Повышение запаса динамической устойчивости автономной энергетической системы на базе ветроэнергетических установок при резких изменениях режима нагрузки

Abstract

Ветроэнергетика сегодня развивается в двух равноправных направлениях: увеличение единичной мощности ветроэнергетической установки за счёт массогабаритных размеров установки с использованием высоковольтных генераторов и второй путь - совершенствование отдельных элементов ветроэнергетических установок и внедрение современных систем управления режимами работы как установки в целом, так и её отдельными агрегатами. Оба пути развития направлены на увеличение выработки энергии. Характерной особенностью указанных источников электроэнергии является малая инерционность и, соответственно, малый запас динамической устойчивости при резких изменениях режима, например, при коротких замыканиях. В последнее время стали широко использоваться исследования магнитных редукторов и вариаторов. Эти исследования связаны с высокими энергетическими показателями магнитных редукторов и трансмиссий, которые позволяют улучшить массогабаритные показатели и сократить потребность в обслуживании. Использование магнитных трансмиссий в ветроэнергетических установках оправдано возможностью регулирования скорости вращения генератора напрямую. Данная статья посвящена исследованию магнитной трансмиссии в целях сохранения синхронности параллельно работающих генераторов локальной энергосистемы при перегрузках. Регулирование скорости вращения ротора генератора осуществляется через магнитную трансмиссию и основано на использовании законов подчиненного регулирования по двум контурам. Результаты моделирования отображают процесс сохранения синхронной работы генераторов ветроэнергетической установки. Цель работы: повышение запаса динамической устойчивости локальной энергосистемы, состоящей из параллельно работающих ветроэнергетических установок с синхронными генераторами с постоянными магнитами. Методы исследования: разработка математических моделей магнитной трансмиссии с использованием классических преобразований Парка-Горева; использование законов подчиненного регулирования для стабилизации скорости вращения при различных возмущениях, как стороны нагрузки, так и со стороны ветровой турбины. Результаты. Получена математическая модель локальной энергетической системы, состоящей из параллельно работающих ветроэнергетических установок с синхронными генераторами с постоянными магнитами. Поддержание синхронной работы генераторов обеспечивается магнитной трансмиссией. Показана возможность стабилизации скорости вращения генераторов при перегрузке.

Nowadays, wind power engineering is developing in two equal directions. The first one is the increase of rated power for a single wind turbine by mass and dimensions parameters of a wind turbine with the use of high-voltage generators. The second direction is modernization of wind turbine elements and implementation of modern control systems for a whole wind turbine and for its elements to enhance power generation. These power sources are characterized by low inertia and small margin of dynamic stability under sharp power variations, for example, under short circuits. In recent years magnetic gears and variators investigations are widely used. These investigations are associated with high energy performance of magnetic gears and variators which can reduce the weight and size parameters and reduce the need for maintenance. Using magnetic variable-speed drives in wind turbines generator justified the possibility of regulating directly generator rotation speed. The paper is devoted to the use of magnetic continuously variable transmission to synchronize generators in power system under transient processes. A generator rotor rotational speed is regulated through magnetic variator laws and it is based on use of two subordinate regulation circuits. The main aim of the study is to increase dynamic stability stock of the local power supply system consisting of wind power generators operating in parallel. The methods: development of mathematical models of magnetic transmission using classical Park-Gorev transformations; using the laws of slave control when negotiating rotation speed in case of overload. The results. The authors have developed the mathematical model of local energy system consisting of parallel operating wind turbines with synchronous generators with permanent magnets. Synchronous operation of generators is supported by use of magnetic continuously variable transmission. The paper demonstrated the possibility to stabilize the generator rotation speed at overload.