1598005519-db2570e1cd069b3f233e2ac13b5f8034 (Ветроэнергетика. Под ред. Д. де Рензо, 1982u), страница 57

Поэтому решено осуществить передачу энергии через контактные кольца и использовать непосредственные соединения только для управляюздих и сигнальных проводов с применением механизма ориентации для их раскручивания. Предварительный проект и анализ. После выбора электрической системы выбиралось электрическое оборудование. Генератор представляет собой асинхронную или синхронную машину, работающую с частотой вращения 1800 об/мин, напряжением 2,400 или 4,100 кВ, которое выбрано исходя из условия уменьшения до минимума массы кабеля и его стоимости, а также стоимости контактных колец, используемых для передачи электрической энергии через поворотное соединение на вершине башни.

Защитное и управляющее оборудование выполняет следующие функции: защищает ВЭУ от к. з. в сетях энергосистемы, а сети энергосистем от к. з. внутри ВЭУ, а также определяет место повреждения (внутри илн вне ВЭУ). Защита проектируется так, чтобы при к. з. внутри ВЭУ осущест.влялись ее останов и стбпорение ветроколеса до ремонта, а при внешних к.

з. отключался главный выключатель и ВЭУ подготавливалась к синхронизации с сетью после того, как к. з. будет ликвидировано. Защита от удара молнии обеспечивается хорошим заземлением для отвода тока вдоль наружной поверхности ВЭУ, так что оборудование находится внутри эффективного экрана. Для защиты от перенапряжения при переходных процессах устанавливаются разрядники ВЭУ включается в сеть через повышающий трансформатор с масляной изоляцией.

Выключатель устанавливается на стороне, высшего напряжения трансформатора. Когда он разомкнут, ВЭУ (за исключением цепи собственных нужд) изолирована от сети энергосистемы. При к. з. в электрооборудовании ВЭУ могут протекать большие токи от энергосистемы, поэтому выключатель рассчитан па отключение этих токов. Исследование надежности показало, что аварийное питание ВЭУ лучше обеспечивать с помощью аккумуляторной батареи, заряжаемой малыми токами, чем вспомогательным генератором.

Окончательный проект электрической системы был выполнен с учетом особенностей нужд потребителей энергосистем и применительно к различным условиям расположения ВЭУ в схеме сетей. Последнее может повлиять на тип генератора, требуемые характеристики выключателя, а также на тип и размещение релейного и защитного оборудования.

При подключении к распределительной сети ВЭУ с синхронным генератором необходимо проанализировать их взаимодействие, чтобы выяснить, какое влияние ВЭУ будет оказывать на работу энер- 260 госистемы и каковы требования к защитному н управляющему оборудованию электрической системы и генератора. Была исследована общая реакция ВЭУ на к. з. и выключающие операции в распределительной сети н изменения вращающего момента установки, обусловленные порывами ветра.

Для предварительного проекта была исследована устойчивость только ВЭУ мощностью !500 кВт, поскольку вопросы устойчивости ВЭУ мощностью 500 кВт при подсоединении к одной и той же сети были менее критическими. Моделирование генератора и сети осуществлено путем использования программ расчета устойчивости при переходных процессах, обычно используемых при изучении динамических характеристик энергосистем. Распределительная сеть представлялась линией длиной 13 км с распределенной вдоль линии нагрузкой 7000 кВт. ВЭУ подсоединена к линии через специально предназначенную для этого линию длиной 1,6 км.

Хотя для анализа окончательного проекта ВЭУ должна быть разработана более детальная модель, на этой модели были проведены исследования токов для типичного случая подключения ВЭУ к энергосистеме. Результаты показывают, что генератор ВЭУ должен быть отключен от распределительной сети при любых повреждениях. Изменения напряжения в распределительной сети, обусловленные изменением скорости ветра, больше, если синхронный генератор подсоединяется к линии в точке, удаленной от подстанции. Изменение напряжения также больше при резких уменьшениях скорости ветра, чем при порывах ветра одной и той же амплитуды. Если генератор подсоединен к энергосистеме на подстанции, изменение напряжения на любой линии, питающейся от этой подстанции, меньше 0,5% для самых тяжелых исследованных условий.

Если генератор подсоединен ближе к концу линии, резкие уменьшения скорости ветра и его порывы вызывают колебания напряжения в распределительной сети, равные 2,2 ~. Допустимость указанных отклонений напряжения зависит от их частоты, вида и от стандартов, установленных для энергосистемы, к сетям которой подключается генератор. Оптимизация управления, связанного с изменением угла установки лопастей и регулирования напряжения генератора, может уменьшить колебания напряжения в сети..Чало вероятно, что максимальные проектные порывы ветра могут вызвать выпадение генератора нз синхронизма при .типичных условиях его работы. Хотя результаты получены для характерных условий, каждая ВЭУ будет требовать отдельного исследования, чтобы установить специфику ее работы и соответствующие требования.

Для каждой ВЭУ должен быть также выполнен подробный анализ переходных процессов для обеспечения ее устойчивости при всех рабочих условиях и выбранного ее расположения, что не представляет трудности, так как способы обеспечения устойчивости ВЭУ ничем не отличаются от способов, обычно применяемых для указанной цели в энергосистемах. 261 5.4зн ЗАКЛЮЧЕНИЯ И РЕКОМЕНДАЦИИ На основании выполненных исследований и разработок сделаны следующие выводы и предложения, 1.

В варианте ВЭУ, выбранных для предварительного проекта, принято двухлопастное ветроколесо с регулируемым углом установки лопастей, работающее за башней с постоянной частотой вращения и приводящее через редуктор, имеющий постоянное передаточное отношение, во вращение синхронный генератор. Поворотная головка ВЭУ устанавливается на стальной фсрменной либо на бетонной трубчатой башне, Предварительный проект подтвердил, что этот вариант соответствует минимальным капитальным вложениям и стоимости энергии, наибольшей эффективности и надежности, наименьшим издержкам, связанным с техническим обслуживанием ВЭУ, и наименьшему конструкторскому риску.

Для дальнейшей разработки, испытания и демонстрации рекомендована ВЭУ со стальной башней ферменной конструкции. 2. Две ВЭУ (с установленной мощностью 500 и 1500 кВт) былк спроектированы для участков со среднегодовой скоростью ветра соответственно 5,4 и 8 м/с. Для любых участков со среднегодовой скоростью ветра в диапазоне 3,5 — 6,3 м/с ВЭУ мощностью 500 кВт будет производить энергию, по стоимости близкую к стоимости энергии, производимой ВЭУ, оптимальной для данного участка.

Аналогично ВЭУ мощностью 1500 кВт может быть экономнческк эффективно использована на участках со среднегодовой скоростью ветра в диапазоне 6,3 — 9 м/с. Следовательно, эти две ВЭУ могут быть эффективно использованы на различных участках СШЛ и поэтому рекомендуются для дальнейшей разработки. 3. Для ветроколес диаметром 40 — 60 м наиболее подходящей в отношении удовлетворения конструкционных и динамических требований является композиционная конструкция лопастей.

Для производства лопастей рекомендовано использовать автоматический технологический процесс изготовлсниц конструкций с волокнистым заполнителем. 4. Рекомендуется жесткая нсразъемпая втулка ветроколеса, которая позволяет получить наименьшую стоимость, упрощает конструкцию и уменьшает динамические проблемы. 5. Управление вращающим моментом ветроколеса посредством изменения угла установки лопастей снижает до минимума рабочие нагрузки на лопасть и обеспечивает эксплуатацию и регулирование при пульсирующих режимах ветрового потока.

Оно рекомендуется для разрабатываемых ВЭУ: В связи с тем что нормированная частота поворота лопастей при регулировании определяется условиями порывов, необходимо, чтобы расчетный спектр порывов был определен до начала разработок детального проекта системы управления.

6. Тормоза, препятствующие чрезмерному повышению частоты вращения ветроколеса вследствие аварии в системе управления нли экстремальных порывов, отсутствуют в промышленном произ- 262 ля того чтобы предотвратить такую опасность, .водстве. Поэтому, для того что механическое ава- рскомендуется включ лопастей во флюгерное поло- рийнос устройство установки лопаете во л жение. м п авления ориентацией вет- 7, Электромеханические системы у р ки лопастей наиболее приемлемы для роколеса и углом установки ло Цифр льзовании для осуществления нор- ные преимущ р ества при их использ ", таких, как управление опельностью при пуске останове, кспл атационных операций, та ри персдаче и Рсгистрае еленной последовательное боте, аварийной защите, п ции ин .

ются для правления этими опс- ции информации, Они рекомендуются для у р 9. С а тное электрооборудование (генераторы, трансформак ВЭУ, и екомендуются к применен енению. Для ВЭУ и х онные, так и асинхронные Ригодны как синхр .ветствующне проекты защ тных устр я на стадии детального проекта будут выполняться н жность использова- иом проекте до лжна предусматриваться возмо ния юбого тенер т р ру а по выбор энергосистем. лиз, п оведенный иа примере типичной с прове темы, показыва, ЭУ у ра о . ст, что ВЭУ устойчиво ра о лее неблагоприятных у экспл атационных услови у ые характеристики ветрах. Необходимо опред е елить эксплуатационн бо а выключателя, ных сетей энергосистем для вы ора вь гене ато а и характеристик регулироля того, чтобы ти ха акте истики необходимо выявить для того, ВЭУ к конкретным условиям использо- .чегче было приспособить вания.