Wytwarzanie energii elektrycznej z energii wiatrowej za pomocą generatora indukcyjnego z podwójnym zasilaniem

Wytwarzanie energii elektrycznej z energii wiatrowej za pomocą generatora indukcyjnego z podwójnym zasilaniem

Generator indukcyjny podwójnie zasilany, jak sama nazwa wskazuje, jest trójfazowym generatorem indukcyjnym, w którym uzwojenia wirnika i stojana są zasilane trójfazowym sygnałem prądu przemiennego. Składa się z uzwojeń wielofazowych umieszczonych zarówno na korpusie wirnika, jak i stojana. Składa się również z wielofazowego zespołu pierścienia ślizgowego, który przekazuje moc do wirnika. Zwykle jest używany do wytwarzania energii elektrycznej w generatorach turbin wiatrowych.



Zanim przejdziemy do dalszych szczegółów na temat generatora indukcyjnego z podwójnym zasilaniem używanego w generatorach turbin wiatrowych, przyjrzyjmy się krótkiemu wyobrażeniu o wytwarzaniu energii z wykorzystaniem energii wiatru.


Jak już wiemy, energia wiatrowa jest ostatnio jednym z najczęściej wykorzystywanych odnawialnych źródeł energii. Duże turbiny obracają się w zależności od podmuchu wiatru i odpowiednio wytwarzana jest energia elektryczna. Generalnie turbiny wiatrowe pracują w zakresie prędkości wiatru między prędkością obrotową (minimalna prędkość wiatru wymagana do podłączenia generatora do sieci energetycznej) a prędkością odcięcia (maksymalna prędkość wiatru wymagana do odłączenia generatora od sieci energetycznej) ).





4 rodzaje generatorów turbin wiatrowych:
  • Typ 1: składa się z generatora indukcyjnego klatkowego podłączonego bezpośrednio do sieci energetycznej. Służy do małego zakresu prędkości wiatru.
  • Typ 2: Składa się z przetwornicy AC-DC-AC oprócz generatora indukcyjnego przed podłączeniem do sieci energetycznej.
  • Typ 3: Składa się z generatora indukcyjnego z uzwojonym wirnikiem podłączonego bezpośrednio do sieci, gdzie prędkość wirników jest regulowana za pomocą reostatu.
  • Typ 4: Składa się z generatora indukcyjnego z podwójnym zasilaniem podłączonego bezpośrednio do sieci, w którym prędkość wirnika jest regulowana za pomocą konwerterów tylnych.

Podstawowe wprowadzenie do wytwarzania energii elektrycznej z energii wiatru przy użyciu generatora indukcyjnego Double Fed.

DFIG składa się z trójfazowego uzwojenia wirnika i trójfazowego uzwojenia stojana. Wirnik jest zasilany trójfazowym sygnałem prądu przemiennego, który indukuje prąd zmienny w uzwojeniach wirnika. Gdy turbiny wiatrowe obracają się, wywierają siłę mechaniczną na wirnik, powodując jego obrót. Gdy wirnik obraca się, pole magnetyczne wytwarzane przez prąd przemienny również obraca się z prędkością proporcjonalną do częstotliwości sygnału prądu przemiennego przyłożonego do uzwojeń wirnika. W rezultacie stale wirujący strumień magnetyczny przechodzi przez uzwojenia stojana, co powoduje indukcję prądu przemiennego w uzwojeniu stojana. Zatem prędkość obrotowa pola magnetycznego stojana zależy od prędkości wirnika, a także częstotliwości prądu przemiennego doprowadzanego do uzwojeń wirnika.

Podstawowym wymogiem do wytwarzania energii elektrycznej z energii wiatru jest wytwarzanie sygnału prądu przemiennego o stałej częstotliwości, niezależnie od prędkości wiatru. Innymi słowy, częstotliwość sygnału prądu przemiennego generowanego na stojanie powinna być stała niezależnie od zmian prędkości wirnika. Aby to osiągnąć, należy wyregulować częstotliwość sygnału prądu przemiennego doprowadzanego do uzwojeń wirnika.



System wytwarzania energii wiatrowej wykorzystujący podwójny generator indukcyjny

System wytwarzania energii wiatrowej wykorzystujący podwójny generator indukcyjny

Częstotliwość sygnału prądu zmiennego wirnika rośnie wraz ze spadkiem prędkości wirnika i ma dodatnią biegunowość i odwrotnie. Dlatego częstotliwość sygnału wirnika powinna być tak dobrana, aby częstotliwość sygnału stojana była równa częstotliwości linii sieci. Odbywa się to poprzez regulację kolejności faz uzwojeń wirnika tak, aby pole magnetyczne wirnika było w tym samym kierunku co wirnik generatora (w przypadku malejącej prędkości wirnika) lub w kierunku przeciwnym do wirnika generatora (w przypadku zwiększania prędkości wirnika ).


Cały system składa się z dwóch konwerterów typu back to back - konwertera po stronie maszyny i konwertera po stronie sieci, połączonych w pętli sprzężenia zwrotnego systemu. Konwerter po stronie maszyny służy do sterowania mocą czynną i bierną poprzez sterowanie komponentami d-q wirnika, a także momentem obrotowym i prędkością maszyny. Przekształtnik po stronie sieci służy do utrzymywania stałego napięcia obwodu DC i zapewnia działanie przy współczynniku mocy równym jedności poprzez doprowadzanie mocy biernej pobieranej z sieci do zera. Kondensator jest podłączony między dwoma przetwornikami tak, że działa jako jednostka magazynująca energię. Ten układ z powrotem do tyłu zapewnia stałe napięcie wyjściowe o stałej częstotliwości, niezależnie od zmiennej częstotliwości, zmiennego napięcia wyjściowego generatora. Inne zastosowania generatorów indukcyjnych to systemy magazynowania energii z kołem zamachowym, elektrownie szczytowo-pompowe, przetwornice mocy zasilające kolejową sieć elektroenergetyczną z sieci publicznej, w której częstotliwość jest stała.

Trochę wiedzy na temat całego systemu wytwarzania energii wiatrowej

Cały system składa się z następujących elementów:

Zasada działania generatora indukcyjnego z podwójnym zasilaniem

Zasada działania generatora indukcyjnego z podwójnym zasilaniem

  • Turbina wiatrowa: Turbina wiatrowa jest zwykle wentylatorem składającym się z 3 łopatek, które obracają się, gdy uderza w nią wiatr. Oś obrotu powinna być wyrównana z kierunkiem wiatru.
  • Skrzynia biegów: Jest to wysoce precyzyjny system mechaniczny, który wykorzystuje metodę mechaniczną do konwersji energii z jednego urządzenia na drugie.
  • Generator indukcyjny z podwójnym zasilaniem: Jest to generator elektryczny służący do zamiany energii mechanicznej na energię elektryczną o zmiennej częstotliwości.
  • Konwerter Grid Side: Jest to obwód konwertera AC-DC, który służy do dostarczania regulowanego napięcia stałego do falownika. Służy do utrzymywania stałego napięcia obwodu DC.
  • Konwerter boczny wirnika: Jest to falownik DC-AC, który służy do dostarczania kontrolowanego napięcia AC do wirnika.

5 powodów, dla których preferowane jest wytwarzanie energii wiatrowej przy użyciu silnika indukcyjnego z podwójnym zasilaniem

  • Sygnał wyjściowy o stałej częstotliwości do sieci niezależnie od zmiennej prędkości wirnika.
  • Niska moc znamionowa wymagana dla urządzeń energoelektronicznych, a tym samym niski koszt systemu sterowania.
  • Współczynnik mocy jest kontrolowany, tj. Utrzymywany w jedności.
  • Wytwarzanie energii elektrycznej przy małej prędkości wiatru.
  • Przekształtnik energoelektroniczny musi obsługiwać ułamek całkowitego obciążenia tj. 20-30%, a także koszt tego przekształtnika jest niski niż w przypadku innych typów generatorów.

Coś do przemyślenia!

Podałem tylko podstawowe wprowadzenie na temat wytwarzania energii wiatrowej za pomocą generatora indukcyjnego z podwójnym zasilaniem. Następnie przedstaw swoje poglądy na temat różnych technik sterowania w celu sterowania sygnałem prądu przemiennego podawanym do wirnika.

Kredyty obrazkowe: System wytwarzania energii wiatrowej wykorzystujący podwójny generator indukcyjny firmy Labvolt