Реферат за темою випускної роботи
Зміст
- Вступ
- 1. Актуальність теми
- 2. Мета і задачі дослідження та заплановані результати
- 3. Аналіз джерел
- 4. Функціональна схема електроприводу на базі машини подвійного живлення
- Висновки
- Перелік посилань
Вступ
На сьогоднішній день розвиток світової енергетики базується на використанні традиційних викопних видів палива. У довгостроковій перспективі розвиток енергетики в цьому напрямку буде стримуватися екологічними, ресурсними і соціальними обмеженнями, проте, попит на енергоспоживання, пов'язаний з розвитком економіки та приростом населення буде постійно зростати. Для задоволення цього попиту необхідно використання всього спектру традиційних та поновлюваних енергоресурсів [1]. Це сприяє широкомасштабному розвитку альтернативної енергетики як у промислово розвинених, так і в країнах, що розвиваються.
Одним з найбільш перспективних напрямів є вітроенергетика. Її Подальший розвиток вітроенергетики дозволить вирішити проблеми якісного і надійного енергопостачання споживачів, а також знизить шкідливий вплив енергетики на навколишнє середовище. Однак, спорудження вітряних електростанцій пов'язано з деякими труднощами технічного та економічного характеру, що сповільнюють поширення вітроенергетики. Таким чином, проведення досліджень в області розробки математичних моделей і систем управління електроприводу машини подвійного живлення для вітроенергетичних установок є важливим питанням.
1. Актуальність теми
Актуальність роботи визначається переходом сучасного промислового виробництва до застосування енергозберігаючих технологій. Використання машини подвійного живлення (МДП) в сучасних автоматизованих системах дозволяє істотно підвищити техніко-економічні показники різних технологічних установок. Магістерська робота присвячена одному з найбільш перспективних напрямків - використання енергії вітру в асинхронної машині з прямим живленням з боку статора і живленням через оборотний перетворювач з боку ротора.
2. Мета і задачі дослідження та заплановані результати
Мета досліджень полягає в описі принципів роботи електроенергетичної установки на базі машини подвійного живлення для використання енергії вітру.
Основні завдання дослідження:
- Розробити математичну модель машини подвійного живлення.
- Розробити систему керування електроприводом на базі машини подвійного живлення, що передбачає віддачу енергії вітру в мережу.
Об'єкт дослідження: Електропривод машини подвійного живлення.
В рамках магістерської роботи планується отримання актуальних наукових результатів по наступним напрямкам:
- Оптимізація системи по максимуму вихідної потужності.
- Отримання осцілограмм перехідних процесів в приводі.
Для експериментальної оцінки отриманих теоретичних результатів і формування фундаменту наступних досліджень, в якості практичних результатів планується розробка Simulink-моделі електроприводу в програмі Matlab.
3. Аналіз джерел
Питання електромеханічного перетворення енергії нового типу контактного і безконтактного вентильних двигунів на базі двигуна подвійного живлення, що отримав назву "асинхронізовані вентильний двигун", розглянуті в монографії [2]. У цій статті розглянуті сучасні способи керування електроприводом, синтез математичної моделі двигуна подвійного живлення і системи регулювання при векторному керуванні, проілюстрована і описана імітаційна модель асинхронізованого вентильного двигуна. Недоліком даної статті є відсутність опису машини подвійного живлення і системи управління при роботі в якості генератора.
Опис загальних принципів векторного керування машиною подвійного живлення, що використовується як генератора для вітряних електростанцій, викладено в статті [3]. Також у статті розглянута узагальнена архітектура машини подвійного живлення, управління її активної та реактивної потужністю.
Моделі машини подвійного живлення і аналіз стійкості її перехідних процесів описані в статті [4]. У цій роботі показано створення спрощеної моделі машини подвійного живлення ВЕУ і дослідження системи управління на стійкість при короткочасній стабільній напрузі.
Однак ці статті містять недостатньо повну інформацію про систему керування машиною подвійного живлення при постійному значенні напруги мережі і про її математичному описі.
4. Функціональна схема електроприводу на базі машини подвійного живлення
Перевагою такої схеми є:
- Віддача активної потужності з боку статора при змінній частоті обертання і постійній частоті мережі.
- Віддача активної потужності з боку ротора при частоті обертання вище номінальної.
- Мала встановлена потужність перетворювача.
Роторний напівпровідниковий перетворювач забезпечує збудження ротора індукційної машини. За допомогою цього перетворювача можна контролювати крутний момент, швидкість, а також коефіцієнт потужності на клемах статора машини подвійного живлення. Роторний перетворювач забезпечує різну частоту збудження в залежності від умов навантаження, наприклад, швидкості вітру. Індукційна машина управляється в синхронно обертається системі координат dq, де вісь d орієнтована уздовж вектора потоку статора і вони збігаються. Це називається орієнтацією векторного управління по потоку статора. Таким чином здійснюється роздільне управління між електромагнітним моментом і струмом збудження. Отже, активна потужність і реактивна потужність управляються незалежно один від одного. Структурна схема роторного перетворювача запропонована в статті [3].
Мережевий напівпровідниковий перетворювач регулює величину активної та реактивної потужності, що надходить в мережу, за допомогою взаємодії з мережевою індуктивністю. Метою мережевого напівпровідникового перетворювача є підтримка постійної напруги в ланці постійного струму незалежно від величини і напряму потужності ротора, віддача і споживання потужності мережі. Метод векторного управління використовується з системою відліку орієнтованої по положенню вектора потокозчеплення статора і дозволяє незалежно управляти активної і реактивної потужністю, що протікає між мережею та перетворювачем. Напівпровідниковий роторний перетворювач використовується як регулятор струму, де q-складова струму визначає активну потужність ротора, а d-складова, відповідно, - реактивну потужність. Схематична структура управління мережевим напівпровідниковим перетворювачем представлена в статті [3].
Для того щоб оптимізувати ефективність аеродинамічній системи при збільшенні швидкості вітру необхідно збільшити швидкість обертання ротора. Отже, в результаті від'ємного значення ковзання швидкість обертання ротора зростає вище синхронної і віддача активної потужності в мережу здійснюється з обмоток статора і ротора. При зменшенні швидкості вітру, швидкість обертання ротора зменшується і машина працює в субсинхронному режимі з позитивним ковзанням. У цьому випадку ротор повинен споживати активну і реактивну потужність з мережі для компенсації ковзання і для збудження.
Вітрова турбіна розрахована на отримання номінальної потужності від номінальної швидкості вітру. Якщо швидкість вітру перевищує номінальне значення, то ветроустановка повинна змінити свої параметри щоб уникнути механічних пошкоджень.
Висновки
- Описані принципи роботи електроенергетичної установки на базі машини подвійного живлення.
- Розроблена математична модель машини подвійного живлення
- Розроблена система керування електроприводом на базі машини подвійного живлення, що припускає віддачу енергії в мережу
При написанні даного реферату робота ще не завершена. Повний текст магістерської роботи можна буде отримати у автора після грудня 2015 р.
Перелік посилань
- Быков Е. Н. Обоснование параметров ветроэнергетической установки со спиральными лопастями на основе экспериментальных исследований/ Дис. канд. тех. наук/ Санкт-Петербургский государственный политехнический университет - Санкт-Петербург, 2007. – 141 с.
- Гуляев И.В. Системы векторного управления электроприводом на основе асинхронизированного вентильного двигателя/ И. В. Гуляев, Г. М. Тутаев // Монография. Саранск: изд-во Мордов. ун-та. - 2010. - 200с.
- Dr John Fletcher and Jin Yang "Introduction to Doubly-Fed Induction Generator for Wind Power Applications", - электронный ресурс. Режим доступа:http://www.intechopen.com/books/paths-to-sustainable-energy/introduction-to-the-doubly-fed-induction-generator-for-wind-power-applications
- Michael A.Snyder "Development of Simplied Models of Doubly-Fed Induction Generators (DFIG)", - электронный ресурс. Режим доступа:http://publications.lib.chalmers.se/records/fulltext/166648.pdf
- Безденежных Д. В. Разработка и исследование электропривода на базе машины двойного питания с подключением обмоток статора и ротора к преобразователям частоты/ Автореферат дис. канд. тех. наук/ Липецкий государственный технический университет - Липецк, 2011. - 18 с.
- Глазырин М. В. Построение систем векторного управления электроприводов на базе машины двойного питания/ Автореферат дис. канд. тех. наук/ Новосибирский государственный технический университет - Новосибирск, 1997. - 19 с.
- S. Muller,M. Deicke, Rik W.de Doncker "Doubly fed induction generator system", - электронный ресурс. Режим доступа:http://web.mit.edu/kirtley/binlustuff/literature/wind%20turbine%20sys/DFIGinWindTurbine.pdf