1598005515-d093afe08eb90b4a146980eea5b04540 (811223), страница 31
Текст из файла (страница 31)
Как видно, ветродвигатель с аэродинамической ~передачей, значительно усложняется конструктивно, но ягри этом исчезает необходимость передачи момента при малых скоростях вращения ветроколеса, что в свою очередь а02 4ЛЬ ДИИЛМИЧЕСКИЕ,ИРОЦЕССЫ ПРИ РЛПОТЕ ВЭС в ЭЛЕКтййчеОКОИ систЕМе Протекание переходных процеоссяг при па~раллельной , йФ(фа ВЭС с электростанцией другого типа зависит от тйпа'генератора ВЭС и соизмеримости ее мощности с мощностью электрической системы.
Характерной особениостьюбыстроходных ветродвигателей, регулирование которых дсушеотвляется поворотом лопастей или их концов с помощью центробежного регулятора, является то, что"они при постоянной скорости вращения по иере увеличеиия скорости, ветра сверх расчетной могут развивать мощность, значительно превышаюшую се номинальное значение. Это обстоятельство создает определенные труд. ности осуществления параллельной работы ВЭС с ветродвигателями этого типа в электрических системах соизмеримой' и бесконечно большой мощности. При параллельной ра|боте ВЭС с электрической системой равной мошности избыток мощности на валу ветродвигателя при увеличении скорости ветра полностью расходуется на изменение скорости врашенччя системы, так как нагрузка равна номинальной мощности ветродвигателя. Статическая перегрузка элементов передачи мощности .ветродвигателя в этом случае исключается.
Если мощность электрической системы соизмерима, но больше мощности ВЭС, то по мере увеличения скорости ветра ВЭС может отдавать в сеть мощность больше но.минального значения, В этом случае появляется возможность статической перегрузки .ветродвигателя до величины мощности электричеокой системы. Для исключения перегрузки ветродвнгатель должен быть снабжен дополнительным регулятором мошности (з 4-5). При параллельной работе ВЭС с электрической системой бесконечно большой мощности последняя может воспринять практически любую мощность, развиваемую ветродвигателем при скоростях ветра выше Расчетной. Следовательно, так же как и при работе со станцией соизмеримой мощности, встродвигатель должен быть, снабжен регулятором мощности.
Возможная величина статической перегрузки элементов, передачи мощности ветро)гзигателя определяется диапазоном изменения рабочих с ростей ветра и перегрузочной способностью генератор Величина и характер перегрузки по моменту в процессе динамики регулирования в о ионном определяются способом регулирования' астро игателя (аэродинамикой ветроколеса) и динамикой в рового потока.
При регулировании быстроходных ветродвигателей путем поворота лопастей избыточный момент на ветроколесе' может достигать четырех-пятикратного, а при регулировании поворотом концов лопастей двух-трехкратного значения номинального момента. Уменьшение возможных перегрузок в процессе динамики регулирования, учитывая непрерывные пульсации скорости ветра, связано с. рядом трудностей прежде всего потому, что даже при быстродействующих регуляторах ветродвигателей постоянные времени их работы остаются больше постоянной времени процесса изменения скорости ветра. Сооружение ВЭС является целесообразным прежде всего в районах, удаленных от энергосистем и располагающих относительно большими запасами энергии ветра, например районы целинных земель, В этих условиях наиболее вероятной будет совместная работа ВЭС .
с дизельными электростанциями. Поэтому исследование динамики параллельной работы ВЭС в электрических системах дано ниже на примере ветровой и дизельной электростанций, первичные двигатели которых снабжены регуляторами прямого действия. В качестве первич- ' ного двигателя ветроэлектростанцин взят ветродвигатель с аэродинамическим регулятором, прямое регулирование скорости вращения которого осуществляется поворотом лопастей аэродинамическими силами Выбор такой схемы регулирования ветродвигателя для изучения динамики переходных процессов рассматриваемой системы оправдывается тем, что с одной стороны, в этом случае при регулировании ветродвигателя поворотом лопастей ветроколсса может иметь месго наибольшая перегрузка по моменту, с другой стороны, 204 аэродинамическое регулирование ветродвигателя прн работе ВЭС в системах соизмеримой и бесконечно большой мощности обеспечивает одновременно и регулирование развиваемой ветродвигателем, мощности (см.
$ 2-3), Все это вместе взятое дает основание рассмотреть из возможных схем регулирования ВЭС наиболее тяжелый случай с точки зрения возможной динамической перегрузки ветродвигателя при достаточно простой расчетной схеме, не прибегая к сложному математическому анализу. Это, конечно, не предопределяет целесообразность' использования только такой схемы регулирования ветродвигателей ВЭС, предназначенных для работы с электрическими системами, однако исследование параллельной работы именно таких станций позволяет сформулировать некоторые общие положения, характеризующие динамические свойства подобных систем.
ВЗС оборудована синхронным генератором Принимая в качестве обобщенных координат угло. вую скорость вращения ветроколеса ы1 и двигателя внутреннего сгорания ыь угол поворота лопасти ветроколеса ~р и угол пространственного расхождения роторов генераторов ВЭС и ДЗС б~ь уравнения, описывающие движение такой системы (независимо от соизмеримости мощности ВЭС и ДЭС, включая и случай работы ВЭС на сеть бесконечно большой мощности), будут иметь следующий вид: чэ, У, †' = М, — М,„ — уравнение ветроэлектро- агрегата; ч"'р У, †„ * = М, — М,„ — уравнение дизельного (4-1б) агрегата; У, —,, + й, — „, = Л1, — М, — Мр„— уравнение регулятора ветродвигателя, ) где .), и у,— соответственно моменты инерции ветроагрегата и дизельного агрегата, приведенные к валу ветродвигателя; 205 М, = М, (М, [2 (рооп) ор(а); М, = Ма (~а); М =М,(М,(2(цо,п)г1о)о); М„=М„(ро,.
4г)' Маг ~ 2г! оаг ( а о)1' (4-17) где М, и М, †относительн моменты аэродинамических сил; 206 уа — момент инерции подвижных частей регулятора ветродвигателя; (г, — коэффициент демпфирующего момента аэродинамических сил ветроколеса; М„М, — движущий момент соответственно ветродвигателяя н дизеля; М,, М вЂ” момент, снимаемый генераторами ВЭС и ДЭС; М, М, М вЂ” моменты, поворачивающие лопасти вета' ц' рог роколеса от аэродинамических, центробежных сил и позиционных сил регулятора.
При составлении системы уравнений (4-16) применены следующие допущения: передачи между двигателями и генераторами предполагаются абсолютно жесткими; ~электромагнитные процессы, происходящие в си- . стеме, не учитываются, так как периоды колебаний механической системы значительно больше по величине, чем постоянная времени обмотки возбуждения синхронных генераторов ($4-4); у обоих генераторов э.
д. с. за синхронной продольной реактивностью предполагаются постоянными; электрическая нагрузка представлялась в виде постоянных полных сопротивлений, генераторы— реактивностью по продольной оси; сопротивления трансформаторов и соединительных линий а электрическую . схему не вводились ввиду малой их величины~ сравни-' тельно с сопротивлением генераторов; силами сухого трения в механизмах регулятора ветродвигателя пренебрегалось. Регулирование дизеля предполагалось по статическим характеристикам.
Дифференциальные уравнения системы (4-16) яв- . ляются нелинейными, причем моменты, входящие в их правые части, представляют собой достаточно сложные функции многих переменных: и — скорость ветрового потока; 7 — число модулей, определяющее режим работы ветродвигателя; м — синхронная скорость вращения системы Относительные моменты М, и М для каждого типа ветродвигателя находятся из аэродинамического расчета в виде семейства кривых в функции ао„ го, и (см. з 1-3, 2-3 и (Л, 5]).
Для изучения переходных процессов в рассматривае- мой системе воспользуемся аналогично 5 2-5 методом малых отклонений. Линеаризацию функций, входящих в уравнения системы (4-16), произведем на основе раз- ложения их в ряды Тейлора. Для общности анализа представим уравнении (4-16) в безразмерной оператор- ной форме, Обозначения новых переменных: а, ам, ат аэ„ар оооо оооо Ге агоо "о Величины, снабженные индексом пуль, соответствуют исходному установившемуся режиму.
Опуская операции, связанные с разложением в ряды функций (4-17), линейное приближение уравнений (4-16) записывается в виде: (Т,р+ а„) х, + а„х, +а„х, + а„х,= = лго1о %' (Т,р+а„) х,+а„х,+а„х,= — ь; (Т, 'р*+ Т, р+а„)х,+а„х,= й„1, (4-18) 207 где Т„ Т„ Т, — постоянные времени ветродвигателя, дизеля и регулятора ветродвигателя; Тр — постоянная времени аэродинамического демпфирования; о1„е1, — коэффициенты, характеризующие изменение внешней нагрузки; ц р= — — оператор дифференцирования. гп Метод вычисления постоянных коэффициентов уравнений (4-18) дан в конце параграфа (4-19) Х,=Х, — (4РХ„ где А — "'.
=4Ч Решая совместно (4-18) †(4-19), получаем уравнения, описывающие движение системы по координатам Хь Хз И Х4.' (а,р'+ а,р'+а,р'+а,р'+а,р+а,) х,=— =(Т,Т', И„ИР4+ Т,Т,И,йр4+ Т', й„а„хр'+ (4-20) +а„а„а„)1 +(Т, 'а„йр' — Т', а„р' + + Т„а„йр' — Т,а„йр'+ а„а„йр — а„а„) 41,— — (Т4Т'ИР4+ Т'а„И р'+ Т,Т,ФР*+ + Т,а44ИР'+ Т„а„ИР' — Т а„р' + + а„а„кр — Т„а,4р — а„а„) Ч,; 1 (а,р'+ а,р'+ а,р'+ а,р'+ а,р+ а,) х, = + а„(г„а„— а„/г„(а„+ а„)) ч+ + (Т,а„йр'+ а„а„йр — а„а„) т„— — (а„а„йр — а„а„) т1,; (4-21) Дополнительным уравнением, необходимым для решения системы линейных уравнений (4-18), содержащей четыре неизвестных, явится уравнение, ха)тактеризующее относительное движение генераторов станций: (а„+ а„)+ а„а„а,,— — а„а„(а„+ а„), равые части уравнений (4.20) — (4-22) — ) содержат еРеменные 14, т)~ и т1я которые определяют в еш нее возмущение на систему вызываемое изменением скойостн ветра или нагрузки.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
