1598005519-db2570e1cd069b3f233e2ac13b5f8034 (811225), страница 35
Текст из файла (страница 35)
С самого начала было признано [5.1), что крупномас!птабпое х1олучение электрической энергии за счет использования энергии Ветер Перем носта Ветер .Переменная Пспппяннью тпи иии переменнью мастита Вращения таи изменяющейся иостотьг Персиенннй Пере иэагт Рпс. 5.!. Схемы использования электрической энергои, производимой ВЭУ, пря ее пзоляровапвой работе. ветра должно производиться в виде переменного напряжения постоянной частоты для возможности подачи электроэнергии в сети существующих энергосистем. Первоначальные попытки создания ВЭУ большой мощности в значительной мере связаны с использованием ветродвигателей с постоянной частотой вращения ветроколеса, соединенного с синхронным генератором. В качестве примера может служить ВЭУ Смит Путнэм мощностью 1250 кВт.
Для того чтобы вырабатывать переменное напряженке постоянной частоты, при котором электроэнергия могла бы быть подана в энергосистему, асинхронный генератор требует вращения ветродвигателя с частотой, близкой к постоянной. '155 Сравнителы!ые достоинства и недостатки синхронных и асинхронных генераторов с точки зрения их применения в ВЭУ изложены в [5.2). Технология производства как синхронных, так и асинхронных генераторов хорошо отработана н очень совершенна. Поэтому Управление ХАВА-[.еКС активно осуществляет обширную программу строительства и испытаний экспериментальных ВЭУ с постоянной частотой вращения ветродвигателя, оборудованных синхронными генераторами, вырабатывающими пере- Сеть меппое напряжение постоянной частоты [5.3). Синхрснныи" сепаратор Другой подход, который в Но ерузяо.
последнее времЯ привлекает Пп ая„„„ внимание, заключается в том, иоетатп Вращения чтобы дать возможность ветро- Пете двигателю вращаться с переменной оптимальной частотой, регулируемой в соответствии с изменением скорости ветра, и с применением генерируюгцих систем, обеспечивающих в этих условиях получение переменного напряжения постоянной частоты, при котором электроэнергия может быть подана в существующие энергосистемы. Методы получения переменного напряжения постоян- Часта биизипи и постояннси Фоу В Ветер Переменная нои частоты при переменной нпспюто Вращения частоте вращения вала привода сводятся к двум обширным Ряс. 5.2. Схемы использования элеп группам [5.
4) дифференцн трпческой энергии, пропзводпмой ВЭУ, пря ее работе в энергосистеме. альным и неднфференциальпым. Первые реализуются в схемах с синхронными генераторами с. помощью механических устройств, обеспечивающих получение постоянной частоты вращения генераторов (редукторов с переменным передаточным отношением, устройств с гидравлической передачей мощности), а также с помощью электрических устройств, компец* сирующих изменение частоты вращения посредством питания обмотки возбуждения напряжением с частотой скольжения, равной разности частоты вращения ротора генератора и частоты напря1кения энергосистемы, на которую работает генератор [5.5 — ог.7). Недифференцнальпые методы могут быть реализованы через.
статические устройства изменения частоты по схеме преобразования «переменное напряжение -- постоянное напряжение — переменное напряжение» [5.8) путем применения вращающихся устройств — коллекторных генераторов переменного тока [5.2), циклоконверторов и преобразователей частоты [5.9, 5.10), преобразова- телей с амплитудной модуляцией частоты [5.11].
В последнем случае может быть использована высокочастотная или низкочастотная модуляция [5.12, 5.13, 5.16]. Рис. 5.1 и 5.2 иллюстрируют схемы использования ВЭУ при их автономной работе и при работе в энергосистемах. В связи с наличием приемлемых по стоимости мощных тиристоров н диодов часть исследовательских работ направлена в настоящее время на создание геиераторных систем переменного напряжения постоянной частоты при переменной частоте вращения ветроколеса. В числе разработок, ведущихся в этом направлении, следует упомянуть работы Университета штата Висконсин (ь)алисон) над схемой «персменное напряжение — постоянное напряжение — переменное напряжение».
В Университете штата Висконсин (Милуоки) как возможные варианты рассматриваются схемы с коллекториым генератором переменного тока и с асинхронным генератором с нитаемым ротором В Оклахомском университете (Стиллуотер) для ВЭУ разрабатываются геиераторные схемы с модулированным выходным напряжением, 5л.2. схемы ГенеРиРОВАния пеРеменнОГО ИАпняжания ПОСтояННОР1 ЧАстотЫ Известен ряд схем, предназначенных для преобразовзпия мехаэ1ической энергии ВЭУ в электрическую энергию переменного нач1ряжения постоянной частоты.
Синхронный генератор. Наиболее простая схема включает синхронный генератор, работающий параллельно с энергосистемой. Поскольку обычно мощность энергосистемы на много больше мощности ВЭУ, электрическая машина будет находиться в синхронизме в широком диапазоне изменения мощности, развиваемой ' .ветродвигателем.
Недостатки применения синхронной машины соютоят в том, что при определенных ветровых условиях она может переходить на работу в режим двигателя и потреблять энергию из энергосистемы, а при резких порывах ветра появляется большая вероятность выпадения се из сиихронизма. Последующая синхронизация машины и подключение ее к энергосистеме являются сложным процессом.
Асинхронный генератор. Если асинхронная машина приводится во вращение с частотой, большей, чем синхронная частота, опа, работает как генератор. До тех пор, пока под действием привода частота вращения машины превышает синхронную частоту, опа подает электроэнергию в энергосистему с частотой, равной частоте .сети.
Однако использование в ВЭУ асинхронной машины имеет три следующих недостатка: при одном и том же ветровом режиме она вырабатывает меньше энергии, чем синхронная машина; она работает с меньшим коэффициентом мощности (сов~Я), обуслов.ленным большими токами намагничивания, которые приблизительно пропорциональны квадрату напряжения; наконец, она более дорогая по сравнению с синхронной машиной.
Следует отметить, '1 60 однако, что последний недостаток компенсируется снижением затрат на механизмы системы регулирования, поскольку в случае использования асинхронной машины допускается менее точное поддержание частоты вращения ветроколеса. Преобразование электрической энергии по схеме «перемеииое напряжение — постоянное напряжение — переменное напряжение» осуществляется следующим образом.
Перемеипое напряжение переменной частоты от синхронного генератора преобразуют сначала в постоянное напряжение, а затем в переменное напряжение требуемой постоянной частоты для подачи электроэнергии в энергосистему, Перки Томас предложил модификацию этой схемы с использованием генератора постоянного тока, соединенного с вращающимся преобразователем напряжения. Но мощность генераторов постоянного тока ограничена их приемлемыми размерами, а вращающиеся преобразователи напряжения малоэффективны [5.!7]. Преобразование по схеме «переменное напряжение — постоянное напряжение — переменное напряжение» может быть успешно осуществлено на базе полупроводниковых приборов. Такие преобразователи мощностью от одного до нескольких мегаватт широко применяются на передачах постоянного тока высокого напряжения [5.18].
Их недостатком является высокая стоимость. Однако при расположении ВЭС большой мощности на значительном расстоянии от энергосистем именно передачи постоянного тока оказываются наиболее эффективными. Специальные схемы возбуждения. Синхронный генератор с модулированным выходным напряг«внаем. Из различных предложенных схем данного типа наибольший интерес представляет преобразовательная схема с выходным напряжением, модулированным низкой частотой [5.19]. В этой схеме напряжение возбуждения синхронного генератора — переменное с частотой 60 Гц.
Выходное напряжение, промодулироваииое синусоидальными колебаниями, выпрямляется и подается на фильтр для получения на выходе переменного напряжения с частотой 60 Гц Хотя идея этого метода интересна, основанная на ней система получается дорогой и сложной. Возбуждение переменным током требует, чтобы электрическая машина была выполнена полностью шихтованной. К тому же преобразование напряжения на выходе генератора требует использования полупроводниковых приборов.
В результате количество полупроводниковых приборов, имеющихся в выпрямительно-инверторной и в данной схемах, может быть сравнимо, в то время как последней недостает экономического преимущества схемы преобразования «переменное ианряжение — постоянное напряжение — переменное напряжение», которая используется в передачах постоянного тока высокого напряжения. Кроме того, чтобы поддерживать малое отношение модуляции, что является очень важным, частота генерируемого напряжения, а следовательно, и частота вращения генератора должны быть высокими.
Некоторые из рассмотренных выше схем уже были использованы в ВЭУ в прошлом. Однако каждая из них имеет свои недостатч зь«. 161 ля в, с Рнс. 5.5. Схема асинхронного гене- ратора с питаемым ротором: 4 — генератор тока частоты скольжения; 2 и .т — соответственно ротор н статор аснньронного генератора; 4 — датчики ча- стоты враыеннн; ((ева п1роог ной п(Глли ж в, с, Гиа,пе) ЬЬЬ л, в, с, (и, ув) 6* 163 162 ки. В Университете штата Висконсин (Милуоки) были исследованы две системы, которые могут оказаться более эффективными, чем рассмотренные выше. Эти системы используют: первая — коллекторный генератор переменного тока, вторая — асинхронный.. генератор с питаемым ротором.
Коллекторный генератор переменного тока. Он упоминается ш [5.20] как возможный для применения в ВЭУ, хотя и не был использован ранее в какой-либо сооруженной установке. Действи- Рис. 5.3. Принципиальная схема коллектор- иого генератора переменного тока: ! — ротор генератора; 2 — обмотки воабуждення; 3 — блок управлении. Рис. 5Л. Электрическая схема коллекторного генератора перелтснного тока: 4 — обмотки воабужденняг 2 — компенсационные обмотки. тельно, это предложение является перспективным применительно к ВЭУ мощностью, вероятно, не превышающей 1000 кВт 15.21— 5.23]. Преимущество этой системы заключается в том, что частота напряжения на выходе коллекторного генератора переменного тока равна частоте напряжения возбуждения независимо от частоты вращения ротора.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
