способ управления ветроэлектрической установкой

Формула изобретения

Способ управления ветроэлектрической установкой, заключающийся в том, что на выходе преобразователя частоты, соединенного с магнитоэлектрическим генератором переменного тока, работающим от ветроколеса, формируют переменное напряжение стабильной частоты, причем управление преобразователем частоты осуществляют с помощью основного сигнала регулирования, пропорционального средней мощности ветроколеса, отличающийся тем, что задают частоту тактовых импульсов, определяют производную выходного тока, формируют несколько сигналов дополнительных уровней, поочередно суммируемых в соответствии с частотой тактовых импульсов с основным сигналом регулирования на этапе увеличения выходного тока, для чего с приходом каждого тактового импульса разрешают поступление очередного сигнала дополнительного уровня к основному сигналу регулирования лишь при наличии информации о положительной производной скорости изменения выходного тока, при этом в случае отрицательного значения ее величины снимают поступление сигнала предыдущего дополнительного уровня к основному сигналу регулирования, повторяя этот процесс до поступления информации о положительной производной скорости изменения выходного тока.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано при проектировании источников переменного напряжения, выполненных на основе ветроэлектрических систем генерирования.

Известен способ получения переменного напряжения с помощью ветроэлектрической установки, содержащей регулируемый преобразователь частоты, генератор и ветроколесо. Регулирование выходного напряжения установки осуществляют путем формирования управляющего сигнала, пропорционального мощности ветроколеса (1).

Наиболее близким к изобретению является способ управления ветроэлектрической установкой, содержащей регулируемый преобразователь частоты, соединенный с генератором нестабильной частоты, приводимым в движение ветроколесом. Регулирование выходного напряжения установки осуществляют управляющим сигналом, пропорциональным мощности ветроколеса (2). Недостатком известных решений (1) и (2) является низкая эффективность энергетической системы, обусловленная тем, что при измерении средней мощности ветроколеса, зависящей от его скорости, момента движения, силы ветра и других факторов, возможны большие погрешности, влияющие на формирование управляющего сигнала всей ветроэлектрической установкой и, следовательно, величину электроэнергии, передающейся в сеть. Например, при погрешностях измерения скорости 5-10% и заданной выходной мощности установки 1-3 мг Вт, потери электроэнергии могут составить несколько тысяч кВт.

Техническим результатом, которого можно достичь при использовании данного изобретения, является повышение эффективности ветроэлектрической установки.

Технический результат достигается тем, что в способе управления ветроэлектрической установкой, состоящем в том, что на выходе преобразователя частоты, соединенного с магнитоэлектрическим генератором переменного тока, работающим от ветроколеса, формируют переменное напряжение стабильной частоты, причем управление преобразователем частоты осуществляют с помощью основного сигнала регулирования, пропорционального изменению средней мощности ветроколеса (2), формируют несколько дополнительных уровней сигналов, поочередно суммируемых в соответствии с частотой тактовых импульсов с основным сигналом регулирования на этапе увеличения выходного тока нагрузки, для чего с приходом каждого тактового импульса разрешают поступление очередного дополнительного уровня сигнала к основному сигналу регулирования лишь при наличии информации о положительной производной скорости изменения выходного тока нагрузки, при этом в случае отрицательного значения ее величины снимают поступление предыдущего дополнительного уровня к основному сигналу регулирования, повторяя этот процесс до поступления информации о положительной производной скорости изменения выходного тока нагрузки.

Увеличение передачи в сеть энергии, вырабатываемой ветроколесом, достигается за счет использования мгновенной мощности ветроколеса, превышающей его среднюю мощность, а также за счет исключения погрешностей при измерении средней мощности ветроколеса путем корректировки (в сторону увеличения) уровня основного сигнала регулирования на этапе увеличения выходного тока нагрузки.

Источников, содержащих информацию о реализации данной задачи, не обнаружено, что позволяет сделать вывод о соответствии данного решения критерию «изобретательский уровень».

На чертеже представлена электрическая схема ветроэлектрической установки, реализующей данный способ.

Устройство содержит систему генерирования переменного напряжения, включающую в себя преобразователь частоты 1, входом соединенный с выходом генератора 2 нестабильной частоты, вал которого связан с ветроколесом 3 через мультипликатор. Преобразователь частоты 1 может быть выполнен по любой известной схеме со звеном постоянного тока либо без него. Выходная цепь преобразователя частоты 1 через повышающий трансформатор соединена с выходными выводами, служащими для подсоединения трехфазной нагрузки переменного тока стабильной частоты, например, сети с частотой 50 Гц. Управляющий вход преобразователя 1 частоты подсоединен к выходу узла управления 4, входами соединенного с датчиком выходного напряжения 5 и выходом регулятора мощности 6. Первый вход регулятора мощности 6 соединен с выходом измерителя активной мощности 7, на входы которого поступает информация с датчиков тока 8 и напряжения 5, включенных в выходную цепь системы генерирования. Второй вход регулятора мощности 6 соединен с выходом сумматора 9, входы которого подключены к выходам блока формирования дополнительных сигналов 10 и блока измерения средней мощности 11 ветроколеса 3. Входы блока формирования дополнительных сигналов 10 соединены с выходами реверсивного счетчика 12, входы которого подключены к источнику тактовых импульсов 13 и блоку определения знака производной выходного тока 14, вход которого соединен с датчиком тока 8. Блок формирования дополнительных сигналов 10 выполнен в виде нескольких источников постоянных напряжений, число которых соответствует числу выходов реверсивного счетчика и числу уровней дополнительных сигналов, подаваемых на сумматор 9, на выходе которого формируют основной сигнал регулирования. Каждый из источников постоянных напряжений, соответствующий одному из уровней дополнительных сигналов, может быть выполнен в виде резистора, подсоединенного к источнику эталонного напряжения через ключ, управляемый выходным сигналом реверсивного счетчика 12. В зависимости от вида сигнала, формируемого блоком измерения средней мощности 11 (аналогового или цифрового), выход блока 10 может быть соединен с сумматором 9 непосредственно либо посредством аналого-цифрового преобразователя.

Блок определения знака производной выходного тока 14 представляет собой устройство, содержащее блок памяти, фиксирующий величину тока в момент прихода тактового импульса, соединенный с «пик-детектором», который сравнивает величину выходного тока, соответствующего предыдущему такту, с ее значением в последующем такте. Если сигнал в последующем такте больше предыдущего, то производная скорости изменения выходного тока положительная, если меньше - отрицательная.

Способ реализуют следующим образом.

На выходе преобразователя частоты 1, соединенного с магнитоэлектрическим генератором переменного тока 2, работающим от ветроколеса 3, формируют переменное напряжение стабильной частоты. Управление преобразователем частоты 1 осуществляют с помощью основного сигнала регулирования, пропорционального изменению средней мощности ветроколеса. Повышение эффективности передачи энергии в сеть осуществляют путем последовательного равномерного увеличения уровня основного сигнала управления, формируемого блоком измерения средней мощности 11 ветроколеса 3. Данная корректировка сигнала регулирования направлена на компенсацию погрешностей измерения средней мощности ветроколеса 3. Повышение основного сигнала управления производят ступенчато с частотой, задаваемой источником тактовых импульсов 13. С приходом очередного сигнала от этого источника реверсивный счетчик 12 дает команду на формирование на выходе блока 10 дополнительного сигнала соответствующего уровня, который подается на сумматор 9, складываясь с сигналом, снимаемым с выхода блока измерения средней мощности 11. При этом определяют реакцию системы генерирования на принудительное увеличение отбираемой нагрузкой мощности. Если ветроэлектрическая установка может ее отдать, то с приходом следующего тактового импульса возможно дальнейшее ступенчатое увеличение сигнала управления. То есть формируют несколько дополнительных уровней сигналов, поочередно суммируемых в соответствии с частотой тактовых импульсов с основным сигналом регулирования на этапе увеличения выходного тока нагрузки. Если после очередного увеличения сигнала управления реакция системы генерирования такова, что ток нагрузки падает, т.е. происходит перегрузка ветроколеса 3 и, следовательно, его торможение, то с приходом следующего такта снимают поступление предыдущего дополнительного сигнала, уменьшая основной сигнал регулирования. Таким образом с приходом каждого тактового импульса разрешают поступление очередного дополнительного уровня сигнала к основному сигналу регулирования лишь при наличии информации о положительной производной скорости изменения выходного тока нагрузки. В случае отрицательного значения ее величины снимают поступление предыдущего дополнительного уровня к основному сигналу регулирования, повторяя этот процесс до поступления информации о положительной производной скорости изменения выходного тока нагрузки. Корректировка основного сигнала управления идет только в сторону увеличения и, следовательно, основной закон регулирования установкой не нарушается.

Устройство, реализующее данный способ, работает следующим образом.

Мощность ветроколеса 3 с помощью системы генерирования отдается в сеть. Преобразователь частоты 1 преобразует мощность генератора 2 (частота и напряжение которого изменяются в соответствии с изменением числа оборотов ветроколеса) в мощность трехфазного напряжения стабильной частоты (50 Гц). Управляющий вход преобразователя частоты 1 соединен с выходом узла управления 4, осуществляющего стабилизацию его выходного напряжения и частоты и регулировку активной выходной мощности системы генерирования. Формирование сигнала регулировки активной мощности осуществляют с помощью регулятора мощности 6, на вход которого подают основной сигнал регулирования (пропорциональный средней мощности ветроколеса) и сигнал величины реальной активной мощности с измерителя 7.

Источник тактовых импульсов задает частоту подачи уровней дополнительных сигналов, заведомо увеличивающих уровень основного сигнала регулирования, сформированный узлом 11. Если это приводит к увеличению отдаваемой мощности (выходного тока нагрузки), то на выходе блока измерения знака производной 14 появляется положительный сигнал и реверсивный счетчик 12 при поступлении следующего тактового импульса подключает очередной «весовой» источник постоянного напряжения, входящий в состав блока формирования дополнительных сигналов 10.

Если при поступлении очередного тактового импульса сигнал на выходе блока 14 будет отрицательным, что свидетельствует о перегрузке всей системы по мощности, то счетчик 12 снимает подачу предыдущего дополнительного уровня постоянного напряжения. В случае дальнейшего снижения тока нагрузки повторяет подобную операцию с частотой тактовых импульсов.

Данный способ позволяет на 10-15% повысить эффективность энергетической системы за счет нейтрализации погрешностей измерений средней мощности ветроколеса и использования динамических перегрузок ветроэлектрической установки.

Источники информации

1. «Ветроэнергетика» под ред. Д. де Рензо, -М.: Энергоатомиздат, 1982 г., с.192-209.

2. Energetica, RSR, 1984 г., т.32, №3, с.125÷131.