Зниження динамічних перевантажень з метою підвищення надійності асинхронних генераторів вітроелектроагрегатів, які працюють паралельно з мережею - Автореферат

Оптимізація їхніх параметрів і узгодження останніх із коливаннями швидкості вітру конкретного району дозволяє правильно розраховувати генеровану ВЕА потужність. Дисертаційна робота виконувалася відповідно до науково-дослідних робіт кафедри електротехніки за темою «Розробка перспективних зразків електричних машин і апаратів і створення їх теорії» у межах проекту «Наукові основи удосконалення виробництва, передачі та використання електроенергії» (план НДР Міністерства освіти України №37 від 13.02.1997 р.). розробити методику розрахунку ударних струмів і моментів у перехідному процесі, що виникає при підмиканні АГ до мережі, як із демпфуючими опорами у колі статора, так і без них; У систему диференційних рівнянь уперше введено функцію, що встановлює безпосередній звязок між гармонійними складовими швидкості вітру і моментом на валу генератора, що дозволяє вірно розраховувати генеровану потужність залежно від умов на конкретній площадці установки ВЕА і знижує ймовірність помилки при виборі вітроплощадки для будівництва ВЕС. Практичне значення одержаних результатів: - одержані аналітичні залежності дозволяють зробити розрахунок ударних струмів і моментів, що необхідно для проектування механічної частини ВЕА й обґрунтованого вибору параметрів пускозахисної апаратури;Розвязання системи може бути подане у вигляді: ys=ysy C1l1exp(a1t) C2l2exp(a2t), yr=yry C1exp(a1t) C2exp(a2t), (3) де ysy і yry - відповідно сталі складові потокозчеплень статора і ротора; a1 і a2 - корені характеристичного рівняння; С1, С2 - коефіцієнти, які визначаються з початкових умов; ?1, ?2 - корені рівнянь однорідної системи. У цьому ж розділі встановлено, що зменшити струм і момент при перехідному процесі можна при вмиканні на час пуску послідовно з кожною фазною обмоткою статора активних опорів із значенням, що у 3…3,5 рази перевищують значення активного опору фазних обмоток. У цьому випадку досягається зниження ударних струмів у 1,5 рази і моменту у 2,5 рази відносно вмикання АГ до паралельної роботи з мережею без демпфуючих опорів у колі статора (рис. Підмикання двох фаз генератора до мережі слід здійснювати у момент часу, що відповідає амплітудному значенню лінійної напруги, а третю фазу підмикати при амплітудному значенні фазної напруги із запізнюванням у 9-12 періодів (0,2-0,24 сек.). , (6), де ysb,yra,yrb, - потокозчеплення статора по осі b і ротора по осях a і b відповідно; isb, ira, irb - струми статора по осі b і ротора по осях a і b відповідно; au - початкова фаза лінійної напруги; w =2pf - кутова частота мережі; wr - швидкість обертання ротора в електричних радіанах, оскільки розглядається підмикання при синхронній швидкості обертання ротора, то wr=w; t - час, сек.У дисертаційній роботі наведено теоретичне обґрунтування і розвязання науково-практичної задачі, що полягає в розробці комплексу науково-технічних способів з підвищення експлуатаційної надійності АГ ВЕА, що досягається за рахунок зниження механічних перевантажень ВЕА. Питання демпфування ударних струмів і моментів та забезпечення кліматичної стійкості АГ ВЕА вимагають більш глибокого вивчення, тому що вони дозволять виключити найбільш характерні поломки, які спостерігалися при експлуатації ВЕА на діючих ВЕС. Виходячи з цього доцільною є розробка методик розрахунку ударних струмів і моментів, способів їхнього зниження і забезпечення кліматичної стійкості АГ ВЕА. Розроблено методику розрахунку в перехідному процесі струмів і моментів АГ ВЕА при підмиканні на паралельну роботу з мережею. Методика дозволяє розраховувати перехідні процеси в АГ ВЕА при його підмиканні на паралельну роботу з мережею, як з демпфуючими опорами у колі статора, так і без них.

Основний зміст роботи

У дисертаційній роботі наведено теоретичне обґрунтування і розвязання науково-практичної задачі, що полягає в розробці комплексу науково-технічних способів з підвищення експлуатаційної надійності АГ ВЕА, що досягається за рахунок зниження механічних перевантажень ВЕА. Розроблені методики розрахунку і способи зниження механічних перевантажень ВЕА в перехідних режимах, а також рекомендації щодо конструкції АГ ВЕА, які дозволяють забезпечити кліматичну стійкість останніх.

1. Питання демпфування ударних струмів і моментів та забезпечення кліматичної стійкості АГ ВЕА вимагають більш глибокого вивчення, тому що вони дозволять виключити найбільш характерні поломки, які спостерігалися при експлуатації ВЕА на діючих ВЕС. Виходячи з цього доцільною є розробка методик розрахунку ударних струмів і моментів, способів їхнього зниження і забезпечення кліматичної стійкості АГ ВЕА.

2. Розроблено методику розрахунку в перехідному процесі струмів і моментів АГ ВЕА при підмиканні на паралельну роботу з мережею. Методика дозволяє розраховувати перехідні процеси в АГ ВЕА при його підмиканні на паралельну роботу з мережею, як з демпфуючими опорами у колі статора, так і без них. На відміну від існуючих методик, розроблена методика враховує вплив на характер перехідного процесу активного опору статора.

3. Встановлено, що шунтування демпфуючого опору необхідно робити тільки після згасання аперіодичних складових струмів що виключає сплески струмів і моментів, більші за ті, що були при увімкненому опорі. Час загасання аперіодичних складових струмів для різних типів АГ складає від 0,2 до 1,5 сек. Запропоновано включати на час пуску послідовно з обмотками генератора активні опори, значення яких у 3-3,5 рази більші за активний опір обмотки статора. При цьому кратність ударного моменту не перевищує 1, а кратність струму - 7. Максимальна кратність моменту не залежить від початкової фази напруги при одночасному підмиканні фаз АГ до мережі.

4. Отримано розвязання системи диференційних рівнянь при почерговому підмиканні фаз генератора до мережі. Встановлено найбільш раціональну послідовність підмикання фаз обмотки АГ до мережі, визначено початкові фази напруги.

Встановлено, що при неодночасному підмиканні до мережі фаз АГ ВЕА кратність ударних струмів і моментів знижується в 2 рази.

Запропоновано робити підмикання двох фаз генератора до мережі у момент часу, що відповідає амплітудному значенню лінійної напруги, а третю фазу підмикати при амплітудному значенні фазної напруги із запізнюванням у 9-12 періодів.

5. У систему диференційних рівнянь, що описують електромагнітні процеси в АМ, введено функцію, що встановлює безпосередній звязок між гармонійними складовими швидкості вітру і моментом на валу генератора.

6. Запропоновано пристрій, що здійснює неодночасне підмикання фаз генератора до мережі. За рахунок запропонованого виконання кола керування досягається забезпечення вмикання силового кола при проходженні синусоїдальної напруги через амплітудне значення, за відхилень напруги мережі живлення, що відповідають нормативам. Також забезпечується практично стале значення фази напруги, при якій відбувається вмикання і, за рахунок цього, забезпечується підвищення надійності пристрою і спрощення його конструкції.

При проектуванні ВЕА варто враховувати пульсуючий з подвоєною частотою мережі момент, що виникає при двофазному включенні, що викликає вібрацію ВЕА.

7. Теоретично обґрунтовано вплив коливань швидкості вітру на потужність, що віддається вітротурбіною. У систему диференційних рівнянь, що описують електромагнітні процеси у АМ, введено функцію, що встановлює безпосередній звязок між гармонійними складовими швидкості вітру і моментом на валу генератора. Розраховано розбіжність між потужністю, що виробляє вітротурбіна, і потужністю, встановленою для вітротурбіни виготовлювачем, при заданій середній швидкості вітру.

8. Отримано акт впровадження результатів дисертаційної роботи в КБ ДП ХЕМЗ (м. Харків).

1. Дорохов А.В., Финкельштейн В.Б. Демпфирование ударных токов и ударного динамического момента при подключении к сети асинхронных генераторов ветроэлектроагрегатов // Електротехніка і електромеханіка. - Харків: НТУ ХПІ, 2002. - №2. - С. 39-42.

Здобувач дослідив та висвітлив можливість зниження перехідних струмів і ударного динамічного моменту за рахунок неодночасного підмикання фаз обмотки генератора на паралельну роботу з мережею. Надано рекомендації щодо формування оптимального алгоритму вмикання. Описано явища супутні перехідному процесу.

2. Дорохов А.В., Финкельштейн В.Б. Экспериментальное исследование экстремальных эксплуатационных параметров и характеристик асинхронных генераторов ветроэнергетических агрегатов // Праці інституту електродинаміки Національної академії наук України. - Київ: ІЕД НАН України, 2002. - №3. - С. 107-112.

Здобувач надав рекомендації щодо вибору АГ для ВЕА, а також навів результати експериментальних досліджень, необхідних для розробки специфічних питань теорії розрахунку характеристик АГ у перехідних і сталих режимах і удосконалення пускової та захисної апаратури.

3. Дорохов А.В., Финкельштейн В.Б. Смягчение электродинамических перегрузок при подключении к сети асинхронных генераторов ветроэлектроагрегатов // Електротехніка і електромеханіка - Харків: НТУ ХПІ, 2003. - №2. - С. 24-27.

Здобувач розробив методику розрахунку перехідних струмів і ударного динамічного моменту при підмиканні АГ до мережі.

4. Дорохов А.В., Финкельштейн В.Б. Токи и моменты асинхронных генераторов ветроэлектроагрегатов в переходном режиме при подключении их к сети // Технічна електродинаміка. - Київ: ІЕД НАН України, 2003. - №2. - С. 52 - 54.

Здобувачем наведено методику розрахунку в перехідному процесі струмів і ударного динамічного моменту АГ при його підмиканні на паралельну роботу з мережею. Запропоновано технічне рішення, що виключає перевантаження та ударні динамічні моменти і знижує кратності максимального струму до значень, передбачених нормативною документацією на АМ.

5. Дорохов А.В., Финкельштейн В.Б. Влияние турбулентности ветра на величину мощности генерируемой ветроэлектроагрегатом // Праці інституту електродинаміки НАН України. - Київ: ІЕД НАН України, 2003. №1 (4) - С. 89 -98.

Здобувач експериментально встановив, що потужність, генерована ВЕА при однакових середніх швидкостях вітру, може суттєво відрізнятися від відповідних значень каталожної потужності. Запропонована здобувачем математична модель дозволяє розрахувати величину генерованої ВЕА потужності при заданій середній швидкості вітру.

6. Дорохов А.В. Динамические характеристики асинхронных генераторов при подключении их к сети через демпфирущее сопротивление с последующим его шунтированием // Електротехніка і електромеханіка. - Харків: НТУ ХПІ, 2003. - №4. - С. 26-31.

Експериментально встановлено, що потужність, яку генерує вітроелектроагрегат при однакових середніх швидкостях вітру може суттєво відрізнятися від відповідних значень каталожної кривої потужності. Одним із факторів, від якого залежить ця різниця, є турбулентність вітру. Запропонована математична модель, яка дозволяє розрахувати значення потужності, яку генерує вітроелектроагрегат при заданих турбулентності і середній швидкості вітру.

7. Дорохов А.В., Финкельштейн В.Б. Неодновременное подключение фаз асинхронного двигателя к трехпроводной сети // ХХІХ научно-техническая конференция преподавателей, аспирантов и сотрудников Харьковской государственной академии городского хозяйства. Программа и тезисы докладов. - Харьков: ХНАГХ, -1998.-С. 28-29.

8. Пат.60068 А Україна, МКИ 7 Н02Р 1/16. Пристрій для обмеження ударних струмів і моментів при підмиканні машин змінного струму до мережі й обмеження перенапруг при їхньому відключенні: Пат.60068 А Україна, МКИ 7 Н02Р 1/16 / О.В. Дорохов, А.Г. Сосков, В.Б. Фінкельштейн. - №2003010519; заявлено 21.01.2003; Опубл. 15.09.2003. Бюл. №9. - 2с

Здобувач розробив пристрій для обмеження струмів і ударного динамічного моменту при підмиканні машин змінного струму до мережі й обмеження перенапруг при їхньому відключенні.

Размещено на .ru