gototopgototop

УДК 621.311.24

Анализ генераторов для систем автономного электроснабжения

Бубенчиков Антон Анатольевич – кандидат технических наук, старший преподаватель Омского государственного технического университета.

Дайчман Райнгольд Андреевич – ассистент Омского государственного технического университета.

Артамонова Елена Юрьевна – ассистент Омского государственного технического университета.

Аннотация: В настоящее время замечен рост интереса к ветроэнергетике, как к одному из самых доступных видов возобновляемых источников энергии. Ведутся работы по исследованию и разработке новых типов ветроэнергетических установок. Выбор генератора одна из основных проблем при выборе оборудования для электрического узла ветроэнергетической установки. Это связанно с его прямым влиянием на КПД, а также на стоимость ветроэнергетической установки в целом, так как стоимость генератора составляет около 60%.

Ключевые слова: Ветроэнергетическая установка, типы генераторов, характеристики, преимущества и недостатки генераторов.

Широкое развитие индивидуального сельского хозяйства, а также освоение ранее не заселенных территорий, повышение цен на электроэнергию, все это дает мощный импульс исследованиям в области возобновляемых источников энергии. Вследствие чего отмечается чрезвычайно важная роль малой энергетики на современном этапе развития России.

Электроснабжение с применением ветроустановок (ВЭУ) становиться все более перспективным и популярным. Но основным сдерживающим фактором развития альтернативного электроснабжения является низкая мощность генерации.

В современных ВЭУ используются следующие типы электрогенераторов:

 

Рисунок 1. Классификация генераторов для ветроустановок.

Свойство обратимости электрических машин позволяет асинхронную машину применить в качестве генератора ВЭУ. Асинхронные генераторы, получили наибольшее распространение. Обычно используется генератор с фазным ротором с регулированием частоты на обмотке возбуждения (как правило, машины двойного питания) [1,2].

Синхронные генераторы (СГ) используются в устройствах с гидравлическим приводом, где имеется возможность поддержания постоянных оборотов выходе привода. В основном, применяться многополюсные синхронные машины. Существует альтернативный способ использования СГ с прямым приводом. В этом случае вырабатывается синусоидальное напряжение с меняющейся частотой (зависящей от скорости ветра). Для синхронизации с сетью используется гибридный инвертор.

Синхронный генератор с вращающимися выпрямителями (СГВВ), использует ток, который податься сквозь кольцевой щеточный контакт. Обмотка возбуждения питается от бесконтактного возбудителя, который передает энергию от ротора к обмотке статора электромагнитным путем.

В современных ВЭС применяются синхронные генераторы с возбуждением от высококоэрцитивных постоянных магнитов (СГПМ). Так как конструкция ротора не имеет обмоток и проста в изготовлении[3,4].

Асинхронизированных генераторов (АСГ) от СГ отличаться присутствием двух или трех обмоток возбуждения. Ротор таких машин может запитываться постоянным или переменным током. При использовании постоянно тока, управление возбуждением реализовывается векторным способом, что способствует стабильной работе при различных углах нагрузки. При использовании переменного тока поле возбуждения вращается относительно ротора, сохраняя синхронность с полем статора. Как итог возможность работы с переменной частотой, что очень выгодно при использовании в составе ветроустановки [5].

Как показывает анализ асинхронизированные синхронные генераторы (АСГ) в данный момент только разрабатываются.

Основные достоинства и недостатки существующих типов генераторов вынесены в таблицу 1.

Таблица 1. Преимущества и недостатки различных типов генераторов.

Тип генератора

Преимущества

Недостатки

Асинхронный с короткозамкнутым ротором (АГсКЗ)

  1. простота в эксплуатации;
  2. низкая стоимость;
  3. малые колебания генерируемой мощности;
  4. возможно применение без редукторной установки;
  5. хорошие массогабаритные показатели;
  6. высоким КПД;
  7. возможностью регулировать напряжение и частоту в широких пределах.
  1. необходим автономный источник реактивной мощности;
  2. искаженной формы выходного напряжения и неудовлетворительных динамических свойств.

Асинхронный с фазным ротором (АГсФР)

  1. возможно парное и каскадное соединение;
  2. простота в обслуживании;
  3. малые колебания генерируемой мощности.
  1. необходимость установления редукторов;
  2. сложность в установки;
  3. малая надежность.

Синхронные (СГ)

  1. надежность;
  2. простота конструкции и обслуживания;
  3. удобство эксплуатации;
  4. автономность;
  5. малый нагрев.
  1. большая стоимость;
  2. дополнительные потери мощности на выпрямитель и инвертор.

Синхронные с вращающимися выпрямителями (СГВВ)

  1. высокий КПД;
  2. хорошие массогабаритные показатели.
  1. сложность схемы;
  2. низкая надежность;
  3. ограничения по частоте и температуре.

Синхронные с постоянными магнитами (СГПМ)

  1. малые массогабаритные показатели;
  2. отсутствие вращающихся контактов;
  3. минимальные эксплуатационные расходы;
  4. возможность реализации режима электростартерного запуска;
  5. относительная простота конструкции;
  6. высокая степень защиты;
  7. потери встали практически отсутствуют;
  8. повышенное КПД при фиксированной полезной мощности и заданных предельных габаритах генератора.
  1. высокая стоимость;
  2. нестабильность выходного напряжения и частоты.

Асинхронизированные синхронные (АСГ)

  1. возможность параллельного и каскадного соединения;
  2. большая устойчивость;
  3. малые токи высших гармоник у преобразователя.
  1. не синусоидальность выходного напряжения;
  2. большие массогабаритные параметры;
  3. сложная система управления;
  4. низкая надежность;
  5. необходимость в преобразователе частоты для регулирования напряжения возбуждения;
  6. пульсации, практически повторяющие пульсации момента ветротурбины

Выявлено, что для автономного электроснабжения, при применении маломощных ветроустановок рекомендуется использование синхронных генераторов с постоянными магнитами (СГПМ), которые имеют преимущества по надежности, экономическим показателям и КПД [6].

Применение СПГМ несомненно являются приоритетным, но их цена увеличивает стоимость и срок окупаемости ветроэнергетической установки в несколько раз. Поэтому целесообразным является применение редуктора в связке с модернизированными (перемотанными, тихоходными) автомобильными или тракторными генераторами стоимость которых в десятки раз меньше СГПН. Несомненно, редуктора являются слабым звеном, срок их службы составляет в среднем 5 лет, но даже с учетом сервисного обслуживания и заменой в течении срока эксплуатации стоимость установки будет в разы дешевле существующих на рынке аналогов.

Несмотря на интерес к вопросам ветроэнергетики в целом и, в частности, к генераторам ВЭУ, окончательного ответа на вопрос об оптимальном типе генератора для каждого вида ветроэнергетической установки в настоящее время нет.

Список литературы

1. Встовский, А.Л. Система управления асинхронным генератором для возобновляемых источников энергии / А.Л. Встовский, К.С. Федий, М.Г. Архипцев, Е.А. Спирин // Известия ТПУ. – 2014. – №4. – С.133-138.

2. Богатырев, Н.И. Асинхронные генераторы для систем автономного электроснабжения. Часть 1. Обоснование параметров асинхронного генератора / Н.И. Богатырев, В.Н. Ванурин // Научный журнал КубГАУ - Scientific Journal of KubSAU . – 2010. – №59. – С.184-210.

3. Харитонов, С.А. Стабилизация напряжения синхронного генератора с постоянными магнитами при переменной нагрузке. / С.А. Харитонов, Д.В. Коробков, Д.В. Макаров, А.Г. Гарганеев //Доклады ТУСУРа, – № 1 (25), часть 1, июнь 2012 – С.139-146

4. Павленко, И.М. Особенности электрогенерирующих систем ветроэлектростанций / И.М. Павленко, С.Ф. Степанов // Вестник СГТУ. – 2012. – №2с (66). – С.144-147.

5. Квитко, А.В., Генераторы электроэнергии ветроэлектрических установок и способы стабилизации их напряжения / А.В. Квитко, А.О. Хицкова // Научный журнал КубГАУ - Scientific Journal of KubSAU . – 2014. – №98. – С.255-269

6. Шевченко, В.В. Анализ возможности использования разных типов генераторов для ветроэнергетических установок с учетом диапазона мощности / В.В. Шевченко, Я.Р. Кулиш, // Вісник НТУ "ХПІ". – 2013. – № 65 (1038) – С.107-117

Интересная статья? Поделись ей с другими:

Внимание, откроется в новом окне. PDFПечатьE-mail

Отправить статью

...

Форма оплаты

Номер статьи, присвоенный редакцией
Количество страниц в статье
Количество экземпляров журнала
Доставка: РФСНГ
Скидка (%)
Заказать свидетельство о публикации
1. Стоимость публикации каждой страницы статьи составляет 200 рублей.
2. Стоимость каждого экземпляра журнала, включая его печать и доставку, составляет 350 рублей для России и 420 рублей для стран СНГ.
3. Стоимость свидетельства о публикации составляет 120 рублей

Реквизиты для оплаты через банк