1598005519-db2570e1cd069b3f233e2ac13b5f8034 (811225), страница 36
Текст из файла (страница 36)
В этом отношении коллекторная машина переменного тока подобна машине постоянного тока. Если возбуждение машины осуществляется током 60 Гц, машина будет генерировать переменное напряжение такой же частоты (рис. 5.3 и 5.4) Конструктивно машина достаточно проста, ее якорь подобеш якорю машины постоянного тока. Стоимость коллекторного генератора переменного тока близка к стоимости генератора постоянно го тока, и поэтому с экономической точки зрения оп конкурентоспо , собен. Кроме того, в нем отсутствуют дополнительные устройства..' Наконец, машина может быть спроектирована и работать с намно-- го большим сов гр, чем асинхронный генератор, у которого, каус известно, низкое значение сов гр является большим недостатком Асинхронный генератор с питаемым ротором.
Асинхронные машины работают как генераторы, когда их частота вращения больше, чем синхронная частота. Такой асинхронный генератор уже был использован в мощных установках 15.20]. Однако в прошлом были выдвинуты серьезные возражения против применения этих машин для работы в энергосистеме 15.24]. Для того чтобы получить приемлемую мощность, диаметр этих машин вследствие низкой частоты вращения должен быть достаточно большим.
Для удовлетворительной работы машина должна иметь большой воздупгный зазор, что приводит к большому увеличению тока намагзгичивания, который должна обеспечить энергосистема при малом соз гр. о Главное преимущество асинхронного генератора состоит в том, енто напряжение на его выходе имеет постоянную частоту при изменении частоты вращения ротора в некоторых пределах и ему свойственна большая устойчивость, чем синхронной машине. Последнее обстоятельство крайне важно в связи с тем, что ВЭУ становятся довольно мощными. Чтобы преодолеть указанный выше серьезный недостаток асинхронного генератора (малый созгр), предлагается питать током ро-тор машины. Такой генератор (рис, 5.5) подобен асинхронному тенератору с фазным ротором, Обмотки его ротора подсоединены к контактным кольцам, Питание обмоток осуществляется через эти контактные кольца от дополнительного генератора напряжения с частотой скольжения'.
Абсолютное значение и фаза указанного напряжения могут изменяться. Изменением фазы напряжения, по.даваемого в цепь ротора, имеющего частоту, равную частоте скольжения, соз р асинхронного генератора может быть улучшен. Исследуется вопрос определения наиболее целесообразной нохгинальной мощности генератора напряжения с частотой скольжения, чтобы обеспечить работу основного генератора с более высоким сов гр. Это может обеспечить возможность экономической .конкурентоспособности указанной схемы. Генератор напряжения с частотой скольжения. Раньше напряжение с частотой скольжения генерировалось с помощью машин типа Шербиус, Добавление к системе дополнительной машины де.пает ее более громоздкой и повышает стоимость.
После появления полупроводниковой техники для получения напряжения с частотой ' По терминологии, принятой в СССР, такой генератор с питаемым ротором зтазывается асинхронизированным. (П р и м е ч. и е р.). скольжения предложены различные новые устройства, приводимые. ниже. Одним из таких устройств является частотный модулятор. При его использовании сигнал с частотой 1 генерируется обычным ге- нератором с приводом от главного вала, модулируется частотой сети 1, и подается на фильтр для получения сигнала (1 — 1«).
По схеме «напряжение с частотой 1» — постоянное напряже- ние — напряжение с частотой скольжения з~,» напряжение сети с частотой 7» выпрямляется и подается на инвертор. Тирнсторы от- крываются управляющим сигналом таким образом, чтобы полу- чить напряжение с частотой скольжения. Если полупроводниковые. управляющие приборы использованы как в ипверторной, так и в.
выпрямительной цепях, эта схема может работать в обоих направ- лениях, Для получения напряжения с частотой скольжения может быть. применен также преобразователь частоты, Поскольку частота скольжения мала по сравнению с частотой сети 1,, то может быть разработан преобразователь частоты для генерирования напряже- ния с частотой скольжения на базе использования современнои электронной техники больших мощностей. Во всех рассмотренных, системах между генератором напряже- ния с частотой скольжения и контактными кольцами ротора основ- ного генератора при необходимости может быть установлен усили- тель мощности.
Преимуществом этих схем перед другими схемами является то„ что используемые в них полупроводниковые приборы рассчитыва- ются только на мощность, необходимую для возбуждения основно- го генератора, тогда как в других схемах полупроводниковые при- боры рассчитываются на всю мощность ВЭУ. С использованием в системе управления частотой вращения асинхронного двигателя подобной полупроводниковой техники, рас- считанной на '!з установленной мощности, получено увеличение., значения созср до 0,95 15.25, 5.26].
Учитывая, что пределы измене- ния частоты скольжения в асинхронном генераторе меньше, чем в двигателе, преимущества в этом случае могут быть более значи- тельными. 5.2. РОЛЬ ВЗС В ЭНЕРГОСИСТЕМАХ Подавляющее большинство ВЭУ, построенных в прошлом, име- ло мощность, не превышающую нескольких киловатт. С современ- ной точки зрения с учетом перспективы использования энергии ветра в энергосистемах необходимы ВЭУ более мощные, для того чтобы уменыпить общие затраты на выбор и подготовку строитель- ных площадок, сооружение и эксплуатацию установок, создание. подъездных путей, линий электропередачи, распределительных устройств, оборудования защиты и других компонентов ВЭУ Из- вестно много ВЭУ различного типа, Однако доказано, что только двигатели с крыльчатым встроколесом перспективны для создания установок мощностью в несколько мегаватт [5.11.
164 Поэтому в ВЭУ, которые будут использованы энергосистемами в ближайшем будущем, и, в частности, в установках, которые должны быть сооружены Министерством энергетики США в различных энергосистемах, будет использована эта концепция. Онн, вероятно, будут иметь двухлопастное ветроколесо диаметром 45— 90 м с системой регулирования поворотом лопастей, автоматически ориентирующееся относительно направления ветра, связанное с синхронным генератором мощностью 200 — 2000 кВт и вращающееся с постоянной частотой. Предполагается, что основным фактором, ограничивающим мощность этих ВЭУ, будут возможности технологии изготовления лопастей.
Даже самые крупные ВЭУ, которые можно сейчас себе представить, имеющие установленную мощность 1500 — 3000 кВт, еше несоизмеримо малы по современным понятиям для энергосистем. Так, новые энергоагрегаты, работающие на угле и ядерном топливе, имсют мощность 1000 МВт, По сравнению с этими агрегатами ВЭУ значительно проще по конструкции, однако их необходимо иметь в большом количестве: для того чтобы получить такую же годовую выработку энергии, как на электростанции указанной мощности, работающей на угле или ядерном топливе, требуется около 1500 ВЭУ единичной мощностью 1500 кВт, работающих с коэффициентом использования установленной мощности около 0,35. К основной стоимости ВЭУ добавляются значительные затраты на оборудование, необходимое для обеспечения надежной работы энергосистемы. К этому следует добавить затраты на аренду или приобретение земли для такого большого количества ВЭУ.
В одном недавно выполненном исследовании [5.271 было показано, что стоимость линий электропередачи, распределительных устройств и оборудования защиты, необходимых для ВЭС, находится в пределах от 100 до 300 долл!кВт в зависимости от количества ВЭУ, входящих в ВЭС, интервала между ними и удаленности ВЭС от сетей энергосистемы. Следует такгке учитывать, что перебои в выработке энергии на ВЭС вследствие отсутствия ветра являются более частыми, чем на ТЭС вследствие аварий, поэтому при наличии ВЭС потребуется, по всей вероятности, болыпий резерв.
В предыдущей' главе показано, что для использования в ВЭУ предложены различные схемы преобразования механической энергии в электрическую [5.28, 5.291. В этих схемах предусмотрено использование синхронного и асинхронного генераторов, генераторов постоянного тока с ипвертором и переменного тока, вырабатывающего напряжение постоянной частоты при переменной частоте вращения нала. Основное преимущество двух последних схем состоит в том, что онп, в принципе, более эффективны, поскольку допускают изменение частоты вращения ветроколеса в широких пределах, что обеспечивает более высокий коэффициент использования энергии ветра.
Однако эти схемы при нх реализации имеют большую стоимость, чем схемы с асинхронным пли синхронным генераторами, применение которых требует в первом случае поддер- жания частоты вращения, близкой к постоянной, а во втором— строго постоянной. Это и некоторые другие факторы снижают эффективность таких схем. Однако синхронным генераторам, требующим постоянную частоту вращения, отдается в настоящее время предпочтение вследствие присущей им совокупности следующих положительных качеств; вероятность возникновения резонансных вибраций конструкции меньше, из-за постоянной частоты вращении ветроколеса; генератор пе потребляет из сети реактивную мощность; технология производства генератора хорошо отработана, а его масса меньше, чем у других систем.
Ряд исследований и разработок [5.30 — 5.321 сконцентрирован сейчас на создании таких узлов ВЭУ, которые минимизировали бы стоимость вырабатываемой электроэнергии. Задача осложняется в Рис. 5.6. Энергетические характеристики: à — располагасмая мощность ветрового потока, прнлодящаяся на площадь, амагавмую вагрпкпласома У вЂ” мощность. развиваемая ваградвнгагслам; Ру установленная мощность; У„„п — мнннмальная рабочая скорость ветра; У вЂ” Расчетная скорость ветра; У Р максимальная рабочая скорость ветра. усг Умаф Умсп связи с трудностью оценки экономических и производственных характеристик компонентов ВЭУ, так как их стоимость изменяется в широких пределах в зависимости от объемов производства.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
