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

WO2018111128A1 - Способ регулирования отбора мощности ветродвигателя - Google Patents

Способ регулирования отбора мощности ветродвигателя Download PDF

Info

Publication number
WO2018111128A1
WO2018111128A1 PCT/RU2016/000868 RU2016000868W WO2018111128A1 WO 2018111128 A1 WO2018111128 A1 WO 2018111128A1 RU 2016000868 W RU2016000868 W RU 2016000868W WO 2018111128 A1 WO2018111128 A1 WO 2018111128A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
wind
value
wind turbine
power
speed
Prior art date
Application number
PCT/RU2016/000868
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Владимир Геннадьевич МАСОЛОВ
Валерий Сергеевич БЕРЕЗИН
Анатолий Леонидович ЛОГИНОВ
Иван Георгиевич ПОЛЕТАЕВ
Андрей Геннадьевич МАСОЛОВ
Иван Александрович ФАДЕЕВ
Андрей Викторович ХУДОНОГОВ
Original Assignee
Общество С Ограниченной Ответственностью "Вдм-Техника"
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 Общество С Ограниченной Ответственностью "Вдм-Техника" filed Critical Общество С Ограниченной Ответственностью "Вдм-Техника"
Priority to PCT/RU2016/000868 priority Critical patent/WO2018111128A1/ru
Priority to JP2019552442A priority patent/JP2020502989A/ja
Priority to EP16919587.2A priority patent/EP3382198A4/en
Priority to CN201680043768.4A priority patent/CN108474349B/zh
Priority to BR112018012666-7A priority patent/BR112018012666A2/pt
Priority to CA3000240A priority patent/CA3000240A1/en
Priority to EA201890021A priority patent/EA038900B1/ru
Priority to KR1020187002037A priority patent/KR102050174B1/ko
Priority to US15/944,896 priority patent/US20180226908A1/en
Publication of WO2018111128A1 publication Critical patent/WO2018111128A1/ru

Links

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
    • F03D7/0264—Controlling wind motors  the wind motors having rotation axis substantially parallel to the air flow entering the rotor for stopping; controlling in emergency situations
    • 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
    • F03D7/0272—Controlling wind motors  the wind motors having rotation axis substantially parallel to the air flow entering the rotor by measures acting on the electrical generator
    • 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
    • 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
    • F03D7/043—Automatic control; Regulation by means of an electrical or electronic controller characterised by the type of control logic
    • F03D7/044—Automatic control; Regulation by means of an electrical or electronic controller characterised by the type of control logic with PID control
    • 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
    • F03D80/00—Details, components or accessories not provided for in groups F03D1/00 - F03D17/00
    • F03D80/002—Micro-siting, i.e. process through which the specific location or arrangement of wind turbine is determined
    • 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
    • F03D9/20—Wind motors characterised by the driven apparatus
    • F03D9/25—Wind motors characterised by the driven apparatus the apparatus being an electrical generator
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K11/00—Structural association of dynamo-electric machines with electric components or with devices for shielding, monitoring or protection
    • H02K11/20—Structural association of dynamo-electric machines with electric components or with devices for shielding, monitoring or protection for measuring, monitoring, testing, protecting or switching
    • H02K11/21—Devices for sensing speed or position, or actuated thereby
    • H02K11/215—Magnetic effect devices, e.g. Hall-effect or magneto-resistive elements
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K21/00—Synchronous motors having permanent magnets; Synchronous generators having permanent magnets
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K21/00—Synchronous motors having permanent magnets; Synchronous generators having permanent magnets
    • H02K21/12—Synchronous motors having permanent magnets; Synchronous generators having permanent magnets with stationary armatures and rotating magnets
    • H02K21/14—Synchronous motors having permanent magnets; Synchronous generators having permanent magnets with stationary armatures and rotating magnets with magnets rotating within the armatures
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02P—CONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
    • H02P21/00—Arrangements or methods for the control of electric machines by vector control, e.g. by control of field orientation
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02P—CONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
    • H02P9/00—Arrangements for controlling electric generators for the purpose of obtaining a desired output
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02P—CONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
    • H02P9/00—Arrangements for controlling electric generators for the purpose of obtaining a desired output
    • H02P9/006—Means for protecting the generator by using control
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02P—CONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
    • H02P9/00—Arrangements for controlling electric generators for the purpose of obtaining a desired output
    • H02P9/009—Circuit arrangements for detecting rotor position
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02P—CONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
    • H02P9/00—Arrangements for controlling electric generators for the purpose of obtaining a desired output
    • H02P9/06—Control effected upon clutch or other mechanical power transmission means and dependent upon electric output value of the generator
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02P—CONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
    • H02P9/00—Arrangements for controlling electric generators for the purpose of obtaining a desired output
    • H02P9/08—Control of generator circuit during starting or stopping of driving means, e.g. for initiating excitation
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02P—CONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
    • H02P9/00—Arrangements for controlling electric generators for the purpose of obtaining a desired output
    • H02P9/10—Control effected upon generator excitation circuit to reduce harmful effects of overloads or transients, e.g. sudden application of load, sudden removal of load, sudden change of load
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02P—CONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
    • H02P9/00—Arrangements for controlling electric generators for the purpose of obtaining a desired output
    • H02P9/10—Control effected upon generator excitation circuit to reduce harmful effects of overloads or transients, e.g. sudden application of load, sudden removal of load, sudden change of load
    • H02P9/105—Control effected upon generator excitation circuit to reduce harmful effects of overloads or transients, e.g. sudden application of load, sudden removal of load, sudden change of load for increasing the stability
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02P—CONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
    • H02P9/00—Arrangements for controlling electric generators for the purpose of obtaining a desired output
    • H02P9/10—Control effected upon generator excitation circuit to reduce harmful effects of overloads or transients, e.g. sudden application of load, sudden removal of load, sudden change of load
    • H02P9/107—Control effected upon generator excitation circuit to reduce harmful effects of overloads or transients, e.g. sudden application of load, sudden removal of load, sudden change of load for limiting effects of overloads
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05B—INDEXING SCHEME RELATING TO WIND, SPRING, WEIGHT, INERTIA OR LIKE MOTORS, TO MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS COVERED BY SUBCLASSES F03B, F03D AND F03G
    • F05B2220/00—Application
    • F05B2220/70—Application in combination with
    • F05B2220/706—Application in combination with an electrical generator
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05B—INDEXING SCHEME RELATING TO WIND, SPRING, WEIGHT, INERTIA OR LIKE MOTORS, TO MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS COVERED BY SUBCLASSES F03B, F03D AND F03G
    • F05B2270/00—Control
    • F05B2270/10—Purpose of the control system
    • F05B2270/103—Purpose of the control system to affect the output of the engine
    • F05B2270/1032—Torque
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05B—INDEXING SCHEME RELATING TO WIND, SPRING, WEIGHT, INERTIA OR LIKE MOTORS, TO MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS COVERED BY SUBCLASSES F03B, F03D AND F03G
    • F05B2270/00—Control
    • F05B2270/10—Purpose of the control system
    • F05B2270/103—Purpose of the control system to affect the output of the engine
    • F05B2270/1033—Power (if explicitly mentioned)
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05B—INDEXING SCHEME RELATING TO WIND, SPRING, WEIGHT, INERTIA OR LIKE MOTORS, TO MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS COVERED BY SUBCLASSES F03B, F03D AND F03G
    • F05B2270/00—Control
    • F05B2270/10—Purpose of the control system
    • F05B2270/20—Purpose of the control system to optimise the performance of a machine
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K16/00—Machines with more than one rotor or stator
    • H02K16/02—Machines with one stator and two or more rotors
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K7/00—Arrangements for handling mechanical energy structurally associated with dynamo-electric machines, e.g. structural association with mechanical driving motors or auxiliary dynamo-electric machines
    • H02K7/18—Structural association of electric generators with mechanical driving motors, e.g. with turbines
    • H02K7/1807—Rotary generators
    • H02K7/1823—Rotary generators structurally associated with turbines or similar engines
    • H02K7/183—Rotary generators structurally associated with turbines or similar engines wherein the turbine is a wind turbine
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02P—CONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
    • H02P2101/00—Special adaptation of control arrangements for generators
    • H02P2101/15—Special adaptation of control arrangements for generators for wind-driven turbines
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02P—CONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
    • H02P2103/00—Controlling arrangements characterised by the type of generator
    • H02P2103/20—Controlling arrangements characterised by the type of generator of the synchronous type
    • 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

Definitions

  • the invention relates to wind energy and can be used to create and modify wind power plants (wind turbines) in order to increase their efficiency.
  • US4695736 presents a control method and a wind turbine structure that implements it.
  • the method is based on torque control in accordance with a graph that determines the speed of the generator relative to the measured generated power in order to increase the efficiency of the wind installation.
  • a current (torque) task is generated in the direction of decreasing the speed.
  • the power will correspond to a higher rotational speed, and the wind turbine will accelerate.
  • the disadvantage of this method is the need to use a predefined schedule, a priori different from the actual performance of the wind turbine.
  • the objective of the invention is to increase the efficiency of wind turbines in a wide range of wind conditions, including at low values of average annual wind speed (3-6 m / s).
  • the technical result of the claimed invention is to increase the conversion coefficient of wind energy in the entire range of operating speeds of wind turbines.
  • the technical result of the claimed invention is achieved due to the fact that the method of controlling the power take-off of the wind turbine, including controlling the speed of the wind turbine in the entire range of operating wind speeds in accordance with the algorithm for finding the optimal rotational speed, which estimates the change in the generated energy over a given time interval when the rotational speed changes and sets the new value of the rotation speed based on the obtained values, and when the wind speed is higher than the calculated one, respectively at the rated power value, it provides stabilization of the electromagnetic moment on the shaft of a synchronous electric generator, while controlling the rotational speed over the entire range of operating wind speeds is carried out by a wind turbine power take-off system consisting of a permanent magnet synchronous electric generator mounted on the same shaft as the wind turbine; own power supply of electronic devices connected directly to the output of an electric machine; an active rectifier with a sensorless vector control implemented by a microprocessor programmable controller that provides the ability to
  • a ballast load with PWM switching is provided, which allows you to smoothly control the power removed by the BN and reduce the voltage across the capacitor to an acceptable level without interrupting the operation of the power supply and energy transfer to the consumer.
  • the synchronous electric generator (4) has a disk design with permanent magnets with axial magnetization, consisting of a rotor with two coaxial disks located on both sides of the stator and rigidly connected to each other, which allows better use of the active the volume of the toroidal stator, reduce the reaction of the armature and the path of the magnetic flux, thereby reducing specific losses, and also improve the manufacturability of synchronous about an electric generator, to simplify docking with a wind turbine, while using a stator-less ring annular magnetic circuit allows to reduce the moment of static resistance of a synchronous electric generator and to reduce the time of wind turbine breakdown.
  • an adjustable wind turbine power take-off system consisting of a synchronous permanent magnet electric generator, an active rectifier with a microprocessor controller, a power supply unit, a braking system, a ballast load and a step-down converter.
  • a control method is implemented that provides an increase in the coefficient of conversion of wind energy over the entire range of operating speeds and stabilizes the electromagnetic moment on the generator shaft when the wind speed is higher than the calculated one, corresponding to the rated power value.
  • the control method is based on controlling the speed of the wind turbine in accordance with the algorithm for finding the optimal speed, which evaluates the change in the generated energy at a given time interval and sets the new speed value.
  • FIG. 1 General structure of a wind turbine
  • FIG. 2 Structure of a power take-off system of a wind turbine
  • the numbers indicate the following positions: 1 - wind turbine; 2 - power take-off system; 3 - consumer of generated electricity: 4 - synchronous electric generator; 5 - power supply; 6 - microprocessor controller; 7 - braking system; 8 - active rectifier; 9 - ballast load; 10 - step-down converter; positions 11-19 indicate the blocks of the operation algorithm of the wind turbine power take-off control system; positions 20 - 22 - blocks of the functional diagram of the speed controller; positions 23-29 - blocks of the functional diagram of the control of the active rectifier.
  • Figure 1 shows the general structure of a wind power installation consisting of a wind turbine (1) connected to a power take-off control system (2), which transfers the generated electricity to the consumer (3).
  • the wind turbine (1) creates a torque M in on the shaft in accordance with its characteristics and the characteristics of the wind flow.
  • the wind turbine power take-off system (2) generates an electromagnetic moment M e on the shaft, converting the mechanical energy of the wind turbine (1) into electricity of the voltage U n and current ⁇ ⁇ required for the consumer (3).
  • a battery of a given voltage or a network inverter can be considered.
  • FIG. 2 shows the structure of the wind turbine (VD) power take-off system, consisting of a synchronous electric generator (SG) (4) mounted on the same shaft as the VD with a power supply unit (PS) connected at the SG output (5).
  • the microprocessor controller (MPC) (6) controls the operation of the braking system (ST) connected to the windings of the SG (7); the operation of an active rectifier (AB) (8) with phase current sensors connected to the input C A ,
  • the wind turbine power take-off system includes power, measuring and control devices, the main purpose of which is to control the rotational speed of the wind turbine in accordance with the algorithm for finding the optimal rotational speed, which estimates the change in the generated energy and sets a new value for the rotational speed.
  • the microprocessor programmable controller implements vector control of the active rectifier, generating pulse-width modulated (PWM) signals PWM1 in accordance with the value of the rotation angle a of the rotor of the synchronous electric generator.
  • PWM pulse-width modulated
  • a power supply connected directly to the output of a synchronous electric generator provides low-voltage power to electronic devices.
  • the braking system makes a step-by-step stop of the synchronous electric generator upon the command of the microprocessor programmable controller when the threshold voltage value U m is exceeded or the wind turbine emergency stops in case of failure of one of the devices of the HP power take-off system.
  • the step-down converter maintains the voltage in the DC link on the capacitor C 0 between the active rectifier and the step-down converter in a given range of values of U m according to the readings of the voltage sensor ⁇ due to the regulation of current /
  • Ballast load with a capacity of not less than the rated power of a synchronous electric generator, under the control of a microprocessor programmable controller, removes excess electricity in case of exceeding the specified value of C p .
  • the claimed method of regulating the power take-off of a wind turbine provides an increase in the coefficient of conversion of wind energy in the entire range of wind turbine operating speeds and stabilizes the electromagnetic moment on the generator shaft at a wind speed higher than the calculated one corresponding to the rated power value.
  • the control method is based on controlling the speed of the wind turbine in accordance with the algorithm for finding the optimal speed, which evaluates the change in the generated energy at a given time interval and sets the new speed value.
  • the power take-off system implements three main operating modes:
  • the IPC is switched SG windings.
  • in-phase sinusoidal emf with a predetermined amplitude currents in the generator phases, / A, / B, / s, that minimizes the losses in the windings and forming SG optimum speed shaft SG according to the developed algorithm.
  • the phase and sinusoidal currents are provided by vector control.
  • An active rectifier converts the EMF of the SG and alternating phase currents / A , / v , / s into a constant output current / in with a voltage U in on the capacitor C 0 .
  • PWM signals PWM3 and PWM2 with IPC with BN connection PWM signals PWM3 and PWM2 with IPC with BN connection.
  • the VD creates a torque on the shaft M in exceeding the nominal value of the electromagnetic moment M e of a synchronous electric generator.
  • the rotational speed of the SG becomes higher than the nominal one and the AB starts to work in the diode bridge mode. In this case, the amount of electric power coming from the AV output exceeds the nominal value and the PP is not able to stabilize the voltage U in on the capacitor C 0
  • the PWM2 PWM signal is generated by the MPC, which connects the ballast load and, according to the testimony of DT1, generates a current l in at the AV output, which creates a nominal electromagnetic moment M e - In case the created moment
  • M e exceeds M in acting on the shaft of the SG and VD, the speed decreases and the wind turbine goes into operation mode 1. If the created moment e is not enough for braking the SG, the rotation frequency of the SG increases, the EMF of the SG increases and, according to the readings of the MP, the MPC transmits signal s1 to the ST, after which the ST produces stepwise braking of the SG and VD.
  • the formation of currents AB and the charging of the capacitor C 0 are stopped, while the PP continues to generate electricity, which leads to a decrease in the voltage p by the DN below the specified value.
  • the windings of the synchronous generator remain shorted until the voltage drops below the set value, after which the wind turbine goes into operating mode 2 with a ballast load.
  • Fig.3 presents an algorithm for finding the optimal rotational speed of a wind turbine.
  • the algorithm is based on the search for the optimal speed by changing the average value of the generated energy over a given time interval.
  • Block (11) sets the initial parameters: E p - total
  • Block (12) "Energy” obtained at the last iteration of the cycle, m> pL is the set speed at the last iteration of the cycle, w req is the set speed at this iteration of the cycle, k is the number of passes of the cycle.
  • Block (12) the number of passes with a given limit value is compared.
  • Block (13) sets the time delay per cycle.
  • Block (14) gives q values of the components by voltage U q and current I q .
  • Block (15) adds to the value of the total “energy” E nievalue at a given iteration of the cycle.
  • Block (16) increases the counter of passes and when the limit value is reached, block (17) is executed, which compares the product of the change in “energy” and speed between the past and the current iteration with zero.
  • a value greater than zero means that the speed has increased and the value of "energy” has increased, or the speed decreased and the value of “energy” also decreased, therefore, it is necessary to increase the frequency of rotation, which is performed by block (18).
  • a value less than zero means that the rotational speed has decreased, and the “energy” value has increased, or the rotational speed has increased, and the “energy” value has decreased, therefore, it is necessary to reduce the rotational speed of the wind turbine, which is performed by block (19).
  • FIG. 4 shows a functional diagram of the speed controller.
  • the vector control scheme is implemented.
  • the adder (20) calculates the difference between the set value of the rotational speed w req and the actual w rot , the difference value is sent to the block (21), which is a PI controller.
  • Block (22) provides a limitation of the task of the current l q req in the range from zero to the nominal value of the electric machine, in order to avoid putting it into motor mode and not exceed the permissible current value.
  • FIG. 5 shows the functional diagram of the control of the active rectifier.
  • the values of the measured phase currents arrive at the block (23) that implements the Park-Clark transform.
  • the obtained values of the d - q components are sent to blocks (24) and (25), in which the set values are subtracted from the actual values and converted by the PID controllers (26) and (27).
  • the reference values for each phase are restored and based on them, in block (29), control pulses are generated that arrive at the active rectifier.
  • the phase voltages U A ⁇ l U B are determined, which are supplied to the rotor angle calculation unit (30).
  • the angle value is supplied to the integrator (31) and is set as the initial value of the angle of rotation of the rotor, based on which the transformations are performed in blocks (23) and (28).

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (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)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Control Of Eletrric Generators (AREA)
  • Wind Motors (AREA)

Abstract

Изобретение относится к ветроэнергетике и может быть использовано для создания и модификации ветроэнергетических установок с целью повышения эффективности их работы в широком диапазоне ветровых режимов, в том числе при низких значениях среднегодовой скорости ветра (3-6 м/с). Управление ветроэнергетической установкой осуществляется при помощи регулируемой системы отбора мощности ветродвигателя, состоящей из синхронного электрического генератора на постоянных магнитах, активного выпрямителя с микропроцессорным контроллером, блока питания, системы торможения, балластной нагрузки и понижающего преобразователя. Для данной структуры ВЭУ реализован способ регулирования, обеспечивающий повышение коэффициента преобразования энергии ветра во всем диапазоне рабочих скоростей и стабилизирующий электромагнитный момент на валу генератора при скорости ветра выше расчетной, соответствующей номинальному значению мощности. Способ регулирования основан на управлении частотой вращения ветродвигателя в соответствии с алгоритмом поиска оптимальной частоты вращения, который оценивает изменение вырабатываемой энергии на заданном интервале времени и производит задание нового значения частоты вращения.

Description

Способ регулирования отбора мощности ветродвигателя
Область техники, к которой относится изобретение
Изобретение относится к ветроэнергетике и может быть использовано для создания и модификации ветроэнергетических установок (ВЭУ) с целью повышения эффективности их работы.
Уровень техники
В документе US4525633 представлен метод управления и устройство его реализующее. В основе метода лежит выход на оптимальное соотношение частоты вращения и скорости ветра при помощи датчика скорости ветра и системы преобразования энергии ветровой установки. Недостатком данной конструкции является необходимость применения датчика скорости ветра, который либо не обладает достаточной точностью, либо имеет высокую стоимость, при этом является дополнительным источником возможных неисправностей.
В документе US4695736 представлен метод управления и реализующая его структура ВЭУ В основе метода лежит регулирование крутящего момента в соответствии с графиком, определяющим скорость генератора по отношению к измеренной генерируемой мощности, с целью повышения эффективности ветровой установки. Таким образом, если оптимальная частота вращения лежит ниже фактической, то частота, соответствующая мощности, будет ниже фактической и формируется задание по току (моменту) в сторону снижения частоты вращения. При оптимальной частоте выше фактической, мощность будет соответствовать большей частоте вращения, и ветродвигатель будет разгоняться. Недостатком данного метода является необходимость использования предварительно заданного графика, априори отличающегося от фактической характеристики работы ветровой установки.
Наиболее близким к заявленному техническому решению является патент US8242620, который описывает структуру ветроэнергетической установки, предусматривающей использование активного выпрямителя с возможностью регулирования частоты вращения в заданном диапазоне за счёт формирования задания по току. Это позволяет стабилизировать частоту вращения и обеспечить эффективную работу ВЭУ при определенных скоростях ветра, соответствующих частоте вращения ветродвигателя. Недостатком прототипа является низкая эффективность работы ВЭУ в широком диапазоне ветровых режимов.
Сущность изобретения
Задачей данного изобретения является повышение эффективности работы ВЭУ в широком диапазоне ветровых режимов, в том числе при низких значениях среднегодовой скорости ветра (3-6 м/с).
Технический результат заявленного изобретения заключается в повышении коэффициента преобразования энергии ветра во всем диапазоне рабочих скоростей ВЭУ. Технический результат заявленного изобретения достигается за счет того, что способ регулирования отбора мощности ветродвигателя, включающий управление частотой вращения ветродвигателя во всем диапазоне рабочих скоростей ветра в соответствии с алгоритмом поиска оптимальной частоты вращения, который оценивает изменение вырабатываемой энергии на заданном интервале времени при изменении частоты вращения и производит задание нового значения частоты вращения на основе полученных значений, а при скорости ветра выше расчетной, соответствующей номинальному значению мощности, обеспечивает стабилизацию электромагнитного момента на валу синхронного электрического генератора, при этом управление частотой вращения во всем диапазоне рабочих скоростей ветра осуществляют системой отбора мощности ветродвигателя, состоящей из синхронного электрического генератора на постоянных магнитах, установленного на одном валу с ветродвигателем; собственного блока питания электронных устройств, подключённого непосредственно к выходу электрической машины; активного выпрямителя с бездатчиковым векторным управлением, реализуемым микропроцессорным программируемым контроллером, обеспечивающих возможность задания электромагнитного момента путем формирования синусоидальных синфазных с ЭДС токов заданной амплитуды в фазных обмотках генератора и преобразующих их на выходе активного выпрямителя в ток зарядки конденсатора звена постоянного тока с значением напряжения, превышающим заданное потребителем значение выходного напряжения, при этом стабилизация напряжения в заданном диапазоне значений обеспечивается понижающим преобразователем под управлением микропроцессорного контроллера при полном отборе выходной мощности потребителем, а при невозможности полного отбора мощности потребителем обеспечивается совместной работой понижающего преобразователя и балластной нагрузки под управлением микропроцессорного контроллера; работающего под управлением микропроцессорного контроллера понижающего преобразователя, поддерживающего напряжение в звене постоянного тока между активным выпрямителем и понижающим преобразователем в заданном диапазоне значений, а также понижающего выходное напряжение до требуемого потребителем уровня и ограничивающего максимальную величину тока для защиты от короткого замыкания; балластной нагрузки для отвода избытка электроэнергии под управлением микропроцессорного контроллера; системы торможения, связанной с обмотками синхронного электрического генератора, которая под управлением микропроцессорного контроллера производит ступенчатое торможение синхронного электрического генератора или аварийную остановку ВЭУ.
В частном случае реализации заявленного способа регулирования отбора мощности ветродвигателя предусмотрена балластная нагрузка с ШИМ коммутацией, что позволяет плавно регулировать мощность, снимаемую БН и уменьшать напряжение на конденсаторе до допустимого уровня, не прерывая работу ПП и передачу энергии на потребителя.
В частном случае реализации заявленного способа регулирования отбора мощности ветродвигателя синхронный электрический генератор (4) имеет дисковую конструкцию с постоянными магнитами с осевой намагниченностью, состоящую из ротора с двумя соосными дисками, расположенными по обе стороны статора и жестко связанными между собой, что позволяет лучше использовать активный объем тороидального статора, уменьшить реакцию якоря и пути магнитного потока, тем самым снизить удельные потери, а также повысить технологичность исполнения синхронного электрического генератора, упростить стыковку с ветродвигателем, при этом использование беспазового кольцевого магнитопровода статора позволяет снизить момент статического сопротивления синхронного электрического генератора и снизить момент страгивания ВЭУ. Использование регулируемой системы отбора мощности ветродвигателя, состоящей из синхронного электрического генератора на постоянных магнитах, активного выпрямителя с микропроцессорным контроллером, блока питания, системы торможения, балластной нагрузки и понижающего преобразователя. Для данной структуры ВЭУ реализован способ регулирования, обеспечивающий повышение коэффициента преобразования энергии ветра во всем диапазоне рабочих скоростей и стабилизирующий электромагнитный момент на валу генератора при скорости ветра выше расчетной, соответствующей номинальному значению мощности. Способ регулирования основан на управлении частотой вращения ветродвигателя в соответствии с алгоритмом поиска оптимальной частоты вращения, который оценивает изменение вырабатываемой энергии на заданном интервале времени и производит задание нового значения частоты вращения.
Краткое описание чертежей Детали, признаки, а также преимущества настоящего изобретения следуют из нижеследующего описания вариантов реализации заявленного способа регулирования отбора мощности ветродвигателя с использованием чертежей, на которых показано: иг.1 - Общая структура ВЭУ Фиг.2 - Структура системы отбора мощности ветродвигателя
Фиг.З - Алгоритм поиска оптимальной частоты вращения ветродвигателя
Фиг.4 - Функциональная схема регулятора частоты вращения
Фиг.5 - Функциональная схема управления активным выпрямителем
На фигурах цифрами обозначены следующие позиции: 1 - ветродвигатель; 2 - система отбора мощности; 3 - потребитель вырабатываемой электроэнергии: 4 - синхронный электрический генератор; 5 - блок питания; 6 - микропроцессорный контроллер; 7 - система торможения; 8 - активный выпрямитель; 9 - балластная нагрузка; 10 - понижающий преобразователь; позициями 11-19 обозначены блоки алгоритма работы системы регулирования отбора мощности ветродвигателя; позициями 20 - 22 - блоки функциональной схемы регулятора частоты вращения; позициями 23-29 - блоки функциональной схемы управления активным выпрямителем.
Раскрытие изобретения
На фиг.1 представлена общая структура ветроэнергетической установки, состоящей из ветродвигателя (1), соединённого с системой регулирования отбора мощности (2), передающей вырабатываемую электроэнергию потребителю (3).
Ветродвигатель (1) создаёт крутящий момент Мв на валу в соответствии со своими характеристиками и характеристиками ветрового потока. Система отбора мощности ветродвигателя (2) генерирует на валу электромагнитный момент Мэ , преобразуя механическую энергию ветродвигателя (1) в электроэнергию требуемого для потребителя (3) напряжения Un и тока Ιπ . В качестве потребителя (3) может рассматриваться аккумуляторная батарея заданного напряжения или сетевой инвертор.
На фиг.2 представлена структура системы отбора мощности ветродвигателя (ВД), состоящей из синхронного электрического генератора (СГ) (4), установленного на одном валу с ВД с подсоединенным на выходе СГ блоком питания (БП) (5). Микропроцессорный контроллер (МПК) (6) управляет работой соединенной с обмотками СГ системы торможения (СТ) (7); работой активного выпрямителя (АВ) (8) с подключенными на входе датчиками фазных токов Ц А ,
ДТВ , ДТС , датчиками фазного напряжения ДН^ , ДНВ и подключенными на выходе датчиком напряжения ДН , конденсатором С0 , датчиком тока ДТ1 ; работой балластной нагрузки (БН) (9) и понижающего преобразователя (ПП) (10) с датчиком тока ДТ2 на выходе.
Система отбора мощности ветродвигателя включает в себе силовые, измерительные и управляющие устройства, основным назначением которых является управление частотой вращения ветродвигателя в соответствии с алгоритмом поиска оптимальной частоты вращения, который оценивает изменение вырабатываемой энергии и производит задание нового значения частоты вращения. Решение задачи повышения коэффициента преобразования энергии ветра для широкого диапазона значений скоростей ветра обеспечивается возможностью:
- задавать электромагнитный момент Мэ на валу синхронного электрического генератора, пропорциональный линейному значению величины тока синхронного электрического генератора, определяемому фазными токами /д , /в , /с , формируемыми активным выпрямителем с векторным управлением от микропроцессорного программируемого контроллера в соответствии с разработанными алгоритмами;
- задавать в обмотках синхронного электрического генератора токи /А , /в , /с
-синусоидальной формы, совпадающие по фазе с ЭДС генератора, без дополнительных гармонических составляющих, тем самым повышать КПД во всем диапазоне рабочих частот вращения;
- реализовывать активным выпрямителем функции повышающего конвертора, работающего совместно с понижающим преобразователем, обеспечивая при этом величину напряжения Un больше Un и требуемые значения Un и 1п . Таким образом, появляется возможность применять синхронный электрический генератор с большим значением КПД.
Микропроцессорный программируемый контроллер реализует векторное управление активным выпрямителем, формируя широтно-импульсно модулируемые (ШИМ) сигналы PWM1 в соответствии со значением угла поворота а ротора синхронного электрического генератора. Значение угла поворота ротора а определяется в блоке расчёта угла поворота ротора (30), представленном на фиг. 5.
Применение бездатчикового векторного управления позволяет отказаться непосредственно от самого датчика положения ротора и линии связи с МПК, что упрощает конструкцию ВЭУ.
Обратная связь по контуру тока организована с применением датчиков тока
ДТА , дтв , ДТС .
Блок питания, подключённый непосредственно к выходу синхронного электрического генератора, обеспечивает низковольтное питание электронных устройств. Система торможения производит ступенчатую остановку синхронного электрического генератора по команде микропроцессорного программируемого контроллера при превышении порогового значения напряжения Um или аварийную остановку ВЭУ в случае выхода из строя одного из устройств системы отбора мощности ВД.
Понижающий преобразователь поддерживает напряжение в звене постоянного тока на конденсаторе С0 между активным выпрямителем и понижающим преобразователем в заданном диапазоне значений Um по показаниям датчика напряжения ДН за счёт регулирования тока /|П по показаниям датчика тока ДЛ и тока /п по показаниям датчика тока ДТ2 сигналами PWM3 и PWM2 микропроцессорного программируемого контроллера Понижающий преобразователь понижает напряжение до требуемого уровня Un и позволяет ограничить максимальную величину тока /п , чем обеспечивает защиту от короткого замыкания.
Балластная нагрузка, мощностью не меньше номинальной мощности синхронного электрического генератора, под управлением микропроцессорного программируемого контроллера отводит избыток электроэнергии в случае превышения заданного значения Цп .
Заявленный способ регулирования отбора мощности ветродвигателя, обеспечивает повышение коэффициента преобразования энергии ветра во всем диапазоне рабочих скоростей ВЭУ и стабилизирует электромагнитный момент на валу генератора при скорости ветра выше расчетной, соответствующей номинальному значению мощности. Способ регулирования основан на управлении частотой вращения ветродвигателя в соответствии с алгоритмом поиска оптимальной частоты вращения, который оценивает изменение вырабатываемой энергии на заданном интервале времени и производит задание нового значения частоты вращения.
Система отбора мощности реализует три основных режима работы:
1. Режим работы в диапазоне значений скорости ветра от минимальной рабочей до расчётной, при которой СГ вырабатывает номинальную мощность.
В диапазоне частот вращения от минимальной рабочей до номинальной при поступлении ШИМ сигналов PWM1 на АВ с МПК производится коммутация обмоток СГ. При этом формируются синусоидальные синфазные с ЭДС токи заданной амплитуды в фазах генератора /А , /в , /с , что обеспечивает минимизацию потерь в обмотках СГ и формирование оптимальной частоты вращения на валу СГ в соответствии с разработанным алгоритмом. Синфазность и синусоидальность токов обеспечивается векторным управлением. Активный выпрямитель преобразует ЭДС СГ и переменные фазные токи /А , /в , /с в постоянный выходной ток /in с напряжением Uin на конденсаторе С0.
При полном отборе выходной мощности потребителем стабилизация напряжения Uin на конденсаторе С0 в заданном диапазоне значений обеспечивается ПП за счёт регулирования тока 1П по показаниям ДТ2 модулированным ШИМ сигналом PWM3 МПК.
При невозможности полного отбора мощности потребителем (1п ограничен потребителем) стабилизация напряжения Uin на конденсаторе С0 в заданном диапазоне значений обеспечивается совместной работой ПП и БН Регулирование тока 1п по показаниям ДТ2 производится модулированными
ШИМ сигналами PWM3 и PWM2 с МПК с подключением БН.
2. Режим работы в диапазоне значений скорости ветра, превышающих расчётную.
При значении скорости ветра, превышающей расчетную величину скорости ветра ВЭУ, ВД создаёт крутящий момент на валу Мв , превышающий номинальное значение электромагнитного момента Мэ синхронного электрического генератора. Частота вращения СГ становится выше номинальной и АВ начинает работать в режиме диодного моста. В этом случае величина электрической мощности, поступающей с выхода АВ, превышает номинальное значение и ПП не способен стабилизировать напряжение Uin на конденсаторе С0
. При достижении на конденсаторе С0 порогового значения напряжения Uin с
МПК формируется ШИМ сигнал PWM2, который подключает балластную нагрузку и по показаниям ДТ1 формирует ток lin на выходе АВ, чем создает номинальный электромагнитный момент Мэ - В случае, если созданный момент
Мэ превышает Мв , действующий на валу СГ и ВД, частота вращения снижается и ВЭУ переходит в режим работы 1. В случае, если созданного момента э недостаточно для торможения СГ, частота вращения СГ увеличивается, возрастает ЭДС СГ и по показаниям ДН МПК передает сигнал s1 на СТ, после чего СТ производит ступенчатое торможение СГ и ВД. В процессе срабатывания СТ прекращается формирование токов АВ и зарядка конденсатора С0 , при этом ПП продолжает выработку электроэнергии, что приводит к снижению напряжения п на ДН ниже заданного значения. После срабатывания СТ обмотки синхронного генератора остаются закороченными до тех пор, пока напряжение не понизится ниже заданного значения, после чего ВЭУ переходит в режим работы 2 с балластной нагрузкой.
3. Аварийный режим работы ВЭУ в случае выхода из строя одного из устройств системы отбора мощности ВД. В этом случае СТ производит остановку ВЭУ.
На фиг.З представлен алгоритм поиска оптимальной частоты вращения ветродвигателя. Алгоритм основан на поиске оптимальной частоты вращения по изменению усреднённого значения вырабатываемой энергии на заданном интервале времени. Блок (11) задаёт начальные параметры: Еп- суммарная
«энергия», полученная на прошлой итерации цикла, м>пЛ- задаваемая частота вращения на прошлой итерации цикла, wreq - задаваемая частота вращения на данной итерации цикла, к - число проходов цикла. В блоке (12) сравнивается число проходов с заданным предельным значением. Блок (13) задает задержку времени на цикл. Блок (14) выдаёт значения q составляющих по напряжению Uq и току Iq . Блок (15) добавляет к значению суммарной «энергии» Е„ значение на данной итерации цикла. Понятие «энергия» в данном случае применяется с оговоркой, так как суммируются мгновенные значения мощности для амплитудных значений тока и напряжения одной фазы и суммарная величина, не равная реальной выработанной энергии генератора, но всегда пропорциональная ей с одинаковым коэффициентом. Таким образом, полученные значения «энергии» можно корректно сравнивать между собой, что и применяется в данном алгоритме. Блок (16) увеличивает счётчик проходов и при достижении предельного значения выполняется блок (17), сравнивающий произведение изменения «энергии» и частоты вращения между прошлой и нынешней итерацией с нулём. Значение больше нуля означает, что частота вращения повысилась и значение «энергии» возросло, либо частота вращения снизилась и значение «энергии» также снизилась, следовательно, требуется повысить частоту вращения, что выполняется блоком (18). Значение меньше нуля означает, что частота вращения снизилась, а значение «энергии» возросло, либо частота вращения повысилась, а значение «энергии» снизилось, следовательно, требуется снизить частоту вращения ветродвигателя, что выполняет блок (19).
На фиг. 4 приведена функциональная схема регулятора частоты вращения. Реализована схема векторного управления. Сумматор (20) вычисляет разность заданного значения частоты вращения wreq и фактического wrot , значение разности поступает на блок (21 ), являющейся ПИ-регулятором. Блок (22) обеспечивает ограничение задания тока lq req в пределах от ноля до номинального значения электрической машины, чтобы избежать перевода её в двигательный режим и не превысить допустимое значение тока.
На фиг. 5 приведена функциональная схема управления активным выпрямителем. Значения измеренных фазных токов поступают на блок (23), реализующий преобразование Парка-Кларка. Полученные значения d - q составляющих поступают на блоки (24) и (25), в которых из фактических значений вычитаются заданные и преобразуются ПИД регуляторами (26) и (27). В блоке (28) восстанавливаются значения задания по каждой фазе и на их основе в блоке (29) формируются управляющие импульсы, поступающие на активный выпрямитель.
В момент включения векторного управления (генератор вращается на холостом ходу) по показаниям датчиков напряжения ДН А и ДН в производится определение значений фазных напряжений UA \л UB , которые поступают на блок расчёта угла поворота ротора (30). Значение угла поступает на интегратор (31) и задаётся как исходное значение угла поворота ротора, на основе которого производятся преобразования в блоках (23) и (28). Когда фактическое значение угла поворота ротора отличается от исходного, возникает рассогласование по d - составляющей тока, на выходе ПИ-регулятора (32) появляется значение, отличное от нуля, которое, поступая на интегратор (31), изменяет значение угла, реализуя динамическое определение фактического угла поворота ротора. Введение корректирующего коэффициента К1 (33), позволяет внести компенсацию по d - составляющей тока и определить положение вектора ЭДС.

Claims

ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ
1. Способ регулирования отбора мощности ветродвигателя, включающий управление частотой вращения ветродвигателя во всем диапазоне рабочих скоростей ветра в соответствии с алгоритмом поиска оптимальной частоты вращения, который оценивает изменение вырабатываемой энергии на заданном интервале времени при изменении частоты вращения и производит задание нового значения частоты вращения на основе полученных значений, а при скорости ветра выше расчетной, соответствующей номинальному значению мощности, обеспечивает стабилизацию электромагнитного момента на валу синхронного электрического генератора,
при этом управление частотой вращения во всем диапазоне рабочих скоростей ветра осуществляют системой отбора мощности ветродвигателя, состоящей из:
синхронного электрического генератора на постоянных магнитах, установленного на одном валу с ветродвигателем;
собственного блока питания электронных устройств, подключённого непосредственно к выходу электрической машины;
активного выпрямителя с подключенными на входе датчиками фазных токов ДТк , ДТВ , ДТС , датчиками фазного напряжения ДНд , ДНВ и подключенными на выходе датчиком напряжения ДН , конденсатором С0 , датчиком тока ДП , при этом активный выпрямитель выполнен с векторным управлением, реализуемым микропроцессорным программируемым контроллером,
обеспечивающих возможность задания электромагнитного момента путем формирования синусоидальных синфазных с ЭДС токов заданной амплитуды в фазных обмотках генератора и преобразующих их на выходе активного выпрямителя в ток зарядки конденсатора звена постоянного тока с значением напряжения, превышающим заданное потребителем значение выходного напряжения, при этом стабилизация напряжения в заданном диапазоне значений обеспечивается понижающим преобразователем под управлением микропроцессорного контроллера при полном отборе выходной мощности потребителем, а при невозможности полного отбора мощности потребителем обеспечивается совместной работой понижающего преобразователя и балластной нагрузки под управлением микропроцессорного контроллера;
понижающего преобразователя, работающего под управлением микропроцессорного контроллера, поддерживающего напряжение в звене постоянного тока между активным выпрямителем и понижающим преобразователем в заданном диапазоне значений, а также понижающего выходное напряжение до требуемого потребителем уровня и ограничивающего максимальную величину тока для защиты от короткого замыкания;
балластной нагрузки для отвода избытка электроэнергии под управлением микропроцессорного контроллера;
системы торможения, связанной с обмотками синхронного электрического генератора, которая под управлением микропроцессорного контроллера производит ступенчатое торможение синхронного электрического генератора или аварийную остановку ВЭУ,
при этом в момент включения векторного управления и вращения генератора на холостом ходу по показаниям датчиков напряжения ДН А и ДНВ производят определение значений фазных напряжений UA и UB , которые поступают на блок расчёта угла поворота ротора, значение угла поступает на интегратор и задаётся как начальное значение угла поворота ротора, на основе которого производятся преобразования в блоках, при фактическом значении угла поворота ротора отличным от исходного, возникает рассогласование по rf - составляющей тока, на выходе ПИ-регулятора получают значение, отличное от нуля, которое, поступает на интегратор, изменяет значение угла, реализует динамическое определение фактического угла поворота ротора, определяют положение вектора ЭДС и вводят компенсацию по d - составляющей тока.
2. Способ регулирования отбора мощности ветродвигателя по п.1 отличающийся тем, что система дополнительно содержит балластную нагрузку с широтно-импульсно модулируемой коммутацией.
3. Способ регулирования отбора мощности ветродвигателя по п.1 отличающийся тем, что синхронный электрический генератор (4) выполнен дисковой конструкцией с постоянными магнитами с осевой намагниченностью, состоящей из ротора с двумя соосными дисками, расположенными по обе стороны статора и жестко связанными между собой.
PCT/RU2016/000868 2016-12-13 2016-12-13 Способ регулирования отбора мощности ветродвигателя WO2018111128A1 (ru)

Priority Applications (9)

Application Number Priority Date Filing Date Title
PCT/RU2016/000868 WO2018111128A1 (ru) 2016-12-13 2016-12-13 Способ регулирования отбора мощности ветродвигателя
JP2019552442A JP2020502989A (ja) 2016-12-13 2016-12-13 風力タービン動取出の調節方法
EP16919587.2A EP3382198A4 (en) 2016-12-13 2016-12-13 PROCESS FOR ADJUSTING THE STARTING PERFORMANCE OF A WIND TURBINE
CN201680043768.4A CN108474349B (zh) 2016-12-13 2016-12-13 调整风力涡轮机取力器的方法
BR112018012666-7A BR112018012666A2 (pt) 2016-12-13 2016-12-13 método para ajustar a tomada de força de turbina eólica
CA3000240A CA3000240A1 (en) 2016-12-13 2016-12-13 The method of adjusting wind turbine power take-off
EA201890021A EA038900B1 (ru) 2016-12-13 2016-12-13 Способ регулирования отбора мощности ветродвигателя
KR1020187002037A KR102050174B1 (ko) 2016-12-13 2016-12-13 풍력 터빈 파워 인출을 조정하는 방법
US15/944,896 US20180226908A1 (en) 2016-12-13 2018-04-04 Method and system for adjusting wind turbine power take-off

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
PCT/RU2016/000868 WO2018111128A1 (ru) 2016-12-13 2016-12-13 Способ регулирования отбора мощности ветродвигателя

Related Child Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
US15/944,896 Continuation US20180226908A1 (en) 2016-12-13 2018-04-04 Method and system for adjusting wind turbine power take-off

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2018111128A1 true WO2018111128A1 (ru) 2018-06-21

Family

ID=62559057

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/RU2016/000868 WO2018111128A1 (ru) 2016-12-13 2016-12-13 Способ регулирования отбора мощности ветродвигателя

Country Status (9)

Country Link
US (1) US20180226908A1 (ru)
EP (1) EP3382198A4 (ru)
JP (1) JP2020502989A (ru)
KR (1) KR102050174B1 (ru)
CN (1) CN108474349B (ru)
BR (1) BR112018012666A2 (ru)
CA (1) CA3000240A1 (ru)
EA (1) EA038900B1 (ru)
WO (1) WO2018111128A1 (ru)

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110203829A (zh) * 2019-06-20 2019-09-06 中铁九桥工程有限公司 一种三桁同步起升控制系统
CN111502918A (zh) * 2020-04-26 2020-08-07 广州纯元科技有限公司 一种采用风力辅助的水利发电装置
RU2730751C1 (ru) * 2019-06-10 2020-08-25 Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Балтийский федеральный университет имени Иммануила Канта" (БФУ им. И. Канта) Система управления ветрогенератором
CN111980869A (zh) * 2020-09-03 2020-11-24 明阳智慧能源集团股份公司 漂浮式双叶轮风电机组转速与浮台运动控制的解耦方法

Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FR3095191B1 (fr) * 2019-04-16 2021-04-23 Safran Helicopter Engines Système propulsif hybride et procédé de contrôle d’un tel système
RU2750080C1 (ru) * 2020-10-30 2021-06-22 Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Балтийский федеральный университет имени Иммануила Канта" (БФУ им. И. Канта) Система управления ветрогенератором
CN113847202B (zh) * 2021-09-16 2023-06-06 国电投河南新能源有限公司 一种风电机组变桨稳转速控制系统及控制方法

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4695736A (en) 1985-11-18 1987-09-22 United Technologies Corporation Variable speed wind turbine
EP1340910A1 (en) * 2002-02-28 2003-09-03 Enel Green Power S.p.A. Aerogenerator with axial flux permanent magnets and regulation thereof
US20100283252A1 (en) * 2009-05-08 2010-11-11 Fradella Richard B Broad speed range generator
RU2430463C2 (ru) * 2006-01-20 2011-09-27 Саутвест Виндпауэр, Инк. Контроллер торможения и элементы управления его включением для ветровой турбины
US8242620B2 (en) 2004-08-06 2012-08-14 Hitachi, Ltd. Wind turbine generator system

Family Cites Families (32)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP3509016B2 (ja) * 2000-07-27 2004-03-22 東洋電機製造株式会社 位置センサレス永久磁石形同期電動機の制御装置
JP2002233193A (ja) * 2001-01-31 2002-08-16 Mitsubishi Heavy Ind Ltd 風力発電装置
JP4828042B2 (ja) * 2001-05-17 2011-11-30 三菱電機株式会社 永久磁石型風力発電機の電気ブレーキ装置
US7042109B2 (en) * 2002-08-30 2006-05-09 Gabrys Christopher W Wind turbine
US7786616B2 (en) * 2003-02-07 2010-08-31 Cummins Power Generation Inc. Generator with DC boost and split bus bidirectional DC-to-DC converter for uninterruptible power supply system or for enhanced load pickup
US7372174B2 (en) * 2005-11-11 2008-05-13 Converteam Ltd Power converters
US7508089B2 (en) * 2006-03-16 2009-03-24 International Components Corporation Over speed control circuit for a wind turbine generator which maximizes the power exported from the generator over time
US7476987B2 (en) * 2006-04-25 2009-01-13 The University Of New Brunswick Stand-alone wind turbine system, apparatus, and method suitable for operating the same
DE102006051546A1 (de) * 2006-11-02 2008-05-08 Nordex Energy Gmbh Verfahren zum Betrieb einer Windenergieanlage mit einem doppelt gespeisten Asynchrongenerator sowie Windenergieanlage mit einem doppelt gespeisten Asynchrongenerator
US7626349B2 (en) * 2007-02-01 2009-12-01 Emerson Electric Co. Low noise heating, ventilating and/or air conditioning (HVAC) systems
DE102009014012B4 (de) * 2009-03-23 2014-02-13 Wobben Properties Gmbh Verfahren zum Betreiben einer Windenergieanlage
EP2589129B1 (en) * 2010-06-30 2019-09-18 Vestas Wind Systems A/S Wind turbine
AU2011202420A1 (en) * 2011-02-23 2012-09-06 Mitsubishi Heavy Industries, Ltd. Controller for wind turbine generator, wind turbine generator, and method of controlling wind turbine generator
DE112012002213T5 (de) * 2011-05-24 2014-06-26 Mitsubishi Electric Corp. Elektrisches Stromversorgungssystem
GB201113694D0 (en) * 2011-08-09 2011-09-21 Univ Southampton Turbine generator
US9835136B2 (en) * 2011-09-26 2017-12-05 Vestas Wind Systems A/S System and method for extending the operating life of a wind turbine gear train based on energy storage
DK177555B1 (en) * 2011-11-04 2013-10-07 Envision Energy Denmark Aps Wind Turbine with Additional Rotor Moment of Inertia
JP2013126319A (ja) * 2011-12-15 2013-06-24 Thk Co Ltd 風力発電装置及び風力発電制御方法
WO2013167141A1 (en) * 2012-05-11 2013-11-14 Vestas Wind Systems A/S A power system and method for operating a wind power system with a dispatching algorithm
TWI488425B (zh) * 2012-07-16 2015-06-11 Univ Nat Sun Yat Sen 風力發電系統及其激磁式同步發電機的控制方法
CN103036462B (zh) * 2012-11-26 2014-10-22 天津大学 电网电压不平衡时电压源型整流器模型预测控制方法
CN103117693B (zh) * 2013-01-11 2015-01-14 南京航空航天大学 一种无需对转速微分运算的风轮机模拟器及其控制方法
CN103259284B (zh) * 2013-04-22 2014-11-12 华中科技大学 基于锁相环的电压矢量稳定器及其控制方法
US9115695B2 (en) * 2013-07-16 2015-08-25 Siemens Aktiengesellschaft Method and arrangement for controlling a wind turbine
US9991771B2 (en) * 2013-11-05 2018-06-05 The University Of Maryland, Baltimore County Active control system for a variable electromotive-force generator with applications to wind turbines, ships, and hybrid vehicles
JP2016005350A (ja) * 2014-06-17 2016-01-12 日立オートモティブシステムズ株式会社 アキシャルギャップ型回転電機
CN204030631U (zh) * 2014-08-31 2014-12-17 新疆金风科技股份有限公司 风力发电机组的变流器控制装置
CN104343629B (zh) * 2014-09-25 2017-04-12 河海大学 一种双馈风电机组频率响应的控制方法
JP2016167900A (ja) * 2015-03-09 2016-09-15 株式会社明電舎 風力発電システムの制御装置
RU2590929C1 (ru) * 2015-07-07 2016-07-10 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Чувашский государственный университет имени И.Н. Ульянова" Устройство стабилизации напряжения и частоты ветроэнергетической установки
BR112018002103A2 (pt) * 2015-12-23 2018-09-18 Obshchestvo S Ogranichennoj Otvetstvennostyu ''vdm-Tekhnika'' método para ajustar a tomada de força de turbina eólica
CN105406484B (zh) * 2015-12-29 2017-10-20 湖南大学 一种角型级联同步补偿器的电网电压调节方法

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4695736A (en) 1985-11-18 1987-09-22 United Technologies Corporation Variable speed wind turbine
EP1340910A1 (en) * 2002-02-28 2003-09-03 Enel Green Power S.p.A. Aerogenerator with axial flux permanent magnets and regulation thereof
US8242620B2 (en) 2004-08-06 2012-08-14 Hitachi, Ltd. Wind turbine generator system
RU2430463C2 (ru) * 2006-01-20 2011-09-27 Саутвест Виндпауэр, Инк. Контроллер торможения и элементы управления его включением для ветровой турбины
US20100283252A1 (en) * 2009-05-08 2010-11-11 Fradella Richard B Broad speed range generator

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
See also references of EP3382198A4

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2730751C1 (ru) * 2019-06-10 2020-08-25 Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Балтийский федеральный университет имени Иммануила Канта" (БФУ им. И. Канта) Система управления ветрогенератором
CN110203829A (zh) * 2019-06-20 2019-09-06 中铁九桥工程有限公司 一种三桁同步起升控制系统
CN111502918A (zh) * 2020-04-26 2020-08-07 广州纯元科技有限公司 一种采用风力辅助的水利发电装置
CN111502918B (zh) * 2020-04-26 2021-06-29 安徽志道建设工程有限公司 一种采用风力辅助的水利发电装置
CN111980869A (zh) * 2020-09-03 2020-11-24 明阳智慧能源集团股份公司 漂浮式双叶轮风电机组转速与浮台运动控制的解耦方法

Also Published As

Publication number Publication date
CN108474349B (zh) 2021-10-15
EP3382198A1 (en) 2018-10-03
EA201890021A1 (ru) 2019-11-29
EA038900B1 (ru) 2021-11-03
KR102050174B1 (ko) 2020-01-08
CA3000240A1 (en) 2018-06-21
CN108474349A (zh) 2018-08-31
US20180226908A1 (en) 2018-08-09
KR20180088628A (ko) 2018-08-06
BR112018012666A2 (pt) 2018-12-04
JP2020502989A (ja) 2020-01-23
EP3382198A4 (en) 2019-11-13

Similar Documents

Publication Publication Date Title
WO2018111128A1 (ru) Способ регулирования отбора мощности ветродвигателя
KR101325650B1 (ko) 전력 변환기
EP2682339B1 (en) Power distribution systems
CA2914293C (en) Systems and methods for increasing wind turbine power output
EP3635838B1 (en) Adaptive current damping method and system for improved power converter control in wind turbine systems and control system
KR20140000138A (ko) 발전기 토크 제어 방법
CN111066237B (zh) 用于控制风能设施的多相他励同步发电机的方法
US20180226907A1 (en) Method and system for adjusting wind turbine power take-off
JP3884260B2 (ja) 風力発電装置
WO2017064820A1 (en) Electric power generation system and its control system
JP4398440B2 (ja) 風力発電装置
JP4387676B2 (ja) 風力発電用電力変換装置
Naidu et al. Improved SEPIC Converter for PFC Correction in Industrial AC And DC Drive Application
JP2009240160A (ja) 風力発電用電力変換装置
JP2008061297A (ja) 誘導発電機の起動方法

Legal Events

Date Code Title Description
WWE Wipo information: entry into national phase

Ref document number: 201890021

Country of ref document: EA

ENP Entry into the national phase

Ref document number: 20187002037

Country of ref document: KR

Kind code of ref document: A

WWE Wipo information: entry into national phase

Ref document number: 3000240

Country of ref document: CA

WWE Wipo information: entry into national phase

Ref document number: 2016919587

Country of ref document: EP

REG Reference to national code

Ref country code: BR

Ref legal event code: B01A

Ref document number: 112018012666

Country of ref document: BR

ENP Entry into the national phase

Ref document number: 2016919587

Country of ref document: EP

Effective date: 20180627

ENP Entry into the national phase

Ref document number: 112018012666

Country of ref document: BR

Kind code of ref document: A2

Effective date: 20180620

ENP Entry into the national phase

Ref document number: 2019552442

Country of ref document: JP

Kind code of ref document: A

NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: DE