CC BY
5
УДК 621.311.24
Молоканов А.А. студент 4-го курса
Тамбовский Государственный Технический Университет
Россия, г. Тамбов ВЫБОР И ПРИМЕНЕНИЕ ЭЛЕКТРОГЕНЕРАТОРОВ ДЛЯ ВЕТРОЭНЕРГЕТИЧЕСКОЙ УСТАНОВКИ
Аннотация - Электрогенератор является одним из основных элементом электрооборудования ветроэнергетической установки (ВЭУ). Помимо основного назначения электрогенератор должен выполнять определенные функции по стабилизации и регулированию параметров, характеризующих качество вырабатываемой электроэнергии. В последнее десятилетие бурное развитие нетрадиционной электроэнергетики обеспечило широкий ассортимент электрогенераторов для ВЭУ различной модификации и характеристик. В статье предложены методы выбора электрогенератора для ВЭУ, а также рассмотрены характеристики основных производимых на сегодняшний день типов электрогенераторов для ВЭУ, их недостатки и модификации.
Ключевые слова - нетрадиционная энергетика, асинхронный генератор, синхронный генератор, ветроэнергетическая установка.
Molokanov A.A.
4rd year student Tambov State Technical University
Russia, Tambov
PROBLEMS OF CHOICE AND APPLICATION OF ELECTRIC GENERATORS FOR WIND POWER INSTALLATION
Abstract - The electric generator is one of the main elements of the electrical equipment of a wind power installation (WG). In addition to the main purpose, the electric generator must perform certain functions of stabilization and regulation of parameters characterizing the quality of the generated electricity. In the last decade, the rapid development of unconventional power generation has provided a wide range of electric generators for wind turbines of various modifications and characteristics. The article proposed methods for selecting an electric generatorfor wind turbines, and also describes the characteristics of the main types of electric generators for wind turbines currently produced, their drawbacks and modifications.
Key words - alternative energy, asynchronous generator, synchronous generator, wind power installation.
Энергия ветра для производства электроэнергии сегодня является уже самостоятельной, конкурентоспособной и практически незагрязняющей технологией, широко используемая во многих странах мира. Стремительное развитие ветроэнергетики обусловлено в том числе и улучшением
электроники, применяемой в ВЭУ. Электрогенераторы ВЭУ работают в тяжёлых климатических и технических условиях: на открытом воздухе, при значительных колебаниях температуры, влажности, дождя. Конструктивные особенности размещения и эксплуатации делают их недоступными для регулярного технического обслуживания и ремонта. Они работают в условиях постоянно повышенных вибраций, изменчивых скоростных режимах и силе ветра. В связи с этим огромное значение уделяется выборе электрогенератора для обеспечения стабильной и эффективной работы ВЭУ.
В настоящее время можно выделить ряд методик, позволяющих выбрать электрогенератор для ВЭУ. Первый метод определяет выбор электрогенератора исходя из выходной мощности генератора ВЭУ [1]. Известно, что выходная мощность электрогенератора ВЭУ зависит от конструкции лопастей и кинетической энергии ветра. В нашей работе мы не будем приводить логическую цепь расчетов, результатом которых является ниже полученная формула. Данные расчеты вы легко можете найти в источниках, указанных в списке литературы.
В целом формула расчета мощности электрогенератора выглядит следующим образом:
РВЭУ=0,68^У3 , (1)
где D - диметр колеса; V - средняя скорость ветра. Все эти электрические машины являются электромеханическими устройствами, которые работают по закону электромагнитной индукции Фарадея. То есть они действуют через взаимодействие магнитного потока и электрического тока или потока заряда. Поскольку этот процесс является обратимым, ту же машину можно использовать в качестве обычного электрического двигателя для преобразования электрической энергии в механическую мощность или в качестве генератора, преобразующего механическую энергию обратно в электрическую энергию.
Электрические машины, наиболее часто используемые для применений ветряных турбин, - это те, которые действуют как генераторы, причем синхронные генераторы и индукционные генераторы (как показано) обычно используются в более крупных ветрогенераторах, в то время как более мелкие и отечественные ветряные турбины, как правило, используют низкоскоростной генератор постоянного тока. или «Динамо», так как они маленькие, дешевые и намного проще в подключении.
Таким образом, имеет значение, какой тип электрического генератора мы можем использовать для производства энергии ветра. Простой ответ - да и нет, так как все зависит от типа системы и приложения, которое вы хотите. Низковольтный выход постоянного тока от генератора или динамо старого типа можно использовать для зарядки аккумуляторов, в то время как синусоидальный выход переменного тока с более высоким напряжением переменного тока можно подключить непосредственно к локальной сети.
Кроме того, выходное напряжение и потребляемая мощность полностью зависят от имеющихся у вас устройств и от того, как вы хотите их
использовать. Кроме того, расположение генератора ветротурбины, будет ли ресурс ветра поддерживать его постоянно вращающимся в течение длительных периодов времени, или будет ли скорость генератора и, следовательно, его мощность изменяться вверх и вниз в зависимости от изменения доступного ветра.В целом следует отметить, что при выборе электрогенератора ВЭУ наибольшее значение играют три фактора.
1) Выходная мощность электрогенератора («пиковая нагрузка»). Данный фактор зависит только от мощности инвертора и не связан с такими аспектами как скорость ветра и ёмкость аккумуляторных батарей. Этот параметр определяет то максимальное количество электроприборов, которые могут быть одновременно подключены к системе электроснабжения [1]. Таким образом, количество электроэнергии напрямую зависит от мощности инвертора, в связи с чем для увеличения выходной мощности в ряде случаев подключают несколько инверторов [2].
2) При слабой скорости ветра или при полном его отсутствии наиболее важным фактором становится емкость аккумуляторной батареи, которая определяет время непрерывной работы и зависит от параметров потребления: мощности и длительности. Чем выше данные показатели, тем с большим объемом аккумуляторные батареи необходимо использовать [1].
3) Третьим фактором выступает скорость заряда аккумуляторной батареи. Данный фактор зависит от многих аспектов: выходной мощности электрогенератора, скорости ветра, рельефа местности. Данные параметры находятся в прямой зависимости от скорости зарядки аккумуляторных батарей и их учет позволит обеспечить экономичность и эффективность ВЭУ [1].
Одной из основополагающих проблем в применении электрогенераторов для ВЭУ является их конструкция. На сегодняшний день среди разработчиков и специалистов в этой области нет единого мнения по вопросу оптимальной и эффективной конструкции электрогенератора для ВЭУ. Анализ литературы позволил нам выделить типы электрогенераторов, которые конструктивно и экономически наиболее часто рассматривают для ВЭУ. Перечислим данные типы с кратким указанием их достоинств и недостатков, а также проанализируем современные международные модификации и разработки в области данных электрогенераторов.
Ученые из США при исследовании синхронного генератора с электромагнитным возбуждением для ВЭУ предложили модель транзиторного повышения устойчивости энергосистемы с помощью комплексного глобального управления ветряных электростанций и синхронных генераторов [2].
В своей модели они предложили использование зоны контроля на основе нелинейного оптимального управления с использованием алгоритма обучения с подкреплением и нейронных сетей, которые оптимизируют замкнутую энергосистему путем приближённого динамического программирования. Теоретическая модель была проверена путем
исследования на системе из трех агрегированных ветропарков. Результаты показали, что предложенный метод улучшает динамическую устойчивость системы и уменьшает ее внутренние колебания в переходных режимах.
Стоит отметить, что большинство современных международных исследований в области электрогенераторов для ВЭУ ведутся в области асинхронных генераторов. Очевидно, что это связано, в первую очередь, с меньшими финансовыми затратами при создании и эксплуатации и с более высокой надежностью, по сравнению с синхронными генераторами.
Таким образом, выбор электрогенератора для ВЭУ должен осуществлять в соответствии с характеристиками потребителя, особенностей автономной системы, рельефа и ландшафта местности, характеристик ветрового потока и учетом преимуществ и недостатков конструктивных особенностей самого генератора.
Использованные источники:
1. Нурахмет Е.Е., Гафаров А.А., Бенке М.С. Выбор электрогенераторов для ветроэнергетических установок//Молодой ученый. - 2016. - №28.2.-С. 68-79.
2. Досаев М.З., Климина Л.А. Методика исследования влияния параметров генератора на эффективность малых ветроэнергетических установок//Вопросы современной науки и практики. Университет им. В.И. Вернадского. - 2014. - №4(54). - С. 94-101
