Алексієвський Дмитро Геннадійович. Електромеханічна система вітроенерге- тичної установки на базі надсинхронного вентильного каскаду

Короткий опис

Алексієвський Дмитро Геннадійович. Електромеханічна система вітроенерге- тичної установки на базі надсинхронного вентильного каскаду. : Дис... канд. наук: 05.09.03 2003

Алексієвський Д.Г. Параметричний синтез електромеханічної системи на базі надсинхронного вентильного каскаду - Рукопис.
Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук по спеціальності 05.09.03 - "Електротехнічні комплекси і системи". Національний гірничий університет Міністерства освіти та науки України, Дніпропетровськ, 2003.
Дисертація присвячена методам параметричного синтезу електромеханічної системи вітроенергетичної установки без аеродинамічного регулювання на базі надсинхронного вентильного каскаду (НВК).
У роботі проведений аналіз структур вітроелектрогенеруючіх систем, який показав перспективність побудови ВЕУ без аеродинамічного регулювання на базі схем енергоустаткування з неповним перетворенням потужності.
Запропонована стала траєкторія регулювання вітроелектрогенеруючій системи, яка дозволяє знизити встановлену потужність електрообладнання НВК.
Розроблена оптимізаційна математична модель вибору робочого ковзання. Розроблена методика розрахунку механічних характеристик НВК з урахуванням впливу ефекту витискування струму на процеси комутації роторного випрямляча.
Запропоновані спосіб регулювання НВК в складі ВЕУ і структурна схема системи керування, що його реалізує. Шляхом дослідження математичної моделі електромеханічної системи була підтверджена працездатність запропонованого в роботі способу регулювання та структурної схеми системи керування. В роботі приведено інженерну методику розрахунку електромеханічної системи ВЕУ на базі НВК та некерованої вітротурбіни.

В дисертаційній роботі наведене вирішення науково-практичної задачі, яка полягає у дослідженні параметрів та характеристик електромеханічної системи вітроенергетичної установки на базі надсинхронного вентильного каскаду та некерованої вітротурбіни з підвищеними техніко-економічними показниками, з метою створення методів параметричного синтезу цієї системи.
Виконані у дисертаційній роботі дослідження дали змогу зробити наступні висновки:

Проведений техніко-економічний аналіз існуючих структур вітроелектрогенеруючих систем показав доцільність побудови ВЕУ без аеродинамічного регулювання на базі електрогенеруючої системи з неповним перетворенням потужності. У такій ВЕУ досягається зменшення капітальних та експлуатаційних витрат за рахунок спрощення конструкції вітротурбіни та зменшення встановленої потужності електрообладнання.
Запропонована в роботі стала траєкторія регулювання електромагнітним моментом генератора в координатах моменту і кутової швидкості обертання валу генератору, дозволяє знизити встановлену потужність генератора і трансформатору інвертору. Зниження встановленої потужності досягається шляхом обмеження електромагнітного моменту генератора на рівні номінального значення при кутовій швидкості обертання нижче номінальної.
Неоднозначний вплив максимального робочого ковзання асинхронної електричної машини, у складі розглянутої у роботі електрогенеруючої системи, ставить задачу оптимізації його значення. Ця задача вирішується за допомогою мультиплікативного критерію оптимізації, який враховує видобуток електроенергії та капітальні витрати на побудову ВЕУ. При дослідженні оптимізаційної моделі, яка була створена на основі запропонованого критерію оптимізації, було виявлено, що залежність критерію оптимізації від максимального робочого ковзання має вигляд зростаючої функції з ділянкою насичення. Оптимальне робоче ковзання вибирається за допомогою першої проізводної цієї функції, і відповідає заданому мінімальному значенню першої похадної по максимальному робочому ковзанню.
Проведені за допомогою оптимізаційної моделі розрахунки оптимального значення максимального робочого ковзання НВК для типових характеристик вітрового потоку показали, що максимальне робоче ковзання слід вибирати у межах близьких до (-1). Такі значення максимального робочого ковзання вимогають застосування спеціалізованих електричних машин з фазовим ротором.
Великі значення робочого ковзання, що відповідають номінальному режиму електромеханічної системи, змушують при розрахунках характеристик НВК враховувати вплив ефекту витискування струму. В результаті дослідження характеристик НВК з урахуванням впливу ефекту витискування струму встановлено, що вплив ефекту витискування струму в роторних обмотках асинхронної електричної машини у складі НВК відрізняється від впливу ефекту витискування струму в асинхронній машині з пасивними елементами в роторі, наявністю процесів комутації у роторному випрямлячеві. Механічні характеристики асинхронної електричної машини з фазовим ротором у складі надсинхронного вентильного каскаду, отримані з урахуванням впливу ефекту витискування, на відміну від характеристик, розрахованих за допомогою відомих методів мають меншу жорсткість на начальній ділянці, що відповідає першому режиму роботи роторного випрямляча.
В результаті дослідження математичної моделі електромеханічної системи ВЕУ на базі НВК та некерованої вітротурбіни була підтверджена працездатність запропонованого способу керування електромагнітним моментом генератора НВК та структури системи керування, що його реалізує.
Електромагнітний момент генератора у перехідних режимах може перевищувати краєві значення сталої траєкторії регулювання. Отримані у роботі розрахункові співвідношення між номінальною потужністю електрообладнання і розрахунковою активною потужністю ВЕУ дозволяють визначати встановлену потужність генератора та трансформатора інвертора з урахуванням перевантаження системи під час електромеханічного перехідного процесу.