электрической энергии, но рост качества и количества продукции происходит опережающими темпами.
От качества и доступности электрической энергии зависит ход многих технологических процессов. К обзору общей электрификации страны следует отнести то, что около 20 миллионов россиян проживают вдали от источников устойчивого электроснабжения. В таких случаях возобновляемые источники энергии становятся, зачастую, единственным способом электрификации отдалённых поселений [1-3].
В связи с устареванием существующих систем электроснабжения, развитие альтернативных способов обеспечения электрической энергией и сетей по их распределению позволит существенно улучшить существующее положение и дать импульс для дальнейшего развития народного хозяйства.
Производство электроэнергии на крупных электростанциях, несомненно, более выгодно, чем на мелких. Тем не менее, следует учитывать значительные потери электрической энергии, происходящие при передаче её на значительные расстояния от крупных электростанций. Значительная протяжённость и наличие множества элементов в цепи передачи электрической энергии снижают общую надёжность электроснабжения.
Резервирование электроснабжения всё чаще осуществляется с помощью собственных мощностей, вместо использования подключений к двум линиям
1 — вал; 2 — корпус из немагнитного материала; 3 — наружный ротор; 4 — статор; 5 — внутренний ротор
Рисунок 1.21 — Электрическая машина с двойным ротором
Один из роторов установлен внутри устройства для создания магнитного поля и взаимодействует с внутренней поверхностью статора, другой ротор охватывает наружную поверхность статора для создания магнитного поля и взаимодействует с ней.
Внешний ротор устанавливается совместно с внутренним ротором на одном валу.
Так как магнитные поля роторов взаимодействуют с одним и тем же вращающимся переменным магнитным полем статора, то и роторы будут вращаться в том же направлении, что и вращающееся переменное магнитное поле статора.
Количество конструкций с аксиальным расположением роторов значительно меньше. Одним из первых упоминаний о двухроторных машинах с аксиальным расположением роторов является источник [74]. В последующих конструкциях [75-77] дополнительно введённый ротор используется для обеспечения дополнительного источника возбуждения генератора, но не позволяет регулировать частоту выходного напряжения.
Стабилизация частоты выходного напряжения возможна с помощью конструкции двухроторного генератора, позволяющей управлять углом атаки