Навігація
Головна
ПОСЛУГИ
Авторизація/Реєстрація
Реклама на сайті
 
Головна arrow Техніка arrow Основи вітроенергетики
< Попередня   ЗМІСТ   Наступна >

Основні схеми включення ВЕУ

Основними параметрами, які повинні бути розглянуті при виборі структури та схем вітроенергетичних установок, призначених для перетворення енергії вітру в електричну енергію, є: вид вироблюваної електроенергії (змінна напруга змінної або постійної частоти; постійна напруга); частота обертання вітродвигуна (постійна, близька до постійної, змінна); характер використання вироблюваної електричної енергії (застосування акумуляторних батарей, акумулювання за допомогою інших способів, видача електроенергії в мережу змінного струму енергосистеми). В даний час розроблено і застосовується значна кількість схем для перетворення енергії вітру в електричну енергію постійної або змінної напруги за допомогою електричних генераторів постійного струму і відповідно асинхронних або синхронних генераторів. Найпростіше система використовується з електрогенератором постійного струму – виходить постійна напруга в мережі при різній швидкості вітру завдяки регулюванню збудження.

Можливі технологічні схеми ефективного отримання електричної енергії за рахунок енергії вітру для автономної роботи ВЕУ представлені на рис. 7.8.

Структурні схеми систем генерування і використання електроенергії при автономній роботе ВЕУ

Рисунок 7.8 – Структурні схеми систем генерування і використання електроенергії при автономній роботе ВЕУ

Генерування постійного струму даний час здійснюється в практично тільки на малих ВЕУ потужністю не більше 10...20 кВт. У цьому випадку не потрібна постійна частота обертання вітродвигуна і зазвичай застосовуються акумуляторні батареї. У сучасних ВЕУ перетворення енергії вітру здійснюється в основному тільки в схемах з генеруванням змінного струму. Наприклад, акумулювання енергії у вигляді теплоти з використанням її для опалення приміщень може бути здійснено при застосуванні ВЕУ змінної напруги з частотою, що змінюється або ВЕУ постійної напруги. Частота обертання вітродвигуна в цьому випадку не обов'язково повинна бути постійною. Застосування випрямних пристроїв дає можливість отримати постійне напруження, яке може бути використане безпосередньо або ж після його інвертування в змінну напругу постійної частоти.

Мінливість вітру і сильна залежність потужності ВЕУ від швидкості вітру ускладнюють забезпечення високої якості електроенергії та надійності електропостачання споживачів в автономному режимі роботи ВЕУ. Кількість годин використання генеруючої потужності ВЕУ залежить від середньорічної швидкості вітру і лежить в межах 2...4 тис. год на рік. Найбільш сприятливі для роботи ВЕУ осінньо- зимовий і ранній весняний періоди року, що в цілому збігається з умовами зміни електричного та теплового навантажень об'єктів автономного енергопостачання.

В даний час визнано, що великомасштабне отримання електричної енергії за рахунок використання енергії вітру має здійснюватися у вигляді змінної напруги постійної частоти для можливості подачі електроенергії, що виробляється в мережі існуючих енергосистем. Можливі технологічні схеми ефективного отримання електричної енергії за рахунок енергії вітру при паралельній роботі ВЕУ з енергосистемою, представлені на рис. 7.9.

Зусилля зі створення ВЕУ великої потужності значною мірою пов'язані з використанням вітродвигуна з постійною частотою обертання, сполученого з синхронним генератором або, при використанні асинхронного генератора, забезпечення обертання вітродвигуна з частотою, близькою до постійної.

Структурні схеми систем генерування і використання електроенергії при підключенні ВЕУ до мережі

Рисунок 7.9 – Структурні схеми систем генерування і використання електроенергії при підключенні ВЕУ до мережі

Останнім часом привертає увагу інший підхід узгодження роботи ВЕУ з енергосистемою, який полягає в тому, щоб дати можливість вітродвигуну обертатися зі змінною оптимальною частотою, регульованою відповідно до зміни швидкості вітру, і з застосуванням спеціальних генеруючих систем забезпечувати отримання змінної напруги постійної частоти, що відповідає частоті напруги енергосистеми.

Методи отримання змінної напруги постійної частоти при змінній частоті обертання вала вітродвигуна в загальному випадку зводяться до диференціальних і недиференціальних груп. Диференціальні методи реалізуються в системах ВЕУ з синхронними генераторами за допомогою механічних пристроїв, що забезпечують отримання постійної частоти обертання генераторів (редуктори зі змінним передавальним відношенням, пристрої з гідравлічною передачею потужності і т.п.), а також за допомогою електричних пристроїв, що компенсують зміну частоти обертання за допомогою живлення обмотки збудження напругою з частотою, рівній різниці частоти обертання ротора генератора і частоти напруги енергосистеми, на яку працює генератор. Недиференціальні методи можуть бути реалізовані через статичні пристрої зміни частоти за схемою перетворення: змінна напруга – постійна напруга – змінна напруга.

Складність практичної реалізації таких схем полягає в необхідності мати в системі ланку (в силовому колі або в системі управління вітродвигуном), що забезпечує узгодження -частоти і рівня напруги ВЕУ з цими ж параметрами в точці підключення до енергосистеми.

Існує безліч схем підключення ВЄУ до енергосистеми, основні відмінності яких складаються в конструкції і типу генераторів, а також наявності і типу перетворювальних пристроїв. На рис. 7.10 показано схеми прямого підключення до енергосистеми ВЄУ з синхронним генератором (рис. 7.10, а) і асинхронним (рис.7.10, б) генератором з короткозамкненим ротором, підключеними до вітродвигуна через мультиплікатор (редуктор) п, Для реалізації таких схем паралельної роботи ВЕУ з мережею енергосистеми необхідною умовою є постійне підтримання синхронної швидкості обертання ротора СГ і надсинхронної швидкості – для АГ.

Безпосереднє підключення до мережі ВЕУ з синхронним (а) і асинхронним (б) генератором

Рисунок 7.10 – Безпосереднє підключення до мережі ВЕУ з синхронним (а) і асинхронним (б) генератором

У разі паралельної роботи декількох ВЕУ з синхронними генераторами, частота обертання валів генераторів може підтримуватися стабільним шляхом наступних можливих варіантів підключення:

– кожен генератор має власний пристрій синхронізації;

– пристрої автоматичної синхронізації синхронізують генератори між собою у групах, а потім відбувається синхронізація груп з мережею;

– пристрої автоматичної синхронізації синхронізують генератори між собою в групі, потім синхронізуються групи, а з мережею синхронізація відбувається безпосередньо на головній підвищувальної підстанції.

Очевидно, що перший варіант найбільш повно відповідає експлуатаційним вимогам і дозволяє встановлювати мінімальну кількість синхронізуючих пристроїв. У цьому випадку будь-який з генераторів може підключатися до мережі незалежно від інших.

Застосування асинхронних генераторів дозволяє виключити з головної схеми ВЕС синхронізуючі пристрої. Однак у цьому випадку власнику ВЕС доводиться або розплачуватися з мережевою компанією за реактивну потужність, споживану установками з мережі. На рис. 7.10, б в схемі застосований асинхронний генератор (АГ) класичної конструкції, що має короткозамкнений ротор. У асинхронному генераторі швидкість обертання ротора повинна бути вище синхронної швидкості та ковзання є негативним, але за абсолютним значенням приблизно однаковим з двигуном – 3...8 %. Розглянута схема характеризується сталістю швидкості обертання вітроколеса, що не є оптимальним з точки зору використання енергії вітру.

Для підвищення ефективності використання вітру пізніше стали використовувати ступеневе (зазвичай двоступеневе) регулювання швидкості. Для чого в статорі генератора закладається дві обмотки з різною кількістю пар полюсів. При низькій швидкості вітру, для збереження оптимальної швидкохідності застосовується низька швидкість обертання вітроколеса і в генераторі включається обмотка з найбільшим числом пар полюсів. При зростанні швидкості вітру вище певної межі, відбувається перемикання на найменше значення числа пар полюсів і допускається збільшення швидкості обертання. Двошвидкісні ВЕУ отримали широке поширення, тому їх конструкція істотно простіша, ніж схеми з перетворювачами.

Другий спосіб підключення ВЕУ до енергосистеми, на відміну від попереднього способу, передбачає послідовне перетворення електроенергії перед подачею її в енергосистему за допомогою випрямлячів і інверторів, що не вимагає застосування систем підтримки сталості і синхронізації швидкості генераторів ВЕУ (рис. 7.11).

Підключення ВЕУ до мережі через випрямляч і інвертор з синхронним (а) та асинхронним (б) генератором

Рисунок 7.11 – Підключення ВЕУ до мережі через випрямляч і інвертор з синхронним (а) та асинхронним (б) генератором

На рис. 7.1, а зображена схема підключення на паралельну роботу з енергосистемою ВЕУ з синхронним генератором без пристрою синхронізації. У цій схемі на виході генератора частота струму змінюється в широкому діапазоні відповідно до зміни швидкості вітродвигуна. Далі змінний струм перетворюється у випрямлячі (В) у постійний і двожильним кабелем подається на інвертор (І), що знаходиться внизу у башті ВЕУ, де і перетворюється в змінний струм частотою 50 Гц. Тип інвертора – "ведений мережею", і це означає, що частота на виході інвертора задасться фактично існуючою в кожну мить частотою мережі. Відомо, що за допомогою інвертора можна міняти кут між струмом і напругою. Якщо струм "відстає" від напруги, то генератор споживає реактивну потужність, а якщо струм "випереджає" напругу то генератор виробляє поряд з активною і реактивну потужність. Іншими словами, вітроустановка може брати участь у регулюванні напруги мережі в точці приєднання ВЕУ до енергосистеми. Природно, що випрямляч і інвертор в схемі розраховані кожен на повну потужність генератора, що призводить до подорожчання електричної частини ВЕУ.

На рис. 7.11, б зображена схема підключення на паралельну роботу з енергосистемою ВЕУ з асинхронним генератором з короткозамкненим ротором. Швидкість вітродвигуна і частота струму на виході асинхронного генератора також змінюються в широкому діапазоні, а подальше перетворення і видача вироблюваної ВЕУ електроенергії в енергосистему здійснюється так само, як у схемі рис. 7.11, а. Так як асинхронний генератор для намагнічування ротора повинен споживати реактивну потужність і за рахунок послідовно включених випрямляча і інвертора, не може отримати її з мережі, в схему на вихід генератора включена конденсаторна батарея, як джерело реактивної потужності.

На рис. 7.12 представлені схеми підключення ВЕУ до енергосистеми, характерною особливістю яких є наявність перетворювача частоти (ПЧ). У цих схемах перетворювачі частоти також розраховуються на повну потужність генератора ВЕУ.

Підключення ВЕУ до мережі за допомогою перетворювача частоти з (а) синхронним (без механічної передачі) і (б) асинхронним генератором

Рисунок 7.12 – Підключення ВЕУ до мережі за допомогою перетворювача частоти з (а) синхронним (без механічної передачі) і (б) асинхронним генератором

На рис. 7.12, а як приклад, показана схема підключення до енергосистеми ВЕУ з синхронним генератором і без мультиплікатора. Фірмою Enercon (Німеччина) розроблений тихохідний синхронний багатополюсний генератор, що дозволило відмовитися від редуктора і істотно спростити механічну частину ВЕУ. Однак електрична частина істотно ускладнилася за рахунок включення в схему перетворювача частоти, але при цьому придбала додаткові позитивні якості. У таких системах може використовуватися також асинхронний генератор з короткозамкненим ротором (рис. 7.12, б). Так, наприклад, при зміні швидкості обертання вітроколеса відповідно змінюється швидкість обертання ротора генератора, що призводить до зміни частоти на виході генератора і вході в перетворювачі. Далі на виході перетворювача частота підтримується рівною частоті мережі (50Гц в Європі і 60 Гц в США). Схема забезпечує підтримку оптимального значення швидкохідності у великому діапазоні зміни швидкості вітру. Однак це досягнуто ціною збільшення загальної вартості електрообладнання ВЕУ на величину вартості перетворювача частоти.

 
Якщо Ви помітили помилку в тексті позначте слово та натисніть Shift + Enter
< Попередня   ЗМІСТ   Наступна >
 
Дисципліни
Агропромисловість
Банківська справа
БЖД
Бухоблік та Аудит
Географія
Документознавство
Екологія
Економіка
Етика та Естетика
Журналістика
Інвестування
Інформатика
Історія
Культурологія
Література
Логіка
Логістика
Маркетинг
Медицина
Менеджмент
Нерухомість
Педагогіка
Політологія
Політекономія
Право
Природознавство
Психологія
Релігієзнавство
Риторика
РПС
Соціологія
Статистика
Страхова справа
Техніка
Товарознавство
Туризм
Філософія
Фінанси