Исследование потоков мощности фазороторных асинхронных генераторов на ветровых электростанциях в различных режимах работы

Аннотация

Актуальность: в мире особое внимание уделяется рациональному использованию имеющихся природных энергетических ресурсов, повышению энергоэффективности генераторов электростанций за счет возобновляемых источников энергии и созданию энергосберегающих режимов работы электромеханических систем на гидроэлектростанциях. В настоящее время, в развитых странах ведутся масштабные исследования по использованию асинхронных генераторов с фазным ротором (АГФР) на возобновляемых источниках энергии, а также по автоматическому управлению электромеханическими системами. Установленная мощность ветровых электростанций в мире увеличивается на 93,6 ГВт в год, а общая установленная мощность достигла 950 ГВт. В связи с этим актуальной задачей является совершенствование генераторов ветроэлектростанций, улучшение их энергетических показателей и повышение энергоэффективности электромеханической системы.

Цель: анализ методов регулирования частоты вращения АГФР в системах возобновляемой энергетики в широком диапазоне скоростей; разработка функциональной схемы системы автоматического управления скоростью ФРАГ при изменении скорости ветра; определение возможностей повышения энергоэффективности АГДП на ветроэлектростанциях с учётом того, что диапазон регулирования скорости ветроэлектростанции на базе асинхронного генератора двойного питания (АГДП) составляет ± 30 % относительно синхронной скорости; улучшение показателей их надёжности.

Методы: использованы методы математического моделирования и расчетные методы анализа мощностей ротора и статора. Для АГДП, выполненного на базе АГФР, рассмотрены направления потоков мощности при двух режимах работы: при скорости вращения ротора ниже синхронной и при скорости вращения ротора выше синхронной.

Результаты: для режима работы АГДП была построена объединённая фазная (векторная) диаграмма токов, напряжений и магнитных потоков статора и ротора. Для режимов вращения выше и ниже синхронной скорости при значениях скольжения −0,2; −0,1; 0; 0,1; 0,2 были определены активные мощности статора и ротора, реактивная мощность ротора, электромеханическая мощность, а также коэффициент полезного действия (КПД) генератора. Кроме того, по полученным данным были построены соответствующие графические зависимости. Проведённый анализ показал, что при работе асинхронных генераторов ветроэлектростанций в режиме сверхсинхронного вращения ротора возможно получение дополнительной мощности до 30 % по сравнению с номинальным режимом.