RU2210854C2 - Windmill-electric power plant - Google Patents

Abstract

FIELD: wind-power engineering; automatically controlled off-line and power-grid windmill-electric power plants. SUBSTANCE: windmill- electric power plant has differential gear transmission whose links are mechanically coupled with windmill shaft, ac generator shaft, and adjustable dc machine shaft, respectively. Adjustable dc machine armature is electrically connected to second dc machine armature mechanically coupled with ac generator shaft. Second dc machine has additional field winding connected to amplifying device. Input of the latter is connected to output of regulator one of whose inputs is connected to output of speed shaper and other one, to adder output. Speed shaper input is connected to output of windmill shaft speed transducer. Active-power controller is connected to second input of adder. EFFECT: improved characteristics of generated electrical energy. 1 cl, 1 dwg

Description

Изобретение относится к ветроэлектроэнергетике и может быть использовано при создании ветроэлектрических установок. The invention relates to wind power and can be used to create wind power plants.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому техническому результату является ветроэлектрическая установка, содержащая ветродвигатель, вал которого механически связан с валом генератора переменного тока, управляемый выпрямитель, вход которого соединен со статорной обмоткой генератора переменного тока, датчик частоты вращения вала ветродвигателя, к выходу которого подключен вход функционального преобразователя, реализующего кубическую зависимость, сумматор, входы которого соединены соответственно с выходом функционального преобразователя и с выходом датчика активной мощности нагрузки, а выход сумматора через интегратор подключен к управляющему входу управляемого выпрямителя, датчик скорости ветра и дифференциатор, причем выход датчика скорости ветра подключен через дифференциатор к дополнительному входу сумматора [1]. The closest in technical essence and the achieved technical result is a wind turbine installation containing a wind turbine, the shaft of which is mechanically connected to the shaft of the alternator, a controlled rectifier, the input of which is connected to the stator winding of the alternator, a rotational speed sensor of the wind turbine shaft, to the output of which the input is connected a functional converter that implements cubic dependence, an adder whose inputs are connected respectively to the output of the functional interface converter and to output active power load sensor, and the output of the adder is connected via an integrator to the control input of the controlled rectifier, a wind speed sensor and the differentiator, and a wind velocity sensor output is connected via a differentiator to the auxiliary input of the adder [1].

Недостатком прототипа является наличие высших гармоник в выходном токе и напряжении управляемого выпрямителя, что снижает качество электроэнергии, передаваемой в электрическую сеть. The disadvantage of the prototype is the presence of higher harmonics in the output current and voltage of the controlled rectifier, which reduces the quality of electricity transmitted to the electrical network.

Задачей изобретения является создание ветроэлектрической установки, обеспечивающей повышение качества производимой электроэнергии. The objective of the invention is the creation of a wind power installation that provides improved quality of the generated electricity.

Поставленная задача решается тем, что устройство содержит ветродвигатель, генератор переменного тока, датчик частоты вращения вала ветродвигателя, датчик активной мощности нагрузки, сумматор, один из входов которого соединен с выходом датчика активной мощности нагрузки. The problem is solved in that the device comprises a wind turbine, an alternator, a rotational speed sensor of the wind turbine shaft, an active load power sensor, an adder, one of the inputs of which is connected to the output of the active load power sensor.

Новым по сравнению с прототипом является то, ветроэлектрическая установка содержит зубчатую дифференциальную передачу, одно из звеньев которой механически соединено с валом ветродвигателя, второе звено - с валом генератора переменного тока, а третье звено - с регулирующей машиной постоянного тока, якорь которой электрически связан с якорем второй машины постоянного тока, механически соединенным с валом генератора переменного тока, при этом вторая машина постоянного тока имеет дополнительную обмотку возбуждения, присоединенную к усилительному устройству, вход которого подключен к выходу регулятора, один из входов которого подключен к выходу формирователя скорости, а другой - к выходу сумматора, при этом вход формирователя скорости соединен с выходом датчика частоты вращения вала ветродвигателя, а ко второму входу сумматора подключен задатчик активной мощности. New in comparison with the prototype is that the wind power installation contains a gear differential gear, one of the links of which is mechanically connected to the shaft of the wind turbine, the second link to the shaft of the alternator, and the third link to the regulating DC machine, the anchor of which is electrically connected to the armature the second DC machine, mechanically connected to the shaft of the alternator, while the second DC machine has an additional field winding connected to the force a device, the input of which is connected to the output of the controller, one of the inputs of which is connected to the output of the speed driver, and the other to the output of the adder, while the input of the speed driver is connected to the output of the speed sensor of the wind turbine shaft, and the active power master is connected to the second input of the adder .

Новая совокупность указанных признаков необходима и достаточна для получения указанного технического результата, так как появляется возможность стабилизации частоты тока и напряжения вырабатываемой электроэнергии путем обеспечения постоянства частоты вращения и угла нагрузки генератора. A new set of these features is necessary and sufficient to obtain the specified technical result, since it becomes possible to stabilize the frequency of the current and voltage of the generated electricity by ensuring the constancy of the rotation frequency and the load angle of the generator.

Сущность изобретения поясняется чертежом, на котором изображена структурная схема устройства. The invention is illustrated in the drawing, which shows a structural diagram of the device.

Ветроэлектрическая установка содержит ветродвигатель 1, зубчатую дифференциальную передачу 2, одно из звеньев которой присоединено к ветродвигателю 1, второе звено - к генератору 3 переменного тока, а третье звено - к электрической машине 4 постоянного тока, якорь которой электрически связан с якорем второй электрической машины 5. Якорь электрической машины 5 механически соединен с валом генератора 3 переменного тока. Электрическая машина 5 имеет дополнительную обмотку 6 возбуждения, присоединенную к усилительному устройству 7, вход которого присоединен к выходу регулятора 8, один из входов которого подключен к выходу формирователя 9 скорости, а другой вход - к выходу сумматора 10. Один из входов сумматора 10 присоединен к выходу датчика 11 активной мощности нагрузки, входом подключенного к электрической сети 12; другой вход сумматора 10 присоединен к задатчику 13 активной мощности. На валу ветродвигателя 1 расположен датчик 14 частоты вращения вала ветродвигателя, выход которого присоединен ко входу формирователя 9 скорости. Якорная обмотка генератора 3 переменного тока присоединена через выключатель 15 к электрической сети 12. The wind electric installation comprises a wind turbine 1, a differential gear 2, one of the links of which is connected to the wind turbine 1, the second link to the alternator 3, and the third link to the electric DC machine 4, the anchor of which is electrically connected to the armature of the second electric machine 5 The armature of the electric machine 5 is mechanically connected to the shaft of the alternator 3. The electric machine 5 has an additional excitation winding 6 connected to an amplifying device 7, the input of which is connected to the output of the controller 8, one of the inputs of which is connected to the output of the speed former 9, and the other input to the output of the adder 10. One of the inputs of the adder 10 is connected to the output of the sensor 11 of the active power of the load, the input connected to the electric network 12; the other input of the adder 10 is connected to the setpoint 13 active power. On the shaft of the wind turbine 1 is a sensor 14 of the rotational speed of the wind turbine shaft, the output of which is connected to the input of the speed former 9. The anchor winding of the alternator 3 is connected through a switch 15 to the electrical network 12.

Ветроэлектрическая установка работает следующим образом. Wind power installation works as follows.

Контроль частоты вращения ветродвигателя 1 осуществляется датчиком 14 частоты вращения вала ветродвигателя. Сигнал с датчика 14 частоты преобразуется в формирователе 9 скорости, сигнал от которого имеет нелинейную зависимость, регуляторе 8, усиливается в усилителе 7 и используется для изменения тока в обмотке 6 возбуждения электрической машины 5. В результате изменения тока в обмотке 6 возбуждения изменяется напряжение на якоре и частота вращения электрической машины 4 до величины, обеспечивающей стабильность частоты вращения генератора 3 переменного тока. Заданная величина активной мощности устанавливается с помощь задатчика 13 активной мощности и поддерживается в результате сравнения уровня сигнала от датчика 11 активной мощности с уровнем сигнала на выходе задатчика 13 активной мощности. Разность сигналов изменяет ток возбуждения в обмотке 6 возбуждения, в результате чего изменяется ток в якорной цепи электрических машин 5 и 4 и соответственно опорный момент в зубчатой дифференциальной передаче 2. The control of the rotational speed of the wind turbine 1 is carried out by the sensor 14 of the rotational speed of the wind turbine shaft. The signal from the frequency sensor 14 is converted into a speed former 9, the signal from which has a non-linear dependence, the regulator 8 is amplified in the amplifier 7 and is used to change the current in the excitation winding 6 of the electric machine 5. As a result of the change in the current in the excitation winding 6, the armature voltage changes and the rotational speed of the electric machine 4 to a value that ensures the stability of the rotational speed of the alternator 3. The set value of the active power is set using the active power setter 13 and is maintained by comparing the signal level from the active power sensor 11 with the signal level at the output of the active power setter 13. The difference of the signals changes the excitation current in the excitation winding 6, as a result of which the current in the armature circuit of electric machines 5 and 4 and, accordingly, the reference moment in the gear differential gear 2 changes.

Предлагаемое устройство может быть использовано при создании ветроэлектростанций и автоматизации режимов работы ветроэлектростанций, как автономных, так и работающих на общую электрическую сеть. The proposed device can be used to create wind farms and automate the operating modes of wind farms, both stand-alone and working on a common electrical network.

Источники информации
1. А.С. 1300625 (СССР), Н 02 Р 9/00. Ветроэлектрическая установка./ Р.И. Мустафаев, Ю.М. Курдюков, Б.А. Листенгартен, В.Г. Ледаков. Опубл. в БИ 12, 1987.Sources of information
1. A.S. 1300625 (USSR), N 02 P 9/00. Wind electric installation / R.I. Mustafaev, Yu.M. Kurdyukov, B.A. Listengarten, V.G. Ledakov. Publ. in BI 12, 1987.

Claims (1)

Ветроэлектрическая установка, содержащая ветродвигатель, генератор переменного тока, датчик частоты вращения вала ветродвигателя, датчик активной мощности нагрузки, сумматор, один из входов которого соединен с выходом датчика активной мощности нагрузки, отличающаяся тем, что она имеет зубчатую дифференциальную передачу, одно из звеньев которой механически соединено с валом ветродвигателя, второе звено - с валом генератора переменного тока, а третье звено - с регулирующей машиной постоянного тока, якорь которой электрически связан с якорем второй машины постоянного тока, механически соединенным с валом генератора переменного тока, при этом вторая машина постоянного тока имеет дополнительную обмотку возбуждения, присоединенную к усилительному устройству, вход которого подключен к выходу регулятора, один из входов которого подключен к выходу формирователя скорости, а другой к выходу сумматора, при этом вход формирователя скорости соединен с выходом датчика частоты вращения вала ветродвигателя, а ко второму входу сумматора подключен задатчик активной мощности. A wind electric installation comprising a wind turbine, an alternating current generator, a rotational speed sensor of a wind turbine shaft, an active load power sensor, an adder, one of the inputs of which is connected to an output of an active load power sensor, characterized in that it has a gear differential transmission, one of whose links is mechanically connected to the shaft of the wind turbine, the second link to the shaft of the alternator, and the third link to the regulating DC machine, the anchor of which is electrically connected to the yak Rem the second DC machine, mechanically connected to the shaft of the alternator, while the second DC machine has an additional field winding connected to an amplifying device, the input of which is connected to the output of the controller, one of the inputs of which is connected to the output of the speed driver, and the other to the output of the adder, while the input of the speed former is connected to the output of the speed sensor of the wind turbine shaft, and an active power master is connected to the second input of the adder.