Меню
Главная
Авторизация/Регистрация
 
Главная arrow Техника arrow Основы ветроэнергетики

РЕЖИМЫ РАБОТЫ И СХЕМЫ СОЕДИНЕНИЯ ВЕТРОЭЛЕКТРИЧЕСКИХ УСТАНОВОК

Режимы работы ветроэлектрических установок

В общем случае генерирующие установки традиционных электрических станций можно разделить на три основные группы:

1) для покрытия основной нагрузки, характеризуются непрерывным выработкой электрической энергии;

2) для покрытия промежуточного нагрузки, характеризуются циклической работой и изменяемой части суммарного графика нагрузки;

3) для покрытия пиковых нагрузок, создание энергетического резерва.

В связи с этим принципиально возможно использование ВЭУ в трех основных режимах электроснабжения: автономном выборочном и параллельном.

Автономный режим должен предусматривать полное обеспечение непрерывного электроснабжения потребителя от ветроэнергетической установки в течение установленного срока ее эксплуатации.

Выборочный режим характеризуется тем, что нагрузка должна соответствующим образом распределяться между энергосистемой и ВЭУ. При этом электромагнитная мощность, вырабатываемая ВЭУ и превышает мощность нагрузки, подается непосредственно в энергосистему, а ее дефицит для покрытия графика нагрузки удовлетворяется за счет энергосистемы. Поэтому в периоды, когда скорость ветрового потока находится вне интервалом рабочих скоростей или равен нулю, энергосистема должна самостоятельно нести эту нагрузку.

Параллельный режим работы с энергосистемой является работой не на конкретного потребителя, а должен быть направлен или на увеличение суммарного выработки электрической энергии, или на частичное покрытие суммарного графика нагрузки энергосистемы, обеспечивая при этом существенную экономию органического топлива. Колебания мощности ветрового потока приводить к существенным колебаниям мощности, вырабатываемой при этом периоды, когда скорости потока находятся вне рабочего интервалом, можно предположить лишь с определенной вероятностью. Даже в тех районах, где постоянно есть наличие энергии ветрового потока, электромагнитная мощность ВЭУ товары, будет оптимальным образом подобранная для этого ветрового кадастра, поскольку он сам по себе испытывает часовые, суточные и сезонные изменения. В результате попытки непосредственно согласовать электромагнитную мощность, вырабатываемая ВЭУ, с профилем графика нагрузки приведут к потерям мощности, которые могут существенно отразиться как на работе отдельных потребителей, так и энергосистемы в целом.

В общем случае указанные особенности работы ВЭУ, графиков нагрузки и энергосистемы делают невозможным самостоятельное использование ВЭУ без соответствующих систем резервирования, поскольку такое использование не способно будет обеспечивать надежное и бесперебойное электроснабжение потребителей. В зависимости от типа используемой системы резервирования ВЭУ следует разделить на ВЭУ с резервированием от энергосистемы и ВЭУ с аккумуляцией энергии.

В первом случае полная утилизация энергии ветрового потока требует от энергетической системы принятия преобразованной электроэнергии ВЭУ в любое время и в любом количестве. При этом традиционные электрические станции, за исключением атомных, должны сглаживать случайные колебания электромагнитной мощности, вырабатываемой ВЭУ, и соответствующим образом согласовывать мощности генерации с суммарным графиком нагрузки энергосистемы, что приводит к необходимости наличия резервных энергетических установок, находящихся в постоянной готовности.

Во втором случае, если электромагнитная мощность, вырабатываемая ВЭУ, превышает потребление энергосистемы, ее избыток подается в накапливал. Если количество ВЭУ достаточно велика, а система накопления энергии построена с учетом ветрового режима, то это позволит усреднить суммарная выработка электроэнергии, и в энергосистему непрерывно доступатиме постоянная мощность. В результате электрическая энергия будет производиться в любое время года.

Режим флаги полностью определяет для ВЭУ способ преобразования энергии ветрового потока в электрическую энергию. Поэтому, в зависимости от структурного построения преобразовательной электрической части, ветроэлектрическ установки делятся на ВЭУ с непосредственным преобразованием и с промежуточным частотным преобразованием. К первому типу относятся синхронные и асинхронные ВЭУ, в другой - ВЭУ с каскадным включением электрических машин (генератора, выпрямителя, инвертора, преобразователя).

Широкомасштабное использование ВЭУ для параллельной работы с энергосистемой должно быть созданием разветвленной электрической сети ВЭУ большой мощности, которая накладывается на существующую сеть электроснабжения от традиционных электрических станций.

Для того, чтобы обеспечить динамическую устойчивость и синхронность работы ВЭУ с энергосистемой, необходимо использовать режим фиксированной угловой частоты вращения неподвижны. При этом произведение фиксированной номинальной частоты вращения вала ветродвигателя и передаточного отношения мультипликатора должен соответствовать частоте энергосистемы с учетом числа пар полюсов генераторов. Величина электромагнитной мощности, вырабатываемой синхронными ВЭУ и отдается в энергосистему, определяется как

(7.1)

где суммарные потери в генераторе, представляющие собой механические потери и потери в стали и меди статора; U - напряжение в фазе статора; / - Ток в фазе статора; - Коэффициент мощности, определяется параметрами энергосистемы, в которую синхронная ВЭУ отдает электрическую мощность.

При работе синхронной ВЭУ параллельно с энергосистемой допускаются только слабые по амплитуде колебания частоты вращения ротора синхронного генератора равны 1 ... 2% от номинальной, в течение короткого промежутка времени (порядка долей секунды). Поэтому необходимо, чтобы синхронная ВЭУ обладала достаточным динамическую электрическую стойкость в периоды, когда она подвергается воздействию порывов ветрового потока, неожиданно меняются, потому вынужденные колебания, вызванные неравномерностью вращения ветродвигателя, накладываются на свободные колебания, обусловленные свойствами самого синхронного генератора ВЭУ и энергосистемы, может привести к резонансу тока или напряжения. Так, внезапное изменение скорости ветрового потока на 25% при фиксированной скорости вращения ветродвигателя увеличивает величину крутящего аэродинамического момента ветродвигателя, почти в два раза.

Таким образом, синхронная ВЭУ в режиме фиксированной угловой частоты вращения при постоянном возбуждении с увеличением скорости ветрового потока будет сопровождаться ростом частоты вращения вала ветродвигателя, увеличением угла мощности и увеличением электромагнитной мощности, развиваемой. Поэтому при определенных условиях синхронная ВЭУ может выпасть из синхронной работы с энергосистемой. Чтобы избежать этого вектор ЭДС при работе синхронной ВЭУ всегда должен опережать вектор напряжения в сети. При этом увеличение угла мощности и электромагнитной мощности продолжаться до тех пор, пока не наступит равновесие крутящего аэродинамического момента ветродвигателя, приведенного к валу синхронного генератора и момента нагрузки, является суммой электромагнитного момента, развиваемого и момента потери. В результате синхронная ВЭУ будет продолжать работать уже с большей нагрузкой и, соответственно, с меньшим запасом динамической устойчивости и удельного синхронизирующего мощности

Для того, чтобы повысить электромагнитную мощность развивается, и тем самым обеспечить равновесие на валу синхронного генератора ВЭУ, необходимо увеличить ЭДС. Увеличение ЭДС при этом должно достигаться быстрым нарастанием тока возбуждения. Поэтому следует использовать независимое возбуждение синхронного генератора, поскольку оно с этой точки зрения гораздо предпочтительнее самовозбуждения.

При работе асинхронной ВЭУ параллельно с энергосистемой, статор асинхронного генератора подключен к энергосистеме, а произведение частоты вращения вала ветродвигателя и передаточного отношения мультипликатора больше синхронной частоты. Для поддержания высокого КПД в генераторном режиме абсолютные значения скольжения асинхронной машины должны быть того же порядка, что и в двигательном. Электромагнитная мощность, генерируемая асинхронной ВЭУ, также определяется частотой вращения ветродвигателя, как и в случае синхронной ВЭУ. Поэтому для такой ВЭУ должен быть обеспечен режим фиксированной угловой частоты вращения ротора асинхронного генератора по отношению к выбранной номинальной частоты вращения. При этом асинхронная ВЭУ будет значительный запас динамической устойчивости по моменту. Однако, несмотря на это, асинхронная ВЭУ должна иметь защиту от повышения частоты вращения, так как сильный порыв ветрового потока может значительно увеличить крутящий аэродинамический момент, в результате чего асинхронная ВЭУ может перейти на неустойчивую участок механической характеристики. При этом генерируемая электромагнитная мощность начнет быстро снижаться, а частота вращения продолжать увеличиваться, что может привести к аварийной ситуации.

Запуск асинхронной ВЭУ в работу фактически является на определенном этапе работой асинхронного генератора в режиме двигателя на холостом ходу. Эта фаза работы ВЭУ продолжается до тех пор, пока не будет достигнута подсинхронных частота вращения ротора, начиная с которой подключается ветродвигатель вращающейся и переводит ВЭУ в генераторный режим.

Суммарный коэффициент использования энергии ветрового потока асинхронной ВЭУ ниже, чем в синхронной ВЭУ; коэффициент мощности в результате потребления реактивного тока от энергосистемы также снижается. Это объясняется тем, что ток намагничивания асинхронной ВЭУ составляет 20-25% номинального тока, при этом мощность возбуждения синхронной ВЭУ составляет менее 1% номинальной мощности синхронного генератора.

Если асинхронная ВЭУ должна работать параллельно с энергосистемой, то для корректировки коэффициента мощности ее генератор должен самовозбуждаться от блока статических конденсаторов. Наличие такого самовозбуждения дает возможность асинхронной ВЭУ устойчиво работать на нагрузку любого характера.

Для режима параллельной работы с энергосистемой асинхронные ВЭУ с учетом специальных условий работы предпочтительнее синхронные, поскольку они отличаются следующими преимуществами:

- Отсутствием необходимости точной синхронизации с энергосистемой, что допускает колебания аэродинамического крутящего момента, которые постоянно имеют место из-за порывистого характера ветрового потока;

- Значительным запасом устойчивости электромагнитного момента, развиваемого;

- Наличием незначительного запаса по частоте вращения вследствие частотного разделения между частотой вращения ротора асинхронного генератора и частотой энергосистемы;

- Низкой стоимостью, надежностью и простотой в эксплуатации, управлении и обслуживании.

Каскадная ВЭУ способна генерировать электромагнитное мощность трехфазного переменного тока с постоянным напряжением и частотой в режиме изменяемой угловой частоты вращения, обеспечивает максимальный суммарный коэффициент использования энергии ветрового потока. В каскадной ВЭУ принципиально возможно использование следующих типов генераторов: синхронного; постоянного тока; с постоянными магнитами; асинхронного с фазным ротором. При работе в режиме изменяемой угловой частоты вращения генератор каскадной ВЭУ производить напряжение, пропорциональное частоте вращения неподвижны. Поэтому для стабилизации генерируемого напряжения должен использоваться преобразователь тиристорный. При этом сначала генерируемая напряжение должно стабилизироваться и выпрямляться, после чего полученная стабилизированное напряжение постоянного тока превращается в переменное напряжение постоянной частоты и выдается в энергосистему.

Использование синхронного генератора в каскадной ВЭУ нецелесообразно, поскольку это электрическая машина практически постоянно работать в переходных режимах, значительно ухудшает ее эксплуатационные характеристики и, в конце концов, приводит к снижению суммарного КПД.

Применение генераторов постоянного тока является неэкономичным из- за большой стоимости и создание дополнительных сложностей электромеханического характера, поскольку в результате засорения электрической машины пылью, образующейся при срабатывании щеток также усиливается колебаниями крутящего момента и ухудшением условий коммутации, необходимо чаще проводить техническое обслуживание.

Генератор с постоянными магнитами имеет определенное преимущество по сравнению с предыдущими в плане обеспечения относительно высокого КПД, однако последний достигается при высокой частоте вращения ротора и возможен только для малых мощностей.

Каскадная ВЭУ с асинхронным генератором с фазным ротором обеспечивает отбор электромагнитной мощности, как со стороны статора, так и со стороны ротора и обеспечивает высокое быстродействие при регулировании магнитной мощности товары, и значительную гибкость при согласовании с заданным режимом эксплуатации.

 
< Предыдущая   СОДЕРЖАНИЕ   Следующая >
 

Предметы
Агропромышленность
Банковское дело
БЖД
Бухучет и аудит
География
Документоведение
Естествознание
Журналистика
Инвестирование
Информатика
История
Культурология
Литература
Логика
Логистика
Маркетинг
Математика, химия, физика
Медицина
Менеджмент
Недвижимость
Педагогика
Политология
Политэкономия
Право
Психология
Региональная экономика
Религиоведение
Риторика
Социология
Статистика
Страховое дело
Техника
Товароведение
Туризм
Философия
Финансы
Экология
Экономика
Этика и эстетика
Прочее