Русский   English
ДонНТУ   Портал магістрів

Реферат за темою випускної роботи

Зміст

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:

  1. Розробити математичну модель машини подвійного живлення.
  2. 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:

  1. Оптимізація системи по максимуму вихідної потужності.
  2. 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

Функціональна схема електроприводу на базі машини подвійного живлення

Рисунок 1 – Функціональна схема електроприводу на базі машини подвійного живлення

Перевагою такої схеми є:

  1. Віддача активної потужності з боку статора при змінній частоті обертання і постійній частоті мережі.
  2. Віддача активної потужності з боку ротора при частоті обертання вище номінальної.
  3. 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.

Поток активної потужності МДП

Рисунок 2 – Поток активної потужності МДП
(анімація: 4 кадри, 7 циклів повторення, 27 кілобайт)

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

  1. Описані принципи роботи електроенергетичної установки на базі машини подвійного живлення.
  2. Розроблена математична модель машини подвійного живлення
  3. 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

  1. 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.
  2. 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.
  3. 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
  4. 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
  5. 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.
  6. 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.
  7. 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