[go: up one dir, main page]
More Web Proxy on the site http://driver.im/

RU2770526C1 - Wind power plant - Google Patents

Wind power plant Download PDF

Info

Publication number
RU2770526C1
RU2770526C1 RU2021129906A RU2021129906A RU2770526C1 RU 2770526 C1 RU2770526 C1 RU 2770526C1 RU 2021129906 A RU2021129906 A RU 2021129906A RU 2021129906 A RU2021129906 A RU 2021129906A RU 2770526 C1 RU2770526 C1 RU 2770526C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
synchronous machine
rotor
stator
asynchronous generator
battery
Prior art date
Application number
RU2021129906A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Геннадий Владимирович Никитенко
Евгений Викторович Коноплев
Павел Викторович Коноплев
Андрей Владимирович Бобрышев
Анатолий Викторович Пермяков
Original Assignee
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «Ставропольский государственный аграрный университет»
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «Ставропольский государственный аграрный университет» filed Critical Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «Ставропольский государственный аграрный университет»
Priority to RU2021129906A priority Critical patent/RU2770526C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2770526C1 publication Critical patent/RU2770526C1/en

Links

Images

Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F03—MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS; WIND, SPRING, OR WEIGHT MOTORS; PRODUCING MECHANICAL POWER OR A REACTIVE PROPULSIVE THRUST, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F03D—WIND MOTORS
    • F03D7/00—Controlling wind motors 
    • F03D7/02—Controlling wind motors  the wind motors having rotation axis substantially parallel to the air flow entering the rotor
    • F03D7/04—Automatic control; Regulation
    • F03D7/042—Automatic control; Regulation by means of an electrical or electronic controller
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F03—MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS; WIND, SPRING, OR WEIGHT MOTORS; PRODUCING MECHANICAL POWER OR A REACTIVE PROPULSIVE THRUST, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F03D—WIND MOTORS
    • F03D9/00—Adaptations of wind motors for special use; Combinations of wind motors with apparatus driven thereby; Wind motors specially adapted for installation in particular locations
    • F03D9/10—Combinations of wind motors with apparatus storing energy
    • F03D9/11—Combinations of wind motors with apparatus storing energy storing electrical energy
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/70—Wind energy
    • Y02E10/72—Wind turbines with rotation axis in wind direction
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E70/00—Other energy conversion or management systems reducing GHG emissions
    • Y02E70/30—Systems combining energy storage with energy generation of non-fossil origin

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Sustainable Development (AREA)
  • Sustainable Energy (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Control Of Eletrric Generators (AREA)

Abstract

FIELD: wind energy and electrical engineering.SUBSTANCE: invention relates to the field of wind energy and electrical engineering, in particular to autonomous power supply systems using wind energy. The wind power plant contains a wind turbine, an overrunning clutch connected to a squirrel-cage rotor of an asynchronous generator, the other end of the squirrel-cage rotor is connected to a synchronous machine consisting of a split rotor into outer and inner rings. On the outer and inner rings of the split rotor there is a magnetic circuit and permanent magnets of the fixed stator with windings located in it. The split rotor of the synchronous machine rotates freely relative to the stator of the synchronous machine thanks to a bearing built into the stator of the synchronous machine. A battery of starting capacitors and a load are connected to the stator windings of the asynchronous generator. The stator windings of the asynchronous generator and the stator windings of the synchronous machine are electrically connected to the control system, which is electrically connected to the battery charge controller, storage battery, inverter, switching unit, which is connected to the stator windings of the synchronous machine, the charge controller is connected to the ballast load.EFFECT: stabilization of the output parameters of an asynchronous generator with a squirrel-cage rotor due to the operation of a brushless synchronous machine in motor or generator modes and an increase in the wind flow utilization factor at various wind speeds.1 cl, 1 dwg

Description

Область, к которой относится изобретениеThe field to which the invention relates

Изобретение относится к области ветроэнергетики и электротехники, в частности к автономным системам электроснабжения, использующим энергию ветра.The invention relates to the field of wind energy and electrical engineering, in particular to autonomous power supply systems using wind energy.

Уровень техникиState of the art

Известна «Автономная система бесперебойного электроснабжения, использующая возобновляемый источник энергии», содержащая ветротурбину переменной скорости вращения, жестко связанную с генератором переменного тока, вспомогательный электрический потребитель, выполненный в виде аккумуляторной батареи, соединенный с генератором переменного тока устройством регулирования мощности, дизель, механически связанный с синхронным генератором, образующие дизель-генераторную установку, с сформированием двух независимых источников электроснабжения, соединенных между собой блоком переключения, функцию одного из них выполняет дизель-генераторная установка, снабженная системой автоматического регулирования активной мощности, функцию другого - синхронный компенсатор с устройством разгона и системой автоматического регулирования скорости, аккумуляторная батарея, соединенная с синхронным компенсатором посредством двухкомплектного реверсивного тиристорного преобразователя постоянного тока, который при превышении мощности ветротурбины над мощностью нагрузки управляется в системе автоматической стабилизации скорости синхронного компенсатора, а в режиме, когда мощность ветротурбины меньше мощности нагрузки, и аккумуляторная батарея разряжена, - в системе стабилизации активной мощности дизель-генераторной установки; функцию генератора переменного тока выполняет многоскоростная асинхронная машина, управляемая блоком выбора режима, задающего его рабочую скорость в функции активной мощности, отличающаяся тем, что в систему введено устройство разгрузки потребителей, вход которого соединен с выходом блока переключения, а выход - с входом узла потребителей электроэнергии (патент RU №113615 H02J3/00 от 22.09.2011).Known "Autonomous uninterruptible power supply system using a renewable energy source", containing a variable speed wind turbine rigidly connected to the alternator, an auxiliary electrical consumer made in the form of a battery connected to the alternator by a power control device, a diesel engine mechanically connected to synchronous generator, forming a diesel generator set, with the formation of two independent power supply sources interconnected by a switching unit, the function of one of them is performed by a diesel generator set equipped with an automatic active power control system, the function of the other is a synchronous compensator with an acceleration device and an automatic speed control, a storage battery connected to a synchronous compensator by means of a two-component reversible thyristor DC converter, which, when exceeding wind turbine power over load power is controlled in the automatic speed stabilization system of the synchronous compensator, and in the mode when the wind turbine power is less than the load power and the battery is discharged, in the active power stabilization system of the diesel generator set; the function of an alternator is performed by a multi-speed asynchronous machine controlled by a mode selection unit that sets its operating speed as a function of active power, characterized in that a consumer unloading device is introduced into the system, the input of which is connected to the output of the switching unit, and the output is connected to the input of the node of electricity consumers (patent RU No. 113615 H02J3/00 dated 22.09.2011).

Ее недостаток – сложность и дороговизна конструкции, требующего сложного технического решения, связанного с использованием реверсивного теристорного преобразователя, дизель-генераторной установки, снабженного системой автоматического регулирования мощности, низкая надежность за счет использования большого количества элементов, высокая стоимость в связи с необходимостью применения дизель-генераторной установки, работающей на органическом топливе.Its disadvantage is the complexity and high cost of the design, which requires a complex technical solution associated with the use of a reversible thyristor converter, a diesel generator set equipped with an automatic power control system, low reliability due to the use of a large number of elements, high cost due to the need to use a diesel generator fossil fuel installations.

Известна «Система для автономного электроснабжения потребителей», содержащая ветроэлектрическую установку, подключенную к общим шинам через выпрямитель, инвертор, стабилизатор, реле обратного тока, аккумуляторную батарею, подключенную между выпрямителем и инвертором, автономный источник питания, работающий на органическом топливе, снабженный синхронизатором и регулятором вырабатываемой мощности (патент RU № 2382900 F03D9/02, H02K7/18, H02J7/34 от 27.02.2010).Known "System for autonomous power supply to consumers", containing a wind turbine connected to common buses through a rectifier, inverter, stabilizer, reverse current relay, a battery connected between the rectifier and the inverter, an autonomous power source running on fossil fuel, equipped with a synchronizer and regulator generated power (patent RU No. 2382900 F03D9/02, H02K7/18, H02J7/34 of 27.02.2010).

Ее недостаток – сложность и дороговизна конструкции, требующего сложного технического решения, связанного с использованием стабилизатора, реле обратного тока, автономного источника питания, снабженного синхронизатором и регулятором вырабатываемой мощности, низкая надежность за счет использования большого количества элементов, высокая стоимость в связи с необходимостью применения автономного источника питания, работающего на органическом топливе.Its disadvantage is the complexity and high cost of the design, which requires a complex technical solution associated with the use of a stabilizer, a reverse current relay, an autonomous power source equipped with a synchronizer and a regulator of the output power, low reliability due to the use of a large number of elements, high cost due to the need to use an autonomous power source running on organic fuel.

Известна «Ветроэнергетическая установка», содержащая зубчатую дифференциальную передачу, ветроколесо, датчик частоты вращения вала ветроколеса, машину постоянного тока, инвертор напряжения, аккумуляторную батарею, регулятор возбуждения, блок отключения возбуждения и электрическую нагрузку (патент RU № 2287718 F03D9/02 от 20.11.2006).Known "Wind power plant", containing a differential gear, a wind wheel, a speed sensor of the wind wheel shaft, a DC machine, a voltage inverter, a battery, an excitation controller, an excitation shutdown unit and an electrical load (patent RU No. 2287718 F03D9 / 02 dated 11/20/2006 ).

Ее недостаток – сложность и дороговизна конструкции, требующего сложного технического решения, связанного с использованием зубчатой дифференциальной передачи, машины постоянного тока в качестве генератора, регулятора возбуждения, блока отключения возбуждения, низкая надежность за счет использования машины постоянного тока в качестве генератора, невысокое качество вырабатываемой электрической энергии за счет использования инвертора напряжения.Its disadvantage is the complexity and high cost of the design, which requires a complex technical solution associated with the use of a differential gear, a DC machine as a generator, an excitation regulator, an excitation shutdown unit, low reliability due to the use of a DC machine as a generator, low quality of the generated electrical energy through the use of a voltage inverter.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому положительному эффекту принятый авторами за прототип является «Ветроэнергетическая установка», содержащая башню, ветроколесо, мультипликатор, инерционный аккумулятор, генератор. В качестве генератора используется синхронная машина (патент RU № 2313693 F03D9/02 от 27.12.2007).The closest in technical essence and the achieved positive effect adopted by the authors for the prototype is the "Wind power plant", containing a tower, a wind wheel, a multiplier, an inertial accumulator, a generator. A synchronous machine is used as a generator (patent RU No. 2313693 F03D9/02 dated 12/27/2007).

Недостатком данного устройства являются невысокая надежность и дороговизна конструкции, связанная с использованием синхронного генератора, вертикальным расположением элементов ветроэнергетической установки, затрудняющее техническое обслуживание и ремонт, использование инерционного аккумулятора. The disadvantage of this device is the low reliability and high cost of construction associated with the use of a synchronous generator, the vertical arrangement of the elements of the wind turbine, which complicates maintenance and repair, the use of an inertial battery.

Раскрытие изобретенияDisclosure of invention

Задачей предлагаемого изобретения является разработка системы автономного электроснабжения, на основе энергии ветра, со стабилизацией выходного напряжения асинхронного генератора при изменении ветровой нагрузки и мощности потребителей, обеспечивающей энергией потребителей переменного и постоянного тока.The objective of the invention is to develop an autonomous power supply system based on wind energy, with stabilization of the output voltage of an asynchronous generator when the wind load and consumer power change, providing AC and DC consumers with energy.

Техническим результатом предлагаемого изобретения является удешевление конструкции, уменьшение металлоемкости за счет отказа от использования инерционного аккумулятора, стабилизация выходных параметров асинхронного генератора с короткозамкнутым ротором за счет работы бесколлекторной синхронной машины в двигательном или генераторном режимах, повышение надежности за счет использования асинхронного генератора с короткозамкнутым ротором, упрощение обслуживания и ремонта элементов системы за счет горизонтального их расположения, повышение коэффициента использования ветрового потока при различных скоростях ветра.The technical result of the invention is to reduce the cost of construction, reduce the metal consumption by eliminating the use of an inertial battery, stabilize the output parameters of an asynchronous generator with a squirrel-cage rotor due to the operation of a brushless synchronous machine in motor or generator modes, increase reliability through the use of an asynchronous generator with a squirrel-cage rotor, simplify maintenance and repair of system elements due to their horizontal arrangement, increasing the utilization rate of the wind flow at different wind speeds.

Технический результат достигается с помощью ветроэнергетической установки, содержащей ветродвигатель, обгонную муфту, соединенную с короткозамкнутым ротором асинхронного генератора, другой конец короткозамкнутого ротора соединен с синхронной машиной, состоящей из расщепленного ротора на внешнее и внутреннее кольца, на внешнем и внутреннем кольце расщепленного ротора расположен магнитопровод и постоянные магниты, неподвижного статора с расположенными в нем обмотками, расщепленный ротор синхронной машины свободно вращается относительно статора синхронной машины благодаря встроенному в статор синхронной машины подшипнику, к статорным обмоткам асинхронного генератора подключена батарея пусковых конденсаторов и нагрузка, обмотки статора асинхронного генератора и обмотки статора синхронной машины электрически соединены с системой управления, которая электрически соединена с контроллером заряда аккумуляторной батареи, аккумуляторной батареей, инвертором, блоком коммутации, который соединен с обмотками статора синхронной машины, контроллер заряда соединен с балластной нагрузкой.The technical result is achieved using a wind power plant containing a wind turbine, an overrunning clutch connected to a squirrel-cage rotor of an asynchronous generator, the other end of the squirrel-cage rotor is connected to a synchronous machine consisting of a split rotor into an outer and an inner ring, a magnetic circuit is located on the outer and inner rings of the split rotor and permanent magnets, fixed stator with windings located in it, the split rotor of the synchronous machine rotates freely relative to the stator of the synchronous machine due to the bearing built into the stator of the synchronous machine, the battery of starting capacitors and the load, the stator windings of the asynchronous generator and the stator winding of the synchronous machine are connected to the stator windings of the asynchronous generator electrically connected to the control system, which is electrically connected to the battery charge controller, battery, inverter, switching unit, which is connected to stator windings of a synchronous machine, the charge controller is connected to the ballast load.

Новизна технического решения обусловлена тем, что сквозному короткозамкнутому ротору асинхронного генератора с одной стороны через обгонную муфту подсоединен ветродвигатель, с другой стороны подсоединен ротор синхронной машины, в зависимости от величины ветровой нагрузки синхронная машина работает в двигательном или генераторном режиме, причем ротор синхронной машины расщеплен на два кольца, внешнее и внутреннее, с расположенными на них магнитопроводом и постоянными магнитами, что позволяет увеличить мощность синхронной машины за счет увеличения магнитного потока синхронной машины, при избытке ветровой нагрузки крутящий момент с вала ветродвигателя через обгонную муфту поступает на ротор асинхронного генератора и ротор синхронной машины, свободно вращающийся относительно неподвижно закрепленного статора синхронной машины, при этом синхронная машина работает в генераторном режиме, излишки энергии, поступающие с ветродвигателя, преобразуются синхронной машиной в электроэнергию и через систему управления, контроллер заряда, накапливаются в аккумуляторной батарее, при этом синхронная машина создает дополнительный тормозной крутящий момент на роторе асинхронного генератора, тем самым стабилизируя обороты вращения ротора асинхронного генератора, стабилизируя напряжение на его статоре, в случае недостатка ветровой нагрузки синхронная машина работает в двигательном режиме, используя энергию, накопленную в аккумуляторной батарее, через инвертор и блок коммутации напряжение подается к обмоткам статора синхронной машины, причем уровень напряжения и тока, подаваемого к обмотке статора синхронной машины формируется системой управления в зависимости от напряжения на статоре асинхронного генератора, создавая при этом дополнительный крутящий момент на роторе асинхронного генератора, что приводит к увеличению напряжения до номинального значения.The novelty of the technical solution is due to the fact that a wind turbine is connected to the through squirrel-cage rotor of the asynchronous generator on the one hand through the overrunning clutch, on the other hand the rotor of the synchronous machine is connected, depending on the magnitude of the wind load, the synchronous machine operates in a motor or generator mode, and the rotor of the synchronous machine is split into two rings, external and internal, with a magnetic circuit and permanent magnets located on them, which makes it possible to increase the power of the synchronous machine by increasing the magnetic flux of the synchronous machine, with an excess of wind load, the torque from the wind turbine shaft through the overrunning clutch enters the rotor of the asynchronous generator and the rotor of the synchronous machine, freely rotating relative to the fixed stator of the synchronous machine, while the synchronous machine operates in generator mode, the excess energy coming from the wind turbine is converted by the synchronous machine into electricity and through the the control system, the charge controller, are accumulated in the battery, while the synchronous machine creates an additional braking torque on the rotor of the asynchronous generator, thereby stabilizing the rotational speed of the rotor of the asynchronous generator, stabilizing the voltage on its stator, in the event of a lack of wind load, the synchronous machine operates in the motor mode, using the energy stored in the battery, through the inverter and the switching unit, the voltage is supplied to the stator windings of the synchronous machine, and the level of voltage and current supplied to the stator winding of the synchronous machine is formed by the control system depending on the voltage on the stator of the asynchronous generator, thus creating additional torque on the rotor of the asynchronous generator, which leads to an increase in voltage to the nominal value.

Проведенный заявителем анализ уровня техники, включающий поиск по патентным научно-техническим источникам информации и выявление источников, содержащих сведения об аналогах заявленного изобретения, позволил установить, что заявителем не обнаружен аналог, характеризующийся признаками, идентичными всем признакам заявленного изобретения, а определение из перечня выявленных аналогов прототипа как наиболее близкого по совокупности признаков аналога позволила выявить совокупность существенных по отношению к усматриваемому заявителем техническому результату отличительных признаков в заявленном объекте, изложенных в формуле изобретения.The analysis of the level of technology carried out by the applicant, including the search for patent scientific and technical sources of information and the identification of sources containing information about analogues of the claimed invention, made it possible to establish that the applicant did not find an analogue characterized by features identical to all the features of the claimed invention, but the definition from the list of identified analogues prototype as the closest in terms of the set of features of the analogue made it possible to identify the set of distinctive features that are essential in relation to the technical result perceived by the applicant in the claimed object, set forth in the claims.

Краткое описание чертежейBrief description of the drawings

На фиг. представлена структурная схема ветроэнергетической установки.In FIG. a block diagram of a wind power plant is presented.

Осуществление изобретенияImplementation of the invention

Ветроэнергетическая установка содержат ветродвигатель 1, соединенный с одной стороны через обгонную муфту 2 с сквозным короткозамкнутым ротором (на фиг. не обозначен) асинхронного генератора 3, с другой стороны ротор (на фиг. не обозначен) асинхронного генератора 3 соединен с ротором 4 синхронной машины 5, причем ротор 4 расщеплен на внешнее кольцо 6 и внутреннее кольцо 7, на которых расположены магнитопровод 8 и постоянные магниты 9, ротор 4 закреплен относительно неподвижного статора 10 при помощи подшипника 11 и ротор 4 свободно вращается относительно статора 10, в статоре 10 расположены обмотки 12, электрически соединенные с системой управления 13, которая соединена с контроллером заряда 14, аккумуляторной батареей 15, инвертором 16, и блоком коммутации 17, контроллер заряда 14 соединен с балластной нагрузкой 18 и аккумуляторной батареей 15, аккумуляторная батарея 15 соединена с инвертором 16, инвертор 16 соединен с блоком коммутации 17, блок коммутации 17 соединен с обмотками 12 синхронной машины 5, статор (на фиг. не обозначен) асинхронного генератора 3 соединен с системой управления 13, батареей пусковых конденсаторов 19 и нагрузкой 20 переменного тока, аккумуляторная батарея 15 соединена с нагрузкой 21 постоянного тока. The wind power plant contains a wind turbine 1, connected on one side through a freewheel 2 with a through squirrel-cage rotor (not shown in the figure) of the asynchronous generator 3, on the other hand, the rotor (not shown in the figure) of the asynchronous generator 3 is connected to the rotor 4 of the synchronous machine 5 , moreover, the rotor 4 is split into an outer ring 6 and an inner ring 7, on which the magnetic circuit 8 and permanent magnets 9 are located, the rotor 4 is fixed relative to the fixed stator 10 by means of a bearing 11 and the rotor 4 rotates freely relative to the stator 10, windings 12 are located in the stator 10 electrically connected to the control system 13, which is connected to the charge controller 14, the battery 15, the inverter 16, and the switching unit 17, the charge controller 14 is connected to the ballast load 18 and the battery 15, the battery 15 is connected to the inverter 16, the inverter 16 connected to the switching unit 17, the switching unit 17 is connected to the windings 12 with synchronous machine 5, the stator (in Fig. not indicated) of the asynchronous generator 3 is connected to the control system 13, the battery of starting capacitors 19 and the load 20 AC, the battery 15 is connected to the load 21 DC.

В качестве ветродвигателя 1 может быть использован любой преобразователь энергии ветра в механическую энергию, асинхронный генератор с короткозамкнутым ротором 3 стандартной конструкции. Синхронная машина 5 может работать как в двигательном, так и в генераторном режимах. Конструкция синхронной машины 5 представлена в патенте на изобретение № 2642442.As a wind turbine 1 can be used any converter of wind energy into mechanical energy, an asynchronous generator with a squirrel-cage rotor 3 of standard design. Synchronous machine 5 can operate in both motor and generator modes. The design of the synchronous machine 5 is presented in the patent for invention No. 2642442.

Ветроэнергетическая установка работает следующим образом.Wind power plant works as follows.

Вращающий момент от ветродвигателя 1 через обгонную муфту 2 поступает на сквозной короткозамкнутый ротор (на фиг. не обозначен) асинхронного генератора 3 и ротор 4 синхронной машины 5. Для возбуждения асинхронного генератора к статору (на фиг. не обозначен) асинхронного генератора 3 подключена батарея пусковых конденсаторов 19. Напряжение со статора (на фиг. не обозначен) асинхронного генератора 3 подается к нагрузке 20. The torque from the wind turbine 1 through the overrunning clutch 2 is supplied to the through squirrel-cage rotor (not indicated in the figure) of the asynchronous generator 3 and the rotor 4 of the synchronous machine 5. To excite the asynchronous generator, a starting battery is connected to the stator (not indicated in the figure) of the asynchronous generator 3. capacitors 19. The voltage from the stator (not indicated in the figure) of the asynchronous generator 3 is supplied to the load 20.

Электроснабжение нагрузки 21 постоянного тока осуществляется от аккумуляторной батареи 15 при любом режиме работы ветроэнергетической установки.The power supply of the load 21 DC is carried out from the battery 15 in any mode of operation of the wind turbine.

При избытке ветровой нагрузки обороты ротора (на фиг. не обозначен) асинхронного генератора 3 возрастают, что приводит к увеличению уровня напряжения на его статоре (на фиг. не обозначен). При этом сигнал об уровне напряжения на статоре (на фиг. не обозначен) асинхронного генератора 3 поступает в систему управления 13. Так как ротор (на фиг. не обозначен) асинхронного генератора 3 непосредственно соединен с ротором 4 синхронной машины 5, то механический момент с ветродвигателя 1 передается на ротор 4 синхронной машины 5, вследствие вращения ротора 4 синхронной машины 5 на обмотке 12 статора 10 синхронной машины 5 индуцируется напряжение, подаваемое в систему управления 13, при этом синхронная машина 5 работает в генераторном режиме. Синхронная машина 5, работающая в генераторном режиме, создает на роторе (на фиг. не обозначен) асинхронного генератора 3 дополнительный тормозной момент, что ведет к снижению угловой скорости вращения ротора (на фиг. не обозначен) асинхронного генератора 3, уменьшению напряжения на статоре (на фиг. не обозначен) асинхронного генератора 3 до номинального значения. Вырабатываемая электроэнергия синхронной машиной 5, работающей в генераторном режиме, через систему управления 13 и контроллер заряда 14 накапливается в аккумулятор батарее 15. Если аккумуляторная батарея 15 полностью заряжена, то излишки энергии поступают с контроллера заряда 14 на балластную нагрузку 18.With an excess of wind load, the rotor speed (not shown in the figure) of the asynchronous generator 3 increases, which leads to an increase in the voltage level on its stator (not shown in the figure). In this case, the signal about the voltage level on the stator (not shown in the figure) of the asynchronous generator 3 enters the control system 13. Since the rotor (not shown in the figure) of the asynchronous generator 3 is directly connected to the rotor 4 of the synchronous machine 5, the mechanical torque wind turbine 1 is transmitted to the rotor 4 of the synchronous machine 5, due to the rotation of the rotor 4 of the synchronous machine 5 on the winding 12 of the stator 10 of the synchronous machine 5, the voltage supplied to the control system 13 is induced, while the synchronous machine 5 operates in generator mode. The synchronous machine 5, operating in the generator mode, creates an additional braking torque on the rotor (not indicated in the figure) of the asynchronous generator 3, which leads to a decrease in the angular velocity of rotation of the rotor (not indicated in the figure) of the asynchronous generator 3, a decrease in the voltage on the stator ( Fig. not marked) asynchronous generator 3 to the nominal value. The electricity generated by the synchronous machine 5 operating in the generator mode is accumulated in the battery 15 through the control system 13 and the charge controller 14. If the battery 15 is fully charged, then the excess energy is supplied from the charge controller 14 to the ballast load 18.

При недостатке ветровой нагрузки обороты ротора (на фиг. не обозначен) асинхронного генератора 3 недостаточны для генерирования напряжения необходимого уровня на статоре (на фиг. не обозначен) асинхронного генератора 3. Сигнал об уровне напряжения на статоре (на фиг. не обозначен) асинхронного генератора 3 поступает в систему управления 13. Так как напряжения на статоре (на фиг. не обозначен) асинхронного генератора 3 ниже необходимого уровня, то система управления 13 подает управляющий сигнал на инвертор 16 и блок коммутации 17, в результате чего электроэнергия с аккумуляторной батареи 15 через инвертор 16 и блок коммутации 17 поступает на обмотку 12 статора 10 синхронной машины 5. Синхронная машина 5 работает в двигательном режиме, создавая на роторе (на фиг. не обозначен) асинхронного генератора 3 дополнительный крутящий момент, так как ротор (на фиг. не обозначен) асинхронного генератора 3 и ротор 4 синхронной машины 5 механически соединены. Обороты ротора (на фиг. не обозначен) асинхронного генератора 3 увеличиваются, что влечет увеличения уровня напряжения на статоре (на фиг. не обозначен) асинхронного генератора 3 до необходимого уровня.With a lack of wind load, the rotor speed (not indicated in the figure) of the asynchronous generator 3 is insufficient to generate the voltage of the required level on the stator (not indicated in the figure) of the asynchronous generator 3. Signal about the voltage level on the stator (not indicated in the figure) of the asynchronous generator 3 enters the control system 13. Since the voltage on the stator (not shown in the figure) of the asynchronous generator 3 is below the required level, the control system 13 sends a control signal to the inverter 16 and the switching unit 17, resulting in electricity from the battery 15 through the inverter 16 and the switching unit 17 are fed to the winding 12 of the stator 10 of the synchronous machine 5. The synchronous machine 5 operates in motor mode, creating an additional torque on the rotor (not indicated in Fig.) of the asynchronous generator 3, since the rotor (not indicated in Fig. ) of the asynchronous generator 3 and the rotor 4 of the synchronous machine 5 are mechanically connected. The speed of the rotor (not shown in the figure) of the asynchronous generator 3 increases, which leads to an increase in the voltage level on the stator (not shown in the figure) of the asynchronous generator 3 to the required level.

В случае отсутствия ветровой нагрузки поступления механической энергии от ветродвигателя 1 нет. Напряжение на статоре (на фиг. не обозначен) асинхронного генератора 3 ровно нулю, сигнал об уровне напряжения на статоре (на фиг. не обозначен) асинхронного генератора 3 подается в систему управления 13. Сигнал от системы управления 13 подается на инвертор 16 и блок коммутации 17, в результате чего электрическая энергия с аккумуляторной батареи 15 через инвертор 16 и блок коммутации 17 поступает на обмотку 12 синхронной машины 5. Синхронная машина 5 работает в двигательном режиме и создает на роторе 4 синхронной машины 5 крутящий момент, передающийся на ротор (на фиг. не обозначен) асинхронного генератора 3, в результате чего на статоре (на фиг. не обозначен) асинхронного генератора 3 появляется напряжение необходимого уровня для электроснабжения нагрузки 20. In the absence of wind load, there is no mechanical energy from the wind turbine 1. The voltage on the stator (not shown in the figure) of the asynchronous generator 3 is exactly zero, the signal about the voltage level on the stator (not shown in the figure) of the asynchronous generator 3 is fed to the control system 13. The signal from the control system 13 is fed to the inverter 16 and the switching unit 17, as a result of which the electric energy from the battery 15 through the inverter 16 and the switching unit 17 is supplied to the winding 12 of the synchronous machine 5. The synchronous machine 5 operates in motor mode and creates a torque on the rotor 4 of the synchronous machine 5, which is transmitted to the rotor (in Fig. . not indicated) of the asynchronous generator 3, as a result of which the voltage of the required level appears on the stator (not indicated in the figure) of the asynchronous generator 3 to power the load 20.

Исходя из вышеизложенного достигается уменьшение стоимости и металлоемкости ветроэнергетической установки, стабилизация выходных параметров асинхронного генератора с короткозамкнутым ротором, повышение надежности, упрощение обслуживания и ремонта элементов системы, повышение коэффициента использования ветрового потока. Based on the foregoing, a reduction in the cost and metal consumption of a wind power plant, stabilization of the output parameters of an asynchronous generator with a squirrel-cage rotor, an increase in reliability, simplification of maintenance and repair of system elements, and an increase in the utilization rate of the wind flow are achieved.

Claims (1)

Ветроэнергетическая установка, содержащая ветродвигатель, аккумуляторную батарею, систему управления, отличающаяся тем, что ветродвигатель соединён с обгонной муфтой, которая соединена с ротором асинхронного генератора, ротор асинхронного генератора и ротор синхронной машины механически соединены, ротор синхронной машины расщеплен на два кольца, на которых расположены магнитопровод и постоянные магниты, ротор синхронной машины свободно вращается относительно неподвижного статора синхронной машины благодаря подшипнику, в зависимости от уровня напряжения на статоре асинхронного генератора синхронная машина работает либо в двигательном режиме, тем самым добавляя крутящий момент на роторе асинхронного генератора, либо в генераторном режиме, добавляя момент сопротивления на ротор асинхронного генератора, что приводит к стабилизации напряжения на статоре асинхронного генератора, к статору асинхронной машины электрически подключены батарея пусковых конденсаторов и потребители переменного тока, обмотки статора асинхронного генератора электрически соединены с системой управления, которая соединена с контроллером заряда, аккумуляторной батареей, инвертором, блоком коммутации, обмотками статора синхронной машины, контроллер заряда соединен с балластной нагрузкой и аккумуляторной батареей, аккумуляторная батарея соединена с потребителями постоянного тока, инвертором, инвертор соединен с блоком коммутации, который электрически соединен с обмоткой статора синхронной машины.A wind power plant containing a wind turbine, a battery, a control system, characterized in that the wind turbine is connected to an overrunning clutch, which is connected to the rotor of the asynchronous generator, the rotor of the asynchronous generator and the rotor of the synchronous machine are mechanically connected, the rotor of the synchronous machine is split into two rings, on which magnetic circuit and permanent magnets, the rotor of the synchronous machine rotates freely relative to the stationary stator of the synchronous machine due to the bearing, depending on the voltage level on the stator of the asynchronous generator, the synchronous machine operates either in motor mode, thereby adding torque to the rotor of the asynchronous generator, or in generator mode, adding a moment of resistance to the rotor of the asynchronous generator, which leads to voltage stabilization on the stator of the asynchronous generator, a battery of starting capacitors and AC consumers are electrically connected to the stator of the asynchronous machine , the stator windings of the asynchronous generator are electrically connected to the control system, which is connected to the charge controller, the battery, the inverter, the switching unit, the stator windings of the synchronous machine, the charge controller is connected to the ballast load and the battery, the battery is connected to DC consumers, the inverter, the inverter is connected to a switching unit, which is electrically connected to the stator winding of the synchronous machine.
RU2021129906A 2021-10-14 2021-10-14 Wind power plant RU2770526C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2021129906A RU2770526C1 (en) 2021-10-14 2021-10-14 Wind power plant

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2021129906A RU2770526C1 (en) 2021-10-14 2021-10-14 Wind power plant

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2770526C1 true RU2770526C1 (en) 2022-04-18

Family

ID=81255447

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2021129906A RU2770526C1 (en) 2021-10-14 2021-10-14 Wind power plant

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2770526C1 (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN117382889A (en) * 2023-12-12 2024-01-12 中国航空工业集团公司金城南京机电液压工程研究中心 Power system of high-speed aircraft and transition stage mode switching method thereof

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2139444C1 (en) * 1998-06-15 1999-10-10 Открытое акционерное общество "Звезда" Off-line windmill and diesel-electric generating plant
US20080093854A1 (en) * 2002-07-17 2008-04-24 Andreas Bucker Method for Operating a Wind Power Plant and Method for Operating It
RU2382900C1 (en) * 2009-02-13 2010-02-27 Федеральное государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Челябинский государственный агроинженерный университет" System for autonomous power supply of loads
CN102985686A (en) * 2010-11-30 2013-03-20 三菱重工业株式会社 Power generating apparatus of renewable energy type and operation method thereof
RU2642442C1 (en) * 2016-12-30 2018-01-25 федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Ставропольский государственный аграрный университет" Synchronous generator with two-circuit magnetic system

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2139444C1 (en) * 1998-06-15 1999-10-10 Открытое акционерное общество "Звезда" Off-line windmill and diesel-electric generating plant
US20080093854A1 (en) * 2002-07-17 2008-04-24 Andreas Bucker Method for Operating a Wind Power Plant and Method for Operating It
RU2382900C1 (en) * 2009-02-13 2010-02-27 Федеральное государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Челябинский государственный агроинженерный университет" System for autonomous power supply of loads
CN102985686A (en) * 2010-11-30 2013-03-20 三菱重工业株式会社 Power generating apparatus of renewable energy type and operation method thereof
RU2642442C1 (en) * 2016-12-30 2018-01-25 федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Ставропольский государственный аграрный университет" Synchronous generator with two-circuit magnetic system

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN117382889A (en) * 2023-12-12 2024-01-12 中国航空工业集团公司金城南京机电液压工程研究中心 Power system of high-speed aircraft and transition stage mode switching method thereof
CN117382889B (en) * 2023-12-12 2024-02-09 中国航空工业集团公司金城南京机电液压工程研究中心 Power system of high-speed aircraft and transition stage mode switching method thereof

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US20240204706A1 (en) Variable torque motor/generator/transmission
US9647582B2 (en) Induction motor-permanent magnet generator tandem configuration starter-generator for hybrid vehicles
EP3068033A1 (en) Control of hybrid permanent magnet machine with rotating power converter and energy source
US11050373B2 (en) Rotary electric system
US7990115B2 (en) High frequency generator without rotating diode rectifier
RU2770526C1 (en) Wind power plant
RU2509002C2 (en) Electric transmission of ac traction vehicle power
RU159413U1 (en) WIND POWER PLANT
JP4950162B2 (en) Vehicle power supply
Sharma et al. Optimized motor selection for various hybrid and electric vehicles
RU2615564C1 (en) Wind turbine plant
RU185883U1 (en) Wind power plant
RU2802054C1 (en) Autonomous power supply system
RU2562811C2 (en) Electrical machine and actuation of this electrical machine
RU2680642C1 (en) Wind and sun plant of autonomous power supply
RU2304836C1 (en) No-break power supply designed for loads of power system built around unstable energy sources
RU113615U1 (en) AUTONOMOUS UNINTERRUPTED POWER SUPPLY SYSTEM USING A RENEWABLE ENERGY SOURCE
US20210296967A1 (en) Motor-Alternator with Simultaneously-Operating Multiple Electric Motors
JP2009136106A (en) Rectifier circuit for wind power generator
JP5340357B2 (en) Power system
RU63464U1 (en) AUTONOMOUS POWER SUPPLY SYSTEM
JP5555125B2 (en) Power generation system
RU117119U1 (en) POWER INSTALLATION OF A LOCOMOTIVE WITH A COMBINED ELECTRIC POWER STORAGE
WO2014016728A2 (en) Induction motor-permanent magnet generator tandem configuration starter-generator for hybrid vehicles
Reshetnikov Modeling of integrated starter-generator