Синтез систем управления ветроэнергетическими установками, построенными на основе асинхронизированных синхронных генераторов

• Автор: Кацурин, Алексей Анатольевич
• Шифр специальности: 05.13.01
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2001
• Место защиты: Владивосток
• Количество страниц: 113 с.

СОДЕРЖАНИЕ
Введение.
1. Анализ современного состояния ветроэнергетики, типов ветродвигателей и способов стабилизации параметров выходного напряжения ветроэнергетических
установок.

1.1. Анализ современного состояния ветроэнергетики

1.2. Анализ типов ветродвигателей.

1.3. Анализ способов стабилизации параметров выходного

напряжения ветроэнергетических установок.

1.4. Выводы.

2. Описание устройства асинхронизированных синхронных генераторов, анализ методов синтеза систем управления ветроэнергетическими установками и постановка задач исследования

2.1. Устройство и основные элементы асинхронизированных

синхронных генераторов.
2.2. Анализ существующих методов описания динамики
асинхронизированных синхронных генераторов и ветродвигателей
2.3. Анализ методов синтеза систем управления.
2.4. Постановка задач исследования
2.5. Выводы.
3. Синтез системы управления ветроэнергетической установкой, работающей параллельно с сетью.
3.1. Математическое описание асинхронизированных
синхронных генераторов.
3.2. Синтез системы управления ветроэнергетической установкой
3.3. Определение параметров и описание характеристик ветродвигателя
3.4. Математическое моделирование ветроэнергетической установки, работающей параллельно с сетью.
3.5. Выводы
4. Синтез системы управления автономной ветроэнергетической
установкой.
4.1. Математическое описание асинхронизированного синхронного генератора автономной
ветроэнергетической установки
4.2. Синтез самонастраивающейся системы управления автономной ветроэнергетической установкой.
4.3. Математическое моделирование автономной ветроэнергети1ческой установки
4.4. Выводы
Заключение
Литература


В роторную обмотку через контактные кольца подается трехфазное напряжение с тиристорного преобразователя, частота которого равна разности между частотой напряжения статора и переменной частотой вращения ротора, умноженной на число пар полюсов генератора. Это позволяет осуществлять регулирование вырабатываемой активной и реактивной мощности ВЭУ и обеспечить согласование параметров выходного напряжения ВЭУ с параметрами напряжения сети при различной скорости вращения ротора с помощью достаточно легко реализуемых регуляторов. В зависимости от амплитуды напряжения, подаваемого в роторную обмотку, АСГ при постоянной скорости ветра может работать с различной скоростью вращения и вырабатывать различную мощность. Поэтому амплитуду напряжения ротора предполагается регулировать так, чтобы при текущей скорости ветра ВЭУ вырабатывала максимальную мощность, то есть максимально использована бы энергию ветра. Поскольку АСГ позволяет вырабатывать как активную, так и реактивную мощность, то разрабатываемая система управления должна обеспечивать регулирование и активной, и реактивной мощности. Однако, между токами статора и ротора существует однозначная связь. Поэтому, воздействуя с помощью преобразователя на активную и реактивную составляющие тока ротора, можно регулировать составляющие тока статора, а следовательно, и регулировать вырабатываемую активную и реактивную мощность ВЭУ. Таким образом, для ВЭУ, работающей параллельно с сетью, ставится и решается задача синтеза такой системы управления, которая не только обеспечивает необходимое регулирование активной и реактивной мощности ВЭУ, но и согласование параметров ее выходного напряжения с параметрами напряжения сети в широком диапазоне изменения рабочих скоростей вращения ротора за счет регулирования активной и реактивной составляющих (проекций) тока ротора. Далее в диссертации рассматривается автономная ВЭУ. Напряжение питания на тиристорный преобразователь, установленный в роторной цепи АСГ такой ВЭУ, поступает от аккумуляторной батареи, которая подзаряжается в процессе работы ВЭУ. При этом статор работает непосредственно на нагрузку, а в роторную обмотку через контактные кольца подается трехфазное напряжение требуемой частоты с тиристорного преобразователя. Это позволяет легко осуществлять стабилизацию частоты напряжения статора АСГ. Для стабилизации амплитуды выходного напряжения ВЭУ регулируется амплитуда напряжения ротора АСГ (напряжения тиристорного преобразователя). Однако использование традиционных подходов для синтеза такой системы управления не позволяет обеспечить требуемое качество стабилизации параметров выходного напряжения. В соответствии с поставленными задачами определена структура диссертации, состоящей из введения, четырех глав, заключения и списка литературы. В первой главе выполнен анализ современного состояния ветроэнергетики и показаны перспективы ее дальнейшего развития. Показаны перспективы применения ветроэнергетических станций (ВЭС) и ВЭУ в России. Выполнен анализ существующих в настоящее время и перспективных типов ветродвигателей. Сделан вывод о целесообразности применения ветродвигателей с горизонтальной осью вращения. Проведен анализ способов стабилизации параметров выходного напряжения ВЭУ. Показана возможность разделения в ряде случаев потребителей энергии автономной ВЭУ на три вида, предъявляющих различные требования к качеству электроэнергии. Проанализированы возможности применения различных типов генераторов электрической энергии для всех рассмотренных способов стабилизации. Сделан вывод о целесообразности и перспективности применения АСГ в ВЭУ с переменной частотой вращения ротора генератора. Во второй главе дано описание устройства и основных элементов АСГ. На основе выполненного анализа существующих методов описания динамики АСГ показано, что его математическое описание осуществляется системой нелинейных дифференциальных уравнений, содержащих большое количество перекрестных связей и переменных параметров. Показан способ математического описания аэродинамических характеристик ветродвигателей с помощью полиномов Лагранжа.