Українська   English
ДонНТУ   Портал магистров

Реферат по теме выпускной работы

Содержание

Введение

В настоящее время развитие мировой энергетики базируется на использовании традиционных ископаемых видов топлива. В долгосрочной перспективе развитие энергетики в этом направлении будет сдерживаться экологическими, ресурсными и социальными ограничениями, однако, спрос на энергопотребление, связанный с развитием экономики и приростом населения будет постоянно расти. Для удовлетворения этого спроса необходимо использование всего спектра традиционных и возобновляемых энергоресурсов[1]. Это способствует широкомасштабному развитию альтернативной энергетики как в промышленно развитых, так и в развивающихся странах.

Одним из самых перспективных направлений является ветроэнергетика. Ее дальнейшее развитие позволит решить проблемы качественного и надежного энергоснабжения потребителей, а также снизит вредное воздействие энергетики на окружающую среду. Однако, сооружение ветряных электростанций связано с некоторыми трудностями технического и экономического характера, замедляющими распространение ветроэнергетики.

1. Актуальность темы

Актуальность работы определяется переходом современного промышленного производства к применению энергосберегающих технологий. Использование машины двойного питания (МДП) в современных автоматизированных системах позволяет существенно повысить технико-экономические показатели различных технологических установок. Магистерская работа посвящена одному из наиболее перспективных направлений - использованию энергии ветра в асинхронной машине с прямым питанием со стороны статора и питанием через обратимый преобразователь со стороны ротора.

2. Цель и задачи исследования, планируемые результаты

Цель исследований заключается в описании принципов работы электроэнергетической установки на базе машины двойного питания для использования энергии ветра.

Основные задачи исследования:

  1. Разработать математическую модель машины двойного питания.
  2. Разработать систему управления электроприводом на базе машины двойного питания предполагающую отдачу энергии ветра в сеть.

Объект исследования: Электропривод машины двойного питания.

В рамках магистерской работы планируется получение актуальных научных результатов по следующим направлениям:

  1. Оптимизация системы по максимуму выходной мощности.
  2. Получение осциллограммы переходных процессов в приводе.

Для экспериментальной оценки полученных теоретических результатов и формирования фундамента последующих исследований, в качестве практических результатов планируется разработка Simulink-модели электропривода в программе Matlab.

3. Обзор исследований и разработок

Вопросы электромеханического преобразования энергии нового типа контактного и бесконтактного вентильных двигателей на базе двигателя двойного питания, получившего название "асинхронизированный вентильный двигатель", рассмотрены в монографии [2]. В этой статье рассмотрены современные способы управления электроприводом, синтез математической модели двигателя двойного питания и системы регулирования при векторном управлении, проиллюстрирована и описана имитационная модель асинхронизированного вентильного двигателя. Недостатком данной статьи является отсутствие описания машины двойного питания и системы управления при работе в качестве генератора.

Описание общих принципов векторного управления машиной двойного питания, используемой в качестве генератора для ветряных электростанций, изложено в статье [3]. Также в статье рассмотрена обобщенная архитектура машины двойного питания, управление ее активной и реактивной мощностью.

Модель машины двойного питания и анализ устойчивости ее переходных процессов описаны в статье [4]. В этой работе показано создание упрощенной модели машины двойного питания ВЭУ и исследование системы управления на устойчивость при кратковременном стабильном напряжении.

Однако данные статьи содержат недостаточно полную информацию о системе управления машиной двойного питания при постоянном значении напряжения сети и о ее математическом описании.

4. Функциональная схема электропривода на базе машины двойного питания

Функциональная схема электропривода на базе машины двойного питания

Рисунок 1 – Функциональная схема электропривода на базе машины двойного питания

Достоинством такой схемы являются:

  1. Отдача активной мощности со стороны статора при переменной частоте вращения и постоянной частоте сети.
  2. Отдача активной мощности со стороны ротора при частоте вращения выше номинальной.
  3. Малая установленная мощность преобразователя.

Роторный полупроводниковый преобразователь обеспечивает возбуждение ротора индукционной машины. С помощью этого преобразователя можно контролировать крутящий момент, скорость, а также коэффициент мощности на клеммах статора машины двойного питания. Роторный преобразователь обеспечивает различную частоту возбуждения в зависимости от условий нагрузки, например, скорости ветра. Индукционная машина управляется в синхронно вращающейся системе координат dq, где ось d ориентирована вдоль вектора потока статора и они совпадают. Это называется ориентацией векторного управления по потоку статора. Таким образом осуществляется раздельное управление между электромагнитным моментом и током возбуждения. Следовательно, активная мощность и реактивная мощность управляются независимо друг от друга. Структурная схема роторного преобразователя предложена в статье [3].

Сетевой полупроводниковый преобразователь регулирует величину поступающей в сеть активной и реактивной мощности посредством взаимодействия с сетевой индуктивностью. Целью сетевого полупроводникового преобразователя является поддержание постоянного напряжения в звене постоянного тока независимо от величины и направления мощности ротора, отдача и потребление мощности сети. Метод векторного управления используется с системой отсчета ориентированной по положению вектора потокосцепления статора и позволяет независимо управлять активной и реактивной мощностью, протекающей между сетью и преобразователем. Полупроводниковый роторный преобразователь используется как регулятор тока, где q-составляющая тока определяет активную мощность ротора, а d-составляющая, соответственно, - реактивную мощность. Схематическая структура управления сетевым полупроводниковым преобразователем представлена в статье [3].

Для того чтобы оптимизировать эффективность аэродинамической системы при увеличении скорости ветра необходимо увеличить скорость вращения ротора. Следовательно, в результате отрицательного значения скольжения скорость вращения ротора возрастает выше синхронной и отдача активной мощности в сеть осуществляется с обмоток статора и ротора. При уменьшении скорости ветра, скорость вращения ротора уменьшается и машина работает в субсинхронном режиме с положительным скольжением. В этом случае ротор должен потреблять активную и реактивную мощность из сети для компенсации скольжения и для возбуждения.

Поток активной мощности МДП

Рисунок 2 – Поток активной мощности МДП
(анимация: 4 кадра, 7 циклов повторения, 27 килобайт)

Ветровая турбина рассчитана на получение номинальной мощности от номинальной скорости ветра. Если скорость ветра превышает номинальное значение, то ветроустановка должна изменить свои параметры чтобы избежать механических повреждений.

Выводы

  1. Описаны принципы работы электроэнергетической установки на базе машины двойного питания.
  2. Разработана математическая модель машины двойного питания.
  3. Разработана система управления электроприводом на базе машины двойного питания предполагающая отдачу энергии в сеть.

При написании данного реферата работа еще не завершена. Полный текст магистерской работы можно будет получить у автора после декабря 2015 г.

Список источников

  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