Аналіз структур і динаміки систем керування вітровими генераторами

Abstract

UA: Подано динаміку розвитку альтернативних джерел живлення за останні декілька десятиліть, що дає підстави говорити про тенденції подальшого розвитку вітрової енергетики. За класифікацією міжнародного стандарту IEC 61400 навeдeнo аналіз структур і технічних характеристик вітрових генераторів, а саме типи електричних двигунів, силові схеми напівпровідникових перетворювачів, що забезпечують генерацію електричної енергії до загальнопромислової електричної мережі. Розглянуто питання можливості роботи вітрових генераторів у широких діапазонах вітру, питання емісії реактивної потужності та вищих гармонік струмів до загальнопромислової електричної мережі, а також питання ККД різних структур вітрогенераторів. Запропоновано систему керування вітровою турбіною з асинхронним генератором. Наведено дослідження перехідних процесів керування та енергетичної сумісності вітроустановки повного перетворення енергії з мережею живлення шляхом імітаційного комп’ютерного моделювання в програмному середовищі Matlab / Simulink. Отриманий результат вказує на принципову можливість роботи асинхронного генератора з короткозамкненим ротором у складі вітроустановки, що дає змогу віддавати потужність до мережі змінного струму при низьких швидкостях вітру.

EN: The dynamics of the development of alternative power sources over the past several decades are presented, which gives reason to talk about the trends in the further development of wind energy. An analysis of the structures and technical characteristics of wind generators classified according to the international standard IEC 61400 is given. According to the classification of the international standard IEC 61400, the structures of wind generators are presented, namely, types of electric motors, power circuits of semiconductor converters that provide the generation of electrical energy to the general industrial electrical network. The use of power electronics in various types of wind turbine generation systems and offshore wind farms provides improved wind turbine performance. Semiconductor converters are used in frequency and voltage control to regulate active and reactive powers. The issue of the possibility of operation of wind generators in wide wind ranges, the issue of emission of reactive power and higher harmonics of currents to the general industrial electrical network, as well as the issue of efficiency of various structures of wind generators are considered. A wind turbine control system with an asynchronous generator is proposed. A study of transient control processes and energy compatibility of a full energy conversion wind turbine with a power supply network by simulation computer modeling in the Matlab / Simulink software environment is given. The obtained result indicates the fundamental possibility of operation of an asynchronous generator with a short-circuited rotor as part of a wind turbine operating in conditions of variable wind speed. The proposed layout of the wind turbine with full energy conversion allows power to be delivered to the AC grid at a variable frequency of rotation of the wind motor shaft, which allows to increase the control range and maximize the generated power at low wind speeds.