Дорохов Олександр Володимирович. Зниження динамічних перевантажень з метою підвищення надійності асинхронних генераторів вітроелектроагрегатів, які працюють паралельно з мережею

Краткое описание

Дорохов Олександр Володимирович. Зниження динамічних перевантажень з метою підвищення надійності асинхронних генераторів вітроелектроагрегатів, які працюють паралельно з мережею: дис... канд. техн. наук: 05.09.01 / Національний технічний ун-т "Харківський політехнічний ін-т". - Х., 2005.

Дорохов О. В. Зниження динамічних перевантажень з метою підвищення надійності асинхронних генераторів вітроелектроагрегатів, які працюють паралельно з мережею. Рукопис.
Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за фахом 05.09.01 електричні машини і апарати. Національний технічний університет Харківський політехнічний інститут”, м. Харків, 2004.
Дисертація присвячена питанням розрахунку ударних перехідних струмів і ударного динамічного моменту, а також розробці можливих методів їхнього демпфування. При вмиканні АГ на паралельну роботу з мережею, за рахунок практично нерухомих аперіодичних складових потокозчеплення у роторі, що обертається із синхронною швидкістю, наводиться велика згасаюча ЕРС, що зумовлює виникнення у генераторі струму, кратність якого на початку перехідного процесу може сягати 11. Одночасно виникає згасаючий знакозмінний момент, кратність якого в окремі моменти часу сягає 3. Зазначені ударні струми та ударні динамічні моменти вкрай несприятливо впливають на роботу ВЕА, призводячи до виходу з ладу механічної частини та аварійних відключень, зумовлених несанкціонованим спрацьовуванням апаратів захисту. Тому з метою підвищення ефективності ВЕА запропоновано заходи зі зниження перевантажень. Запропонований пристрій для неодночасного підмикання фаз АГ до мережі дозволяє домогтися зниження ударного струму та ударного моменту у два рази. Розроблені методика і програма розрахунку генерованої ВЕА потужності на підставі даних метеостанцій про характер коливань швидкості вітру конкретного району та їхніх часових змін дозволяють розраховувати вироблювану ВЕА потужність залежно від кліматичних умов у районі його установки. Розроблено рекомендації щодо забезпечення кліматичної стійкості АГ ВЕА, методику розрахунку генерованої ними потужності. При проектуванні ВЕА слід враховувати пульсуючий з подвоєною частотою мережі момент, що виникає при двофазному вмиканні і викликає вібрацію ВЕА. Дано рекомендації щодо вибору оптимальної потужності АМ у генераторному режимі.

У дисертаційній роботі наведено теоретичне обґрунтування і розв'язання науково-практичної задачі, що полягає в розробці комплексу науково-технічних способів з підвищення експлуатаційної надійності АГ ВЕА, що досягається за рахунок зниження механічних перевантажень ВЕА. Розроблені методики розрахунку і способи зниження механічних перевантажень ВЕА в перехідних режимах, а також рекомендації щодо конструкції АГ ВЕА, які дозволяють забезпечити кліматичну стійкість останніх.
1. Питання демпфування ударних струмів і моментів та забезпечення кліматичної стійкості АГ ВЕА вимагають більш глибокого вивчення, тому що вони дозволять виключити найбільш характерні поломки, які спостерігалися при експлуатації ВЕА на діючих ВЕС. Виходячи з цього доцільною є розробка методик розрахунку ударних струмів і моментів, способів їхнього зниження і забезпечення кліматичної стійкості АГ ВЕА.
2. Розроблено методику розрахунку в перехідному процесі струмів і моментів АГ ВЕА при підмиканні на паралельну роботу з мережею. Методика дозволяє розраховувати перехідні процеси в АГ ВЕА при його підмиканні на паралельну роботу з мережею, як з демпфуючими опорами у колі статора, так і без них. На відміну від існуючих методик, розроблена методика враховує вплив на характер перехідного процесу активного опору статора.
3. Встановлено, що шунтування демпфуючого опору необхідно робити тільки після згасання аперіодичних складових струмів що виключає сплески струмів і моментів, більші за ті, що були при увімкненому опорі. Час загасання аперіодичних складових струмів для різних типів АГ складає від 0,2 до 1,5 сек. Запропоновано включати на час пуску послідовно з обмотками генератора активні опори, значення яких у 3-3,5 рази більші за активний опір обмотки статора. При цьому кратність ударного моменту не перевищує 1, а кратність струму 7. Максимальна кратність моменту не залежить від початкової фази напруги при одночасному підмиканні фаз АГ до мережі.
4. Отримано розв’язання системи диференційних рівнянь при почерговому підмиканні фаз генератора до мережі. Встановлено найбільш раціональну послідовність підмикання фаз обмотки АГ до мережі, визначено початкові фази напруги.
Встановлено, що при неодночасному підмиканні до мережі фаз АГ ВЕА кратність ударних струмів і моментів знижується в 2 рази.
Запропоновано робити підмикання двох фаз генератора до мережі у момент часу, що відповідає амплітудному значенню лінійної напруги, а третю фазу підмикати при амплітудному значенні фазної напруги із запізнюванням у 9-12 періодів.
5. У систему диференційних рівнянь, що описують електромагнітні процеси в АМ, введено функцію, що встановлює безпосередній зв'язок між гармонійними складовими швидкості вітру і моментом на валу генератора.
6. Запропоновано пристрій, що здійснює неодночасне підмикання фаз генератора до мережі. За рахунок запропонованого виконання кола керування досягається забезпечення вмикання силового кола при проходженні синусоїдальної напруги через амплітудне значення, за відхилень напруги мережі живлення, що відповідають нормативам. Також забезпечується практично стале значення фази напруги, при якій відбувається вмикання і, за рахунок цього, забезпечується підвищення надійності пристрою і спрощення його конструкції.
При проектуванні ВЕА варто враховувати пульсуючий з подвоєною частотою мережі момент, що виникає при двофазному включенні, що викликає вібрацію ВЕА.
7. Теоретично обґрунтовано вплив коливань швидкості вітру на потужність, що віддається вітротурбіною. У систему диференційних рівнянь, що описують електромагнітні процеси у АМ, введено функцію, що встановлює безпосередній зв'язок між гармонійними складовими швидкості вітру і моментом на валу генератора. Розрахованорозбіжність між потужністю, що виробляє вітротурбіна, і потужністю, встановленою для вітротурбіни виготовлювачем, при заданій середній швидкості вітру.
8. Отримано акт впровадження результатів дисертаційної роботи в КБ ДП ХЕМЗ (м.Харків).