Способ управления асинхронным вентильным генератором

ОПИСАНИЕ Союз Советских Социалистических(51) М. Кл. нием заявки М 2 Р 9/42 присое Государственный комитет 23) Приоритет Опубликовано 07.01.82. Бюллетень МДата опубликования описания 07,01.8(54) СПОСОБ УПРАВЛЕНИЯ АСИНХРОННЫМ ВЕНТИЛЬНЫМ ГЕНЕРАТОРОМИзобретение относится к получению и преобразованию электроэнергии, а именно к способам управления генераторами с частотой тока, не пропорциональной частоте вращения вала.Известны способы управления асинхронными генераторами с вентильными преобразователями, напряжение которых стабилизируют воздействием на частоту тока статора в функции отклонения выходного напряжения от заданного 1.Недостатком такого управления является возможность развозбуждения генератора при резких значительных изменениях нагрузки и малый диапазон частот вращения в системах с соизмеримой мощностью приводного двигателя.Известен также способ управления асинхронным вентильным генератором (АВГ), при котором частота тока статора регулируется в функции отклонения выходного напряжения от заданного, а стабилизация частоты выходного напряжения осуществляется посредством полупроводникового преобразователя стабильной частоты, к зажимам постоянного тока которого подключают аккумуляторную батарею 2. Управление генератором в соответствии с указанным способом приводит к хорошим результатам в том случае, когда мощность приводного двигателя значительно превышает мощность, отдаваемую генератором в нагрузку. В условиях, когда мощность нагрузки соизмерима с мощностью приводного двигателя, которая изменяется с изменением частоты вращения вала (как, например, на ветроэлектрических станциях), такой способ управления приведет к торможению приводного двигателя, снижению частоты вращения вала ниже минимальной рабочей частоты вращения, если мощность нагрузки превышает максимальную мощность приводного двигателя, и, как следствие, выходу всей установки из рабочего режима.Наиболее близким к предлагаемому является способ управления асинхронным вентильным генератором, включающим асинхронную машину, вентильный преобразователь регулируемой частоты, вентильный преобразователь стабильной частоты и аккумуляторную батарею, включенную на выходе вентильного преобразователя регулируемой частоты, путем регулирования частотытока статора асинхронной машины воздействием на преобразователь регулируемой частоты и стабилизации частоты напряжения на нагрузке воздействием на преобразователь стабильной частоты 3.В условиях, когда мошность нагрузки соизмерима с мощностью приводного двигателя, которая изменяется с изменением частоты вращения вала, известный способ управления приведет к торможению приводного двигателя, снижению частоты врашения вала ниже минимальной рабочей частоты вращения, если мощность нагрузки превышает максимальную мощность приводного двигателя, и, как следствие выходу всей установки из рабочего режима.Цель изобретения - расширение диапазона рабочих частот вращения вала генератора при обеспечении требуемой стабильности выходного напряжения в условиях соизмеримости мощности нагрузки и приводного двигателя.Поставленная цель достигается тем, что в способе управления асинхронным вентильным генератором, включающим асин:.ронную машину, вентильный преобразователь регулируемой частоты, вентильный преобразователь стабильной частоты и аккумуляторную батарею, включенную на выходе вентильного преобразователя регулируемой частоты, путем регулирования частоты тока статора асинхронной машины воздействием на преобразователь регулируемой частоты и стабилизации частоты напряжения на нагрузке воздействием на преобразователь стабильной частоты определяют максимальную мощность приводного двигателя и измеряют действительную мощность, вырабатываемую генератором, сравнивают полученные величины и регулирование частоты тока статора асинхронной машины осуществляют сигналом, пропорциональным величине рассогласования, кроме того, измеряют напряжение на выходе вентильного преобразователя стабильной частоты, сравнивают его с заданным напряжением и регулируют коэффициент передачи вентильного преобразователя стабильной частоты сигналом, пропорциональным величине рассогласования.Кроме того, измеряют ЭДС аккумуляторной батареи, сравнивают ее с заданной и дополнительно регулируют частоту тока статора синхронной машины сигналом, пропорциональным величине рассогласования.При этом максимальную мощность приводного двигателя определяют путем измерения скорости вращения вала асинхронной машины и преобразования ее по характеристике Р= 1(п), где Р - максимальная мощность приводного двигателя; п - скорость вращения вала.На фиг. 1 приведена функциональная блок-схема для осуществления способа управления асинхронным вентильным генера 5 1 О 15 з 0 25 30 35 40 45 50 55 тором (АВГ) ветроэлектрической установки; на фиг. 2 - зависимость максимальной мощности приводного двигателя от скорости вращения вала.На схеме показаны приводной ветродвигатель 1, который приводит во вращение вал асинхронной машины, асинхронная машина 2, являющаяся генератором электроэнергии, полупроводниковый преобразователь 3 регулируемой частоты (ПРЧ), осуществляющий функцию регулирования частоты тока статора асинхронной машины, аккумуляторная батарея 4, полупроводниковый преобразователь 5 стабильной частоты (Г 1 СЧ) с изменяемым коэффициентом передачи по напряжению, осуществляющий функцию стабилизации частоты и амплитуды выходного напряжения АВГ, выходные клеммы 6 АВГ, к которым подключается нагрузка, датчик 7 частоты вращения вала, расположенный на валу асинхронной машины 2 (может быть использован тахогенератор постоянного или переменного тока), функциональный преобразователь 8, преобразуюший информацию о скорости врашения вала в информацию о величине требуемой мощности АВГ, датчик 9 действительной мошности АВГ, устройство 1 О сравнения, полупроводниковый регулятор 11, формирующий сигнал управления мощностью АВГ, датчик 12 выходного напряжения АВГ, полупроводниковый регулятор 13, формируюший сигнал управления коэффициентом передачи по напряжению ПСЧ, устройство 14 сравнения, датчик 15 ЭДС аккумуляторов 4, устройство 16 сравнения, регулятор 17, формируюший сигнал управления частотой ПРЧ, блок 18 регулирования мощности ЛВГ, блок 19 обратной связи по ЭДС аккумуляторов, блок 20 стабилизации выходного напряжения АВГ.Зависимость (фиг. 2) максимальной мощности приводного ветродвигателя от частоты вращения вала имеет вид непрерывной кривой, Эта характеристика однозначна для каждого отдельного ветродвигателя. Поэтому для определения максимальной мощности приводного двигателя в этом случае достаточно получать информацию о частоте вращения вала. На фиг. 2 Р" максимальная мощность ветродвигателя в относительных единицах; п - частота вращения вала в относительных единицах. Целесообразный закон изменения мощности АВГ показан на фиг. 2 пунктиром. Эта функция реализуется с помощью функционального преобразователя 8 (фик. 1). Величина выходной мощности АВГ поддерживается с необходимой точностью равной выходной величине функционального преобразователя путем введения отрицательной обратной связи по выходной мощности генератора.При снижении частоты вращения вала генератора ниже номинальной и соответственном снижении мощности, вырабатываемой АВГ, необходимо восполнить недостаток электрической мощности, отдаваемой в нагрузку, за счет энергии аккумуляторной батареи и таким образом стабилизировать напряжение на нагрузке. Это осуществляется воздействием на коэффициент передачи преобразователя 5 стабильной частоты следующим образом.При снижении мощности, отдаваемой АВГ в автономную нагрузку, напряжение на нагрузке начинает уменьшаться. Отрицательная обратная связь по напряжению (блок 20, фиг. 1) воздействует на преобразователь 5 стабильной частоты таким образом, что коэффициент передачи по напряжению его увеличивается (такое управление может быть реализовано, например, широтно-импульсным регулированием напряжения преобразователя). Это приводит к тому, что увеличивается отдача мощности аккумуляторов в нагрузку или уменьшается мощность, расходуемая на заряд. Баланс мощности в системе восстанавливается и напряжение на нагрузке стабилизируется.Если мощность нагрузки меньше мощности АВГ, вырабатываемой в соответствии с изменением максимальной мощности ветродвигателя 1, а аккумуляторы заряжены, то необходимо снизить мощность, вырабатываемую асинхронной машиной. Это осуществляется регулированием частоты тока асинхронной машины 2 в функции отклонения ЭДС аккумуляторов от заданной, которое реализуется блоком 19 обратной связи (фиг. 1).Использование предлагаемого способа позволит максимально использовать энергию приводного двигателя в широком диапазоне частот вращения вала. В частности, для ветроэлектрических установок расширит диапазон скоростей ветра, в котором работает ветроустановка, и тем самым время работы и эффективность применения ветроэлектрических установок.формула изобретения1. Способ управления асинхронным вентильным генератором, включающим асинхронную машину, вентильный преобразователь регулируемой частоты, вентильныйпреобразователь стабильной частоты и аккумуляторную батарею, включенную на выходе вентильного преобразователя регулируемой частоты, путем регулирования частотытока статора асинхронной машины воздействием на преобразователь регулируемойчастоты и стабилизации частоты напряжения на нагрузке воздействием на преобразователь стабильной частоты, отличающийся тем, что, с целью расширения диапазонарабочих частот врашения вала при обеспечении требуемой стабильности выходного напряжения в условиях соизмеримостимощности нагрузки и приводного двигателя, определяют максимальную мощность15 приводного двигателя и измеряют действительную мощность, вырабатываемую генератором, сравнивают полученные величины и регулирование частоты тока статора асинхронной машины осуществляют сигналом, пропорциональным величине рассогласования, кроме того, измеряют напряжение на выходе вентильного преобразователя стабильной частоты, сравнивают его сзаданным напряжением и регулируют коэффициент передачи вентильного преобразо 25 вателя стабильной частоты сигналом, пропорциональным величине рассогласования.2. Способ по п. 1, отличающийся тем,что измеряют ЭДС аккумуляторной батареи,сравнивают ее с заданной и дополнительнорегулируют частоту тока статора синхронЗО ной машины сигналом, пропорциональнымвеличине рассогласования.3. Способ по п. 1, отличающийся тем, чтомаксимальную мощность определяют путемизмерения скорости вращения вала асинхронной машины и преобразования ее по35характеристике Р = 1(п), где Р - макм мсимальная мощность приводного двигателя; и - скорость вращения вала асинхронной машины.Источники информации,4 О принятые во внимание при экспертизе1. Патент США3892758, кл. 322 - 28,1974.2, Патент США3982170, кл. 322 - 47,1976.3. Патент США4041368, кл. 322 - 47,45 1977.896737 Фиг. 1 1 МХ,Б ал ОБ 1130илиал Редактор В. ПетрЗаказ1722/43ВН Составитель К. ф ш Техред А. Бойкас Тираж 718 ИПИ Государственного комит по делам изобретений и от Москва, Ж - 35, Раушская ППП Патент, г. Ужгород, у