CC BY
12в
естник АПК
_Агроинженерия
.№ 2(10), 2013- ■ ■
УДК 621.311.24:621.548
109
Никитенко Г. В., Коноплев Е. В., Коноплев П. В. Nikitenko G. V., Konoplyov E. V., Konoplyov P. V.
СИСТЕМА АВТОНОМНОГО ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЯ НА ОСНОВЕ ВЕТРОЭНЕРГЕТИЧЕСКОЙ УСТАНОВКИ ДЛЯ ПОТРЕБИТЕЛЕЙ ПЧЕЛОВОДЧЕСКИХ ХОЗЯЙСТВ
AUTONOMOUS POWER SUPPLY SYSTEM BASED ON WIND POWER SYSTEMS FOR YOUR BEE FARMS
Предложена схема замещения цепи выпрямленного A scheme of replacing the chain rectified current of the wind
тока ветроэнергетической установки для анализа ее рабо- power plant for the analysis of its operation. Built electrome-
ты. Построена электромеханическая схема и упрощенная chanical circuit and a simplified equivalent circuit of the circuit
схема замещения цепи выпрямленного тока системы авто- rectified current system of autonomous power, the results of
номного электроснабжения, представлены результаты ма- mathematical modeling. тематического моделирования.
Ключевые слова: ветроэнергетика, автономное элек- Keywords: wind power, autonomous power, wind power троснабжение, ветроэнергетическая установка. plant.
Никитенко Геннадий Владимирович -
доктор технических наук,
профессор, заведующий кафедрой применения
электрической энергии в сельском хозяйстве
Ставропольский государственный
аграрный университет
Тел.: (8652) 71-72-06
E-mail: konoplev82@mail.ru
Коноплев Евгений Викторович -
кандидат технических наук, доцент кафедры применения электрической энергии в сельском хозяйстве Ставропольский государственный аграрный университет Тел.: (8652) 71-72-06 E-mail: konoplev82@mail.ru
Коноплев Павел Викторович -
инженер
Ставропольский государственный аграрный университет Тел.: 89034189746 E-mail: konoplev82@mail.ru
Nikitenko Gennadiy Vladimirovich -
Doctor in Technical Sciences,
Professor, Head of Department
of application of electrical energy in agriculture
Stavropol State Agrarian University
Tel.: 89034189746
E-mail: konoplev82@mail.ru
Konoplyev Evgeniy Viktorovich -
Ph.D. in Technical Sciences,
Docent of Department
of application of electrical energy
in agriculture
Stavropol State
Agrarian University
Tel.: 89034189746
E-mail: konoplev82@mail.ru
Konoplyev Pavel Viktorovich -
Engineer
Stavropol State
Agrarian University
Tel.: 89034189746
E-mail: konoplev82@mail.ru
В последнее время наблюдается увеличение электрооснащенности потребителей малой мощности, таких как пасечные хозяйства, что приводит к повышению эффективности производственных процессов и улучшению качества труда. Удаление пасеки от энергосетей делает автономное электроснабжение единственно приемлемым вариантом. Установленная мощность потребителей пасечного хозяйства, как правило, не превышает 2-3 кВт, а суточное энергопотребление ограничивается 5-15 кВтч. Для автономного электроснабжения пасеки наиболее часто используются систему аккумулятор-инвертор и передвижные дизельные или бензиновые электростанции, однако использование данных систем обусловлено дороговизной в первом
случае и ведет к ухудшению качества выпускаемой продукции во втором, рассмотрим вариант использования экологически чистого источника энергии - ветра [1-5].
На рисунке 1 показана электромеханическая схема системы автономного электроснабжения на основе ветроэнергетической установки.
Стабилизатор частоты вращения на основе машины постоянного тока может работать как в двигательном (в случае нехватки крутящего момента на валу ветроколеса), так и в генераторном режиме (генераторное торможение, в случае избытка крутящего момента на валу ветроколеса). При этом энергия, вырабатываемая стабилизатором частоты вращения на основе машины постоянного тока в генераторном режиме накапливается на аккумуляторах G и может быть использована для поддержания работы
19 Стадродолья
научно-практическии журнал
Рисунок 1 - Электромеханическая схема ветроэнергетической установки (вЭ - асинхронный генератор с короткозамкнутым ротором, С1-С3 - пусковые конденсаторы, Ти - трансформатор напряжения, САУ - система автоматического управления, Я - якорь стабилизатора частоты вращения на основе машины постоянного тока, в - аккумуляторная батарея, ВД - ветродвигатель)
стабилизатора частоты вращения на основе машины постоянного тока в двигательном режиме.
Система автоматического управления работает с сигналами постоянного тока. Составим схему замещения выпрямленного тока для нашей ветроэнергетической установки, приняв, что асинхронный генератор с короткозамкнутым ротором в3, трансформатор напряжения Ти и выпрямитель в схеме замещения примем за ЭДС генератора; систему автоматического управления, формирующую сигнал на якоре машины постоянного тока в зависимости от уровня напряжения на фазах асинхронного генератора примем, как регулятор напряжения с согласующим сопротивлением (ЯСАУ, лиСАу); якорь машины постоянного тока примем как ЕДС машины постоянного тока с его внутренним сопротивлением.
Сигнал об уровне напряжения со статор-ных обмоток асинхронного генератора с короткозамкнутым ротором через понижающие трансформаторы и трехфазный диодный мост поступают в систему автоматического управления, на выходе которой формируется напряжение якорной обмотки машины постоянного тока. При понижении уровня напряжения на выходах асинхронного генератора, напряжение, подаваемое к якорю машины постоянного тока увеличивается и наоборот. При скорости вращения ветроколеса, больше необходимой машина постоянного тока работает в генераторном режиме и накапливает электрическую энергию в аккумуляторы в.
Сигнал с трансформатора напряжения, подключенного к статорным обмоткам асинхронного генератора поступает через диодный мост в систему управления, в связи с этим уровень напряжения с трансформатора и диодного моста можно представить в виде ЭДС асинхронного генератора и внутреннего сопротивления выпрямителя.
Система автоматического управления в зависимости от входного сигнала (уровня напряжения на ста-торных обмотках асинхронного генератора) формирует напряжение (изменяет уровень напряжения) на якорной обмотке машины постоянного тока, поэтому сопротивление системы управления согласует уровни напряжения между статорными обмотками асинхронного генератора и напряжением на якорной обмотке. Элементы сопротивления якоря и ЕДС машины постоянного тока изображены на схеме выпрямленного тока традиционно. С учетом того, что машина постоянного тока может работать как в двигательном, так и в генераторном режиме, составим схему замещения (рис. 2) и систему уравнений (выражение 1).
По первому и второму закону Кирхгофа составим систему уравнений.
'упрАГ - 'сАУ - 'я
'упрАгДвыпрям + 'сАУ ЯСАУ = ЕАГктр, /ЯЯЯ - 'САУ ЯСАУ = —У САУ - ЕМПТ
(1)
где /,
упрАГ /САУ
/я
Явыпря Я САУ
ток управления с асинхронного генератора, А;
ток системы автоматического управления, А; ток якоря машины постоянного тока, А; сопротивление цепи выпрямителя, Ом; сопротивление системы автоматического управления, Ом;
сопротивление якоря машины постоянного тока, Ом;
ЭДС асинхронного генератора, В; коэффициент трансформации трансформатора напряжения;
управляющий сигнал системы автоматического регулирования, В; ЭДС машины постоянного тока, В.
Ток якоря зависит от тока управления асинхронного генератора и тока системы управления, ЭДС асинхронного генератора и ЭДС машины постоянного тока зависит от тока системы автоматического управления.
Я
Я
АГ
к
|р
М111
в
ест m ЛПК
Ставрополья
:№ 2(10), 2013
Агроинженерия
111
Рисунок 2 - Упрощенная схема замещения цепи выпрямленного тока электромеханической схемы
ветроэнергетической установки
Опустив промежуточные преобразования, получим:
I _ САУ" ЕМПТ +
(2)
. (ЕАГктр " |упр АгДзыпр + |САУДзыпр^САУ
_Дзыпр + ДсАУ_
Из выражения 2 видно, что ток якоря зависит от уровня напряжения на системе управления, эДс машины постоянного тока, а так же от ЭДС асинхронного генератора, которая влияет на управляющий сигнал САУ.
Из выражения 2 выразим ЭДС асинхронного генератора.
+ а
( № mU
САУ + ЕМПТ
)( R
выпр
САУ
ЕАГ =
R
- +
САУ
k
тр
+|упр АГ^^выпр " |САУ^^выпр
(3)
k
тр
ЭДС асинхронного генератора зависит от управляющего сигнала системы автоматизированного управления, формирующего ток якоря, который в свою очередь влияет на частоту вращения якоря, соединенного с ротором генера-
тора. Представим графически зависимость ЭДС асинхронного генератора от напряжения системы управления, полученные в процессе моделирования, результат представлен на рисунке 3.
Рисунок 3 - Изменение ЭДС асинхронного генератора в зависимости от уровня напряжения системы автоматического регулирования (при изменении нагрузки 1-0.5 кВт, 2-1 кВт, 3-1.5 кВт)
Из рисунка 3 видно, что при увеличении нагрузки потребителей, изменением напряжения на якоре стабилизатора напряжения на основе машины постоянного тока можно стабилизировать выходные параметры АГ (напряжение и частоту). ЭДС АГ зависит от частоты вращения ротора, при использовании привода генератора от ветроко-леса система автоматического управления так же стабилизирует выходные параметры АГ.
Литература
1. Ветроэнергетические установки в системах автономного электроснабжения: монография / Г. В. Никитенко, Е. В. Коноплев Ставропольский государственный аграрный университет. Ставрополь АГРУС, 2008. С. 152.
2. Оценка вариантов автономного электроснабжения сельскохозяйственных потре-
References
1. Windmills in systems of autonomous power: monograph / Nikitenko G. V., Konoplev E. V. Stavropol State Agrarian University. Stavropol Nevermind, 2008. S. 152.
2. Evaluation of options autonomous power to agricultural consumers / Nikitenko G. V., Konoplyov E. V., Konoplyov P. V. // Photo in agriculture. 2012. № 1. S. 16-17.
Ежеквартальный
научно-практический
журнал
естник АПК
Ставрополья
бителей / Г. В. Никитенко, Е. В. Коноплев, П. В. Коноплев // Техника в сельском хозяйстве. 2012. №1. С. 16-17.
3. Ветроэнергетическая установка автономного электроснабжения / Г. В. Никитенко, Е. В. Коноплев, П. В. Коноплев // Сельский механизатор. 2012. № 2. С. 25.
4. Стабилизация частоты вращения генератора ветроустановки / Г. В. Никитенко, Е. В. Коноплев, П. В. Коноплев // Механизация и электрификация сельского хозяйства. 2012. № 5. С. 24-25.
5. Пат. 113308 Российская Федерация, МПК Р03й 9/00. Ветроэнергетическая установка для автономного электроснабжения потребителей [Текст] / Никитенко Г. В., Коноплев Е. В., Коноплев П. В.; заявитель и патентообладатель ФГБОУ ВПО Ставропольский ГАУ. № 2011131341/07 заявл. 26.07.2011; опубл. 10.02.2012, Бюл. № 4.
6. Электроснабжение потребителей с использованием автономной ветроэнергетической установки / Г В. Никитенко, Е. В. Коноплев, П. В. Коноплев // Сборник научных трудов по материалам 74-й научно-практической конференции СтГАУ, 2010. С. 165-167.
7. Режимы работы системы автономного электроснабжения потребителей / Г. В. Никитенко, Е. В. Коноплев, П. В. Ко-ноплев // Сборник научных трудов по материалам 74-й научно-практической конференции СтГАУ, 2010. С. 167-171.
8. Ветроэнергетическая установка автономного типа / Г В. Никитенко, Е. В. Коноплев, П. В. Коноплев // Сборник научных трудов по материалам 74-й научно-практической конференции СтГАУ, 2010. С. 171-176.
9. Обоснование структуры системы автономного электроснабжения / Г В. Никитенко, Е. В. Коноплев, П. В. Коноплев // Сборник научных трудов по материалам 75-й научно-практической конференции электроэнергетического факультета СтГАУ, 2011. С. 137-143.
10. Ветроэнергетическая установка / Г. В. Никитенко, Е. В. Коноплев, П. В. Коноплев // Сборник научных трудов по материалам 75-й научно-практической конференции электроэнергетического факультета СтГАУ, 2011- С. 143-145.
11. Электроснабжение автономных потребителей посредством использования ветроэнергетических установок / Г. В. Никитенко, Е. В. Коноплев, П. В. Коноплев, А. А. Лысаков // Наука и техника: монография. - Красноярск: Научно-инновационный центр, 2011. С.124-146.
12. Модель ветроэнергетической установки / П. В. Коноплев // Сборник научных трудов по материалам 76-й научно-практической конференции электроэнергетического факультета СтГАУ, 2012. С. 56-64.
3. Wind Turbine autonomous power / Ni-kitenko G. V., Konoplyov E. V., Konoply-ov P. V. // Rural mechanic. 2012. № 2. S. 25.
4. Stabilization speed wind turbine generator / Nikitenko G. V., Konoplyov E. V., Konoplyov P. V. // mechanization and electrification of agriculture. 2012. № 5. S. 24-25.
5. Pat. 113308 Russian Federation, the IPC F03D 9/00. Wind Turbine for autonomous electricity supply [Text] / Nikitenko G. V., Konoplyov E. V., Konoplyov P. V. applicant and patentee FGBOU VPO Stavropol State Agrarian University. № 2011131341/07 appl. 07.26.2011, publ. 10.02.2012, Bull. № 4.
6. Electricity to consumers using autonomous wind turbine / Nikitenko G. V., Konoplyov E. V., Konoplyov P. V. // Proceedings of the Materials of the 74th Scientific Conference SSAU. 2010. P 165-167.
7. Modes of operation of the system of autonomous power of consumers / Nikitenko G. V., Konoplyov E. V., Konoplyov P. V. // Proceedings of the Materials of the 74th Scientific Conference SSAU, 2010, pp. 167-171.
8. Wind Turbine is self-contained / Nikitenko G. V., Konoplyov E. V., Konoply-ov P. V. // Proceedings of the Materials of the 74th Scientific Conference SSAU, 2010, pp. 171-176.
9. Rationale for the structure of the system of autonomous power / Nikitenko G. V., Kon-oplyov E. V., Konoplyov P. V. // Proceedings of the Materials of the 75th Scientific Conference of the electricity department SSAU, 2011, pp. 137-143.
10. Wind Turbine / Nikitenko G. V., Konoplyov E. V., Konoplyov P. V. // Proceedings of the Materials of the 75th Scientific Conference of the electricity department SSAU, 2011, pp. 143-145.
11. Power supply autonomous consumers through the use of wind turbines / Nikitenko G. V., Konoplyov E. V., Konoplyov P. V., Lysakov A. A. // Science and technology: monograph. Atlanta: Research and Innovation Center, 2011. Pp. 124-146.
12. Model wind turbine / Konoplyov P. V. // Proceedings of the Materials of the 76th Scientific Conference of the electricity department SSAU, 2012, pp. 56-64.
