УДК 626.313 Электротехника

СИСТЕМА УПРАВЛЕНИЯ НАГРУЗКАМИ ВЕТРОЭЛЕКТРОСТАНЦИИ

Бакенов Кайрат Асангалиевич – Алматинский институт энергетики и связи, Республика Казахстан.

Жилкибаева Алия – Алматинский институт энергетики и связи, Республика Казахстан.

Тарасов Виталий Михайлович – Алматинский институт энергетики и связи, Республика Казахстан.

При работе ветроэлектростанции (ВЭС) возникают различные проблемы, связанные с непостоянством скорости ветра. В лаборатории ТНИЛ «Энергия» АИЭС под руководством д.т.н. Болотова А.В. были разработаны вентильные генераторы, поддерживающие постоянное напряжение и вырабатывающие максимальную энергию в широком диапазоне изменения скорости ветра /1/.

Однако, поскольку ВЭС начинает вырабатывать полезную энергию, начиная с некоторой пороговой величины скорости ветра, то при слабой скорости ветра, которая может быть длительным в течение, например, года теряется безвозвратно достаточно большое количество электроэнергии.

В данной работе обсуждается система управления нагрузками ВЭС при слабом ветре. В ней предусматривается наиболее полное потребление вырабатываемой энергии, путем переключения нагрузок таким образом, чтобы их суммарная мощность была постоянно близка к текущей мощности ВЭС.

При работе ВЭС в процессе управления нагрузками они могут отключаются от аккумуляторной батареи и подключаются к ВЭС. Потребители, в работе которых возможны перерывы (нагрев воды, водоснабжение, установки сушки, подготовка кормов и т.д.), могут работать только от ВЭС /2/. Для всех потребителей устанавливается приоритет подключения к ВЭС.

На рисунке 1, приведена типовая рабочая характеристика ВЭС P=f(n). Из которой видно, что для каждой силы ветра существует максимальная возможная нагрузка. При ветре большим V_N, ВЭС начинает отдавать полезную электроэнергию потребителям. Кривая, соединяющая точки максимальной выработки энергии при разных скоростях ветра, является оптимальной с точки зрения выработки максимального количества электроэнергии. Однако существует вероятность того, что при случайной перегрузке ВЭС, она перейдет в режим пониженной мощности (левое плечо кривых мощностей на рис.1) вплоть до полной остановки /3/. Чтобы работать близко к оптимальной кривой, при любом изменении силы ветра необходимо непрерывно подстраиваться, увеличивая или уменьшая суммарную нагрузку.

Рисунок 1 – Типовая характеристика ВЭС

На рисунке 1 показаны варианты перемещения рабочей точки ВЭС в различных комбинациях изменения силы ветра и переключения нагрузок. Отметим некоторые особенности рабочей характеристики ВЭС, при изменении нагрузки (рабочей точки), которые будут использоваться в предлагаемом алгоритме.

1. Ветер стабильный.

а) Подключение дополнительной нагрузки ведет, в силу инерционности ВЭС, к постепенному уменьшению оборотов генератора и увеличению вырабатываемой мощности. Это верно, если не будет достигнута точка максимальной возможной мощности при данном ветре. На рисунке 1 этот вариант обозначен как перемещение рабочей точки от М1 до М2. На этом участке характеристики вырабатываемая энергия увеличивается, а количество оборотов генератора уменьшается. Примем символьное обозначение для этого процесса P и N¯. Значения Р и N при этом процессе сначала нестабильны. Требуется некоторое время, чтобы процесс стабилизировался.

б) Если сила ветра недостаточна для обеспечения энергией всей подключенной нагрузки, то рабочая точка перемещается от М1 до М3. После прохождения максимальной точки, обороты уменьшаются и мощность, также уменьшается. Примем символьное обозначение для этого процесса P¯ и N¯.

2. Ветер ослаб. Но он еще достаточен для обеспечения нагрузок электроэнергией. Рабочая тоска перемещается от М1 до М4. Мощность достаточна стабильна. Обороты постепенно уменьшаются. Примем символьное обозначение для этого процесса P_S и N¯;

3. Ветер усилился. При постоянной нагрузке рабочая точка перемещается от М1 до М5. Мощность достаточна стабильна. Обороты увеличиваются. Примем символьное обозначение для этого процесса P_S и N.

Блок-схема разработанного алгоритма управления нагрузками ВЭС для поставленной задачи представлена на рисунке 2. Для правильной работы алгоритма требуется установить рейтинг очередности подключения и отключения нагрузок. При отключении нагрузки от ВЭС, она может подключаться к аккумулятору.

После включения установки, если сила ветра меньше некоторого порогового значения V_N, необходимого для выработки энергии достаточной для подключения минимальной нагрузки, блоки 1 и 3 осуществляют ждущий режим ожидания усиления ветра более V_N. Работа алгоритма понятна из приведенной ниже блок-схемы.

Выводы

Рассмотренная система управления нагрузками ВЭС с одной стороны позволяет, подключать часть нагрузок к ВЭС до достижения номинальной скорости ветра, при которой обычно начинается полезная выработка электроэнергии. С другой стороны, он контролирует работу ВЭС в целом и позволяет, путем изменения величины нагрузки в зависимости от изменения ветра, работать вблизи оптимальной кривой рабочей характеристики ВЭС, позволяя тем самым получить дополнительное увеличение полученной от ВЭС электроэнергии.

Литература

1. Болотов А.В., Бакенов К.А., Новокшенов В.С. Сб. научных трудов «Энергетика, радиотехника, электроника и связь» Алматы, АИЭС 1998. С.14-17.

2. Журнал «Энергосбережение» №4/2007. Литвиненко А.М. Пособие по изготовлению ветроагрегатов.

3. Свистунов В.М., Пушняков Н.К. Отопление, вентиляция и кондиционирование воздуха объектов агропромышленного комплекса и жилищно-коммунального хозяйства: Учебник для вузов.- СПб.: Политехника, 2001. – 423 с.: ил.