Разработка микро-ГЭС с асинхронными генераторами для сельскохозяйственных потребителей

• Автор: Свит, Павел Петрович
• Шифр специальности: 05.20.02
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2007
• Место защиты: Барнаул
• Количество страниц: 246 с. : ил.

ОГЛАВЛЕНИЕ
Введение
Раздел 1. Проблемы, перспективы и особенности электроэнергетики на базе нетрадиционных возобновляемых источников энергии.
1.1 Состояние электроэнергетики России и проблемы электроснабжения сельскохозяйственных потребителей в удалешплх и децентрализованных районах
1.2 Перспективы развития электроэнергетики на основе возобновляемой энергии Солнца, ветра, биомассы и малых рек.

1.3 Анализ показателей эффективности и особенности АЭЭС.

1.3.1 Схема типового блока АЭЭС.

1.3.2 Критерии оптимизации АЭЭС.

1.3.3 Особенности проектирования АЭЭС для электроснабжения потребителей небольшой мощности.

1.3.3.1 Выбор источников и преобразователей электроэнергии для АЭЭС

1.3.3.2 Выбор параметров электроэнергии АЭЭС

1.3.3.3 Коммутаторы, системы защиты, управления и контроля АЭЭС
1.3.4 Выбор генератора АЭЭС.
1.4 Выбор ВИЭ для автономной электростанции небольшой мощности
1.4.1 Краткая характеристика ВИЭ Алтайского края и республики Алтай
1.4.2 Использование ВИЭ для выработки электроэнергии
1.5 Обоснование выбора преобразователя энергии воды в механическую энергию вращательного движения вала генератора
1.6 Анализ способов стабилизации параметров генерируемой электроэнергии микроГЭС. Выбор принципа работы системы автоматического управления асинхронным генератором.
1.7 Основные задачи диссертационной работы
Раздел 2 Математическое моделирование и методики расчета основных
узлов и элементов микроГЭС.
2.1 Расчтная модель водоналивного колеса, методика расчета и оптимизации его параметров
2.1.1 Расчет конструктивных параметров водоналивного колеса
2.1.2 Расчетная модель водоналивного колеса с водоудерживающим элементом
2.1.3 Принципиальная блоксхема расчета и оптимизации параметров
водоналивного колеса.
2.2 Асинхронный генератор как объект исследования.
2.2.1 Математическое описание асинхронного двигателя.
2.2.2 Аналитическая методика определения параметров схем замещения асинхронного двигателя.
2.2.3 Анализ схем замещения асинхронного самовозбуждающегося генератора.
2.2.4 Механизм самовозбуждения асинхронной машины
2.2.5 Расчет емкости конденсаторов возбуждения по номинальным электрическим данным асинхронного двигателя.
2.2.6 Характеристики автономного асинхронного генератора
2.2.7 Векторные диаграммы асинхронного генератора.
2.2.7 Математическая модель автономного трехфазного асинхронного генератора
2.2.8 Графоаналитическая методика расчета рабочих характеристик
автономного асинхронного генератора.
Раздел 3 Экспериментальное исследование работы асинхронного двигателя в генераторном режиме.
3.1 Экспериментальная установка для исследования работы асинхронного двигателя в генераторном режиме.
3.2 Методика исследования режимов работы автономного асинхронного генератора
3.3 Исследование режимов возбуждения и развозбуждения АСГ.
3.3.1 Возбуждение и развозбуждение АСГ на холостом ходу.
3.3.2 Возбуждение и развозбуждение АСГ под нагрузкой
3.4 Исследование работы АСГ с приводным двигателем соизмеримой мощности
3.4.1 Нагрузочные характеристики ЛСГ
3.4.2 Изучение зависимости характеристик ЛСГ от нагрузки и емкости конденсаторов возбуждения.
3.5 Исследование максимального тока нагрузки АСГ
3.6 Характеристика холостого хода ЛСГ
3.7 Сравнение экспериментальных и расчетных характеристик АСГ па
базе асинхронного двигателя АИР Л4СУ2
Раздел 4 Разработка системы автоматического управления параметрами асинхронного генератора и комплексной методики расчета микроГЭС
4.1 Разработка системы автоматического управления
4.1.1 Анализ систем автоматического регулирования напряжения асинхронного генератора.
4.1.2 Тиристорные регуляторы с фазовым управлением.
4.1.3 Выбор параметров регулирования для стабилизации амплитуды и частоты напряжения
4.1.4 Описание блоксхемы системы автоматического управления.
4.1.5 Описание блока регулирования и управления напряжением.
4.1.6 Описание блока регулирования и управления часто гой.
4.1.7 Описание блока защиты
4.2 Создание методики комплексного расчета микроГЭС.
4.2.1 Методика расчета емкости конденсаторов возбуждения
4.2.2 Комплексная методика расчета микроГЭС.
Раздел 5 Исследование работы микроГЭС в лабораторных и промышленных условиях.
5.1 Исследование работы опытного образца микроГЭС
5.2 Натурные испытания микроГЭС на Колыванском камнерезном заводе
5.3 Блок автоматического управления электрической нагрузкой
асинхронного генератора.
Заключение
Библиографический список использованной литературы
Приложения
ВВЕДЕНИЕ
Актуальность


Для повышения мощности, надежности и живучести источников электроснабжения в экстремальных условиях ЭМГ объединяются в группы параллельно работающих единиц, т. Поэтому при разработке конкретной АЭЭС возникает задача выбора оптимальной компоновки оборудования с учетом электромагнитной совместимости элементов, внешних условий, тепловых режимов и техникоэкономических показателей. С точки зрения преобразования механической энергии приводного двиг ателя в электрическую, электрооборудование большинства автономных энергоустановок осуществляется на основе общих принципов. Однако специфический характер ВИЭ вносит существенные особенности в процессы генерирования и стабилизации электрического тока. Равенство мощностей нагрузки генератора и первичного источника механической энергии приводит к взаимному влиянию автономной электрической сети, генератора и приводного двигателя. Поэтому процессы в таких энергосистемах рассматривают на основе системного подхода с учетом характеристик всех элементов, входящих в автономную систему электроснабжения. Временные изменения мощности энергоносителя, характерные для природных источников энергии, а также изменение величины нагрузки в соответствии с нуждами потребителя определяют повышенные требования к системам стабилизации выходных параметров автономного источника электропитания. Комплексный подход к исследованию автономных электроустановок заключается в анализе характеристик всех элементов системы и выявлении их особенностей и взаимосвязей. С целью снижения вероятности принятия нерациональных технических решений проводят поэтапное физическое моделирование основных элементов и подсистем АЭЭС, обеспечивающее проверку правильности принимаемых решений , . Для выбора источника электроэнергии, элементов и аппаратов коммутационной аппаратуры и построения блоков регулирования, защиты и управления проводится анализ критериев оптимизации АЭЭС. Типичными показателями эффективности АЭЭС являются критерии массы, КПД, показатели надежности и качества электроэнергии, техникоэкономические показатели и др. Во многих случаях критерии массы для АЭЭС считаются приоритетными, и целью разработок является минимизация удельной массы. Такой подход связан в большей мере с традицией, чем с реальной оптимизацией АЭЭС, которая требует учета, помимо т, других показателей. Коэффициент полезного действия установки определяет эффективность преобразования энергии. Главные показатели надежности АЭЭС интенсивность отказов Л статистическая характеристика и вероятность безотказной работы за время . Требования к показателям качества электроэнергии определяются потребителями и непосредственно влияют на конструктивные и схемные особенности, а также массу и стоимость источников и преобразователей электроэнергии. При Л , Л имеем Р 1 Л. Качество электроэнергии характеризуется стабильностью показателей, длительностью и характером переходных процессов, перерывами в питании. Стабильность показателей оценивается их отклонением от номинального значения за определенное время, среднеквадратичными флуктуациями, относительной ролью высших гармоник для переменного тока. Переходные процессы должны заканчиваться за определенный интервал времени, различный для номинальных и аварийных режимов. Улучшение качества электроэнергии, как правило, способствует повышению надежности работы оборудования. А Лй0,4 Ш,, 1. Я и II соответствующие неноминальные значения. При ии,, 1,1 Л Я. Повышение качества электроэнергии позволяет снизить массу вторичного электрооборудования. Д и Д отклонения частоты и напряжения. С другой стороны, повышение качества электроэнергии требует усложнения регулировочной аппаратуры и увеличения затрат на оборудование. Главными техникоэкономическими показателями агрегата или системы являются суммарные затраты, связанные со стоимостью и эксплуатацией оборудования, а также удельные затраты на единицу мощности энергии. Автономная энергоустановка должна иметь, с одной стороны, низкие стоимость и эксплуатационные затраты, а с другой, должна быть надежной, простой в эксплуатации и автоматизированной.