RU2189105C2 - Устройство для управления асинхронизированным синхронным генератором - Google Patents
Устройство для управления асинхронизированным синхронным генератором Download PDFInfo
- Publication number
- RU2189105C2 RU2189105C2 RU2000123116A RU2000123116A RU2189105C2 RU 2189105 C2 RU2189105 C2 RU 2189105C2 RU 2000123116 A RU2000123116 A RU 2000123116A RU 2000123116 A RU2000123116 A RU 2000123116A RU 2189105 C2 RU2189105 C2 RU 2189105C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- output
- input
- adder
- coordinate conversion
- conversion unit
- Prior art date
Links
- 230000001360 synchronised effect Effects 0.000 title claims description 35
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 claims description 42
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract description 4
- 230000033228 biological regulation Effects 0.000 abstract description 3
- 238000004870 electrical engineering Methods 0.000 abstract description 2
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract 1
- 238000009434 installation Methods 0.000 description 10
- 230000008859 change Effects 0.000 description 9
- 230000006641 stabilisation Effects 0.000 description 8
- 238000011105 stabilization Methods 0.000 description 8
- 238000004804 winding Methods 0.000 description 5
- 238000000605 extraction Methods 0.000 description 4
- 230000009466 transformation Effects 0.000 description 4
- 230000004907 flux Effects 0.000 description 3
- 238000003908 quality control method Methods 0.000 description 3
- 230000009931 harmful effect Effects 0.000 description 2
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 1
- 238000010835 comparative analysis Methods 0.000 description 1
- 230000008878 coupling Effects 0.000 description 1
- 238000010168 coupling process Methods 0.000 description 1
- 238000005859 coupling reaction Methods 0.000 description 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 1
- 230000000087 stabilizing effect Effects 0.000 description 1
Landscapes
- Control Of Eletrric Generators (AREA)
Abstract
Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в ветроэнергетических установках, работающих параллельно с сетью переменного тока. Техническим результатом является стабилизация напряжения в маломощной сети переменного тока при изменении мощности ветрового потока и повышение качества управления активной и реактивной мощностью, вырабатываемой ветроэнергетической установкой. В устройство для управления асинхронизированным синхронным генератором для формирования необходимых корректирующих сигналов введены блоки преобразования координат 13, 14, 18, 19, усилители 15, 22, блоки умножения 16, 21, 23, сумматоры 17, 20, 24, 28, 35, 41, блок 25 возведения в третью степень, нелинейный элемент 26, квадраторы 27, 34, блок 29 извлечения квдратного корня, управляемый электронный ключ 30, задатчик 31 напряжения, элементы сравнения 32, 38, регулятор 33 напряжения, компаратор 36, задатчик 37 максимального тока, регулятор 39 тока и задатчик 40 частоты тока статора. Введение коррекции позволяет повысить качество управления вырабатываемой активной и реактивной мощностью ветроэнергетической установки. 1 ил.
Description
Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано для управления электрическими машинами переменного тока, статорная обмотка которых подключена к трехфазной сети переменного тока, а роторная получает питание от регулируемого преобразователя частоты, в частности в ветроэнергетике для управления асинхронизированными синхронными генераторами ветроэнергетических установок, работающих параллельно с сетью.
Известно устройство для управления двигателем двойного питания, выполненным на базе асинхронного двигателя с фазным ротором, содержащее двигатель двойного питания, третий арифметический блок, частотный компаратор, управляемый аналоговый коммутатор, второй интегратор, второй сумматор, умножители, блок преобразований токов статора и датчик фазных токов статора (см. авт. св. СССР 1610589, БИ 44, 1991).
Недостаток известного решения заключается в невозможности стабилизации напряжения в сети и управления вырабатываемой активной и реактивной мощностью, т.к. в данном устройстве рассматривается работа двигателя двойного питания, а не асинхронизированного синхронного генератора.
Известно также устройство для управления асинхронизированным синхронным генератором, содержащее преобразователь частоты, подключенный выходом к роторной цепи асинхронизированного синхронного генератора, статорная цепь которого подключена к трехфазной сети, последовательно соединенные датчик углового положения ротора, непосредственно связанный с ротором асинхронизированного синхронного генератора, и формирователь гармонических функций частоты скольжения, последовательно соединенные первый элемент сравнения и первый регулятор тока, а также первый блок преобразования координат, датчики тока и напряжения статорной цепи, датчик частоты вращения, непосредственно связанный с ротором асинхронизированного синхронного генератора, и датчик скорости ветра (см. авт. св. СССР 1399885, БИ 20, 1986).
Данное устройство по своей технической сущности является наиболее близким к предлагаемому изобретению.
Однако в этом устройстве не обеспечивается стабилизация напряжения в маломощной сети переменного тока при работе ветроэнергетической установки. Кроме того, в этом устройстве не учитывается влияние изменений частоты вращения ротора и внутренних переменных асинхронизированного синхронного генератора на качество управления вырабатываемой ветроэнергетической установкой мощностью. Поэтому устройство-прототип нельзя использовать для качественной стабилизации напряжения в маломощной (сельской) сети переменного тока и качественного управления вырабатываемой мощностью.
Задачей, на решение которой направлено заявляемое техническое решение, является обеспечение стабилизации напряжения в маломощной (сельской) сети переменного тока при изменении мощности ветрового потока и повышение качества управления активной и реактивной мощностью, вырабатываемой ветроэнергетической установкой, подключенной к этой сети.
Технический результат, который может быть получен при реализации заявляемого технического решения, выражается в формировании дополнительных сигналов управления, подаваемых на входы преобразователя частоты, обеспечивающих стабилизацию напряжения в сети и компенсирующих вредное воздействие изменений частоты вращения ротора и внутренних переменных асинхронизированного синхронного генератора на качество управления активной и реактивной мощностью, вырабатываемой ветроэнергетической установкой.
Поставленная задача решается тем, что в устройство для управления асинхронизированным синхронным генератором, содержащее преобразователь частоты, подключенный выходом к роторной цепи асинхронизированного синхронного генератора, статорная цепь которого подключена к трехфазной сети, последовательно соединенные датчик углового положения ротора, непосредственно связанный с ротором асинхронизированного синхронного генератора, и формирователь гармонических функций частоты скольжения, последовательно соединенные первый элемент сравнения и первый регулятор тока, а также первый блок преобразования координат, датчики тока и напряжения статорной цепи, датчик частоты вращения, непосредственно связанный с ротором асинхронизированного синхронного генератора, и датчик скорости ветра, дополнительно вводятся последовательно соединенные второй блок преобразования координат, подключенный тремя входами к трем соответствующим выходам датчика напряжения статорной цепи, третий блок преобразования координат, первый усилитель, первый блок умножения и первый сумматор, подключенный выходом к первому входу первого блока преобразования координат, последовательно соединенные четвертый блок преобразования координат, подключенный тремя входами к трем соответствующим выходам датчика тока статорной цепи, пятый блок преобразования координат, третий и четвертый входы которого подключены ко второму и третьему выходам третьего блока преобразования координат и ко второму и третьему входам первого блока преобразования координат соответственно, второй сумматор, второй вход которого соединен с выходом первого усилителя, и второй блок умножения, соединенный выходом со вторым входом первого сумматора, последовательно соединенные второй усилитель, подключенный входом ко второму выходу пятого блока преобразования координат, третий блок умножения и третий сумматор, второй вход которого соединен с выходом первого регулятора тока, а выход - с четвертым входом первого блока преобразования координат, последовательно соединенные блок возведения в третью степень, подключенный входом к выходу датчика скорости ветра, нелинейный элемент, первый квадратор, четвертый, сумматор, блок извлечения квадратного корня и управляемый электронный ключ, соединенный выходом с первым входом первого элемента сравнения, второй вход которого подключен к выходу второго сумматора, последовательно соединенные задатчик напряжения, второй элемент сравнения, второй вход которого подключен к первому выходу третьего блока преобразования координат, регулятор напряжения, второй квадратор, пятый сумматор, подключенный вторым входом к выходу первого квадратора, и компаратор, второй вход которого соединен с выходом задатчика максимального тока и вторым входом четвертого сумматора, а выход - с управляющим входом управляемого электронного ключа, подключенного вторым силовым входом к выходу регулятора напряжения, последовательно соединенные третий элемент сравнения, подключенный первым входом к выходу нелинейного элемента, а вторым входом - к выходу второго усилителя, и второй регулятор тока, соединенный выходом с третьим входом первого сумматора, последовательно соединенные задатчик частоты тока статора и шестой сумматор, второй вход которого соединен с выходом датчика частоты вращения, а выход - со вторыми входами первого, второго и третьего блоков умножения, причем пятый и шестой входы первого блока преобразования координат соединены с соответствующими выходами формирователя гармонических функций частоты скольжения, а три его выхода - с тремя управляющими входами преобразователя частоты, который получает питание от трехфазной сети.
Сопоставительный анализ существенных признаков заявляемого технического решения с существенными признаками известных аналогов и прототипа показывает, что заявляемое устройство соответствует критерию "новизна".
Заявленная совокупность признаков, приведенная в отличительной части формулы изобретения, позволяет стабилизировать напряжение в сети при изменении мощности ветрового потока и компенсировать изменения частоты вращения ротора и внутренних переменных генератора, что, в свою очередь, позволяет получить высокое качество управления вырабатываемой мощностью генератора.
Блок-схема предлагаемого устройства для управления асинхронизированным синхронным генератором представлена на чертеже.
Устройство для управления асинхронизированным синхронным генератором содержит преобразователь частоты 1, подключенный выходом к роторной цепи асинхронизированного синхронного генератора 2, статорная цепь которого подключена к трехфазной сети 3, последовательно соединенные датчик 4 углового положения ротора, непосредственно связанный с ротором асинхронизированного синхронного генератора 2, и формирователь 5 гармонических функций частоты скольжения, последовательно соединенные первый элемент 6 сравнения и первый регулятор 7 тока, а также первый блок 8 преобразования координат, датчики тока 9 и напряжения 10 статорной цепи, датчик 11 частоты вращения, непосредственно связанный с ротором асинхронизированного синхронного генератора 2, и датчик 12 скорости ветра, последовательно соединенные второй блок 13 преобразования координат, подключенный тремя входами к трем соответствующим выходам датчика 10 напряжения статорной цепи, третий блок 14 преобразования координат, первый усилитель 15, первый блок 16 умножения и первый сумматор 17, подключенный выходом к первому входу первого блока 8 преобразования координат, последовательно соединенные четвертый блок 18 преобразования координат, подключенный тремя входами к трем соответствующим выходам датчика 9 тока статорной цепи, пятый блок 19 преобразования координат, третий и четвертый входы которого подключены ко второму и третьему выходам третьего блока 14 преобразования координат и ко второму и третьему входам первого блока 8 преобразования координат соответственно, второй сумматор 20, второй вход которого соединен с выходом первого усилителя 15, и второй блок 21 умножения, соединенный выходом со вторым входом первого сумматора 17, последовательно соединенные второй усилитель 22, подключенный входом ко второму выходу пятого блока 19 преобразования координат, третий блок 23 умножения и третий сумматор 24, второй вход которого соединен с выходом первого регулятора 7 тока, а выход - с четвертым входом первого блока 8 преобразования координат, последовательно соединенные блок 25 возведения в третью степень, подключенный входом к выходу датчика 12 скорости ветра, нелинейный элемент 26, первый квадратор 27, четвертый сумматор 28, блок 29 извлечения квадратного корня и управляемый электронный ключ 30, соединенный выходом с первым входом первого элемента 6 сравнения, второй вход которого подключен к выходу второго сумматора 20, последовательно соединенные задатчик 31 напряжения, второй элемент 32 сравнения, второй вход которого подключен к первому выходу третьего блока 14 преобразования координат, регулятор 33 напряжения, второй квадратор 34, пятый сумматор 35, подключенный вторым входом к выходу первого квадратора 27, и компаратор 36, второй вход которого соединен с выходом задатчика 37 максимального тока и вторым входом четвертого сумматора 28, а выход - с управляющим входом управляемого электронного ключа 30, подключенного вторым силовым входом к выходу регулятора 33 напряжения, последовательно соединенные третий элемент 38 сравнения, подключенный первым входом к выходу нелинейного элемента 26, а вторым входом - к выходу второго усилителя 22, и второй регулятор 39 тока, соединенный выходом с третьим входом первого сумматора 17, последовательно соединенные задатчик 40 частоты тока статора и шестой сумматор 41, второй вход которого соединен с выходом датчика 11 частоты вращения, а выход - со вторыми входами первого 16, второго 21 и третьего 23 блоков умножения, причем пятый и шестой входы первого блока 8 преобразования координат соединены с соответствующими выходами формирователя 5 гармонических функций частоты скольжения, а три его выхода - с тремя управляющими входами преобразователя частоты 1, который получает питание от трехфазной сети 3.
На чертеже введены следующие обозначения:
I1x, I1y, I2x, I2y - проекции токов статора и ротора на соответствующие оси координат;
Ux, Uy - проекции управляющих сигналов;
Ukx, Uky - проекции скорректированных управляющих сигналов;
U1m - амплитуда напряжения статора;
Ψ1m - амплитуда потокосцепления статора;
Iзx, Iзy - проекции задающего тока ротора на оси координат x и y;
ε1,ε2,ε3 - сигналы ошибок;
Iз 2 - квадрат результирующего задающего тока;
Iз max 2 - квадрат максимально допустимого тока;
Uз - задающий сигнал напряжения сети;
v - скорость ветра;
ω - частота вращения ротора;
ω1,ω2 - частоты токов статора и ротора.
I1x, I1y, I2x, I2y - проекции токов статора и ротора на соответствующие оси координат;
Ux, Uy - проекции управляющих сигналов;
Ukx, Uky - проекции скорректированных управляющих сигналов;
U1m - амплитуда напряжения статора;
Ψ1m - амплитуда потокосцепления статора;
Iзx, Iзy - проекции задающего тока ротора на оси координат x и y;
ε1,ε2,ε3 - сигналы ошибок;
Iз 2 - квадрат результирующего задающего тока;
Iз max 2 - квадрат максимально допустимого тока;
Uз - задающий сигнал напряжения сети;
v - скорость ветра;
ω - частота вращения ротора;
ω1,ω2 - частоты токов статора и ротора.
Устройство работает следующим образом.
Статор асинхронизированного синхронного генератора 2 работает на трехфазную сеть 3 переменного тока. Напряжение в его роторную обмотку подают от преобразователя частоты 1, который получает питание от этой сети 3.
Очевидно, что в процессе работы ветроэнергетической установки происходит постоянное изменение мощности ветрового потока. В то же время мощность, вырабатываемая установкой, с одной стороны, не должна превышать мощность ветрового потока (для предотвращения остановки ветроколеса), а с другой стороны, не должна превышать максимально допустимого для ее генератора значения, даже если мощность ветрового потока велика. Особенностью ветроэнергетических установок, построенных на основе асинхронизированных синхронных генераторов, является возможность вырабатывать как активную, так и реактивную мощность. Поэтому для более полного использования энергии ветра необходимо изменять активную и реактивную мощность, вырабатываемую такой установкой, подстраиваясь под текущее значение мощности ветрового потока. Однако изменение вырабатываемой мощности вызывает изменение токов в электрических сетях, что приводит к изменению падений напряжения на активных и реактивных сопротивлениях сетей и линий электропередач, соединяющих маломощные (сельские) сети с источниками энергии. Это в конечном итоге приводит к изменению напряжения в этих маломощных сетях. А поскольку реактивное сопротивление линий электропередач больше активного, то, изменяя реактивную мощность, вырабатываемую ветроэнергетической установкой, можно эффективно стабилизировать напряжение в этой маломощной сети переменного тока. Для изменения активной и реактивной мощности необходимо изменять активный и реактивный токи статора. Однако между токами статора и ротора асинхронизированного синхронного генератора существует однозначная связь, поэтому для изменения активной и реактивной мощности ветроэнергетической установки необходимо изменять активный и реактивный токи ротора с помощью преобразователя частоты, включенного в роторную цепь генератора. В то же время на качество управления активным и реактивным токами ротора, а следовательно, активной и реактивной мощностью влияют изменяющаяся частота вращения ротора и изменяющиеся переменные самого генератора, обусловленные наличием внутренних связей. Поэтому для повышения качества управления мощностью необходимо компенсировать указанное влияние.
Для определения управляющих сигналов, подаваемых на преобразователь частоты, рассматривают дифференциальные уравнения, описывающие работу асинхронизированного синхронного генератора 2 в проекциях на оси прямоугольной системы координат x, y, вращающейся с частотой тока статора ω1:
Ψ1x = I1x•L1+I2x•L12,
Ψ1y = I1y•L1+I2y•L12,
Ψ2x = I1x•L12+I2x•L2,
Ψ2y = I1y•L12+I2y•L2,
где U1x, U1y, U2x, U2y - проекции напряжений статора и ротора на соответствующие оси координат; Ψ1x,Ψ1y,Ψ2x,Ψ2y - проекции потокосцеплений статора и ротора на соответствующие оси координат; R1, R2 - активные сопротивления статорной и роторной обмоток соответственно; L1, L2 - индуктивности статорной и роторной обмоток соответственно; L12 - взаимная индуктивность статора и ротора; ω2 = ω1-pn•ω - частота тока ротора; pn - число пар полюсов.
Ψ1x = I1x•L1+I2x•L12,
Ψ1y = I1y•L1+I2y•L12,
Ψ2x = I1x•L12+I2x•L2,
Ψ2y = I1y•L12+I2y•L2,
где U1x, U1y, U2x, U2y - проекции напряжений статора и ротора на соответствующие оси координат; Ψ1x,Ψ1y,Ψ2x,Ψ2y - проекции потокосцеплений статора и ротора на соответствующие оси координат; R1, R2 - активные сопротивления статорной и роторной обмоток соответственно; L1, L2 - индуктивности статорной и роторной обмоток соответственно; L12 - взаимная индуктивность статора и ротора; ω2 = ω1-pn•ω - частота тока ротора; pn - число пар полюсов.
Работа преобразователя частоты 1 в цепи ротора описывается следующими уравнениями:
где Ктп - коэффициент передачи преобразователя частоты; Ттп - постоянная времени преобразователя частоты.
где Ктп - коэффициент передачи преобразователя частоты; Ттп - постоянная времени преобразователя частоты.
Дифференциальные уравнения, описывающие совместную работу преобразователя частоты 1 и роторной цепи асинхронизированного синхронного генератора 2, имеют вид:
где k1= L12/L1 - коэффициент связи статора; L2'=(L1•L2-L12 2)/L1 - приведенная индуктивность.
где k1= L12/L1 - коэффициент связи статора; L2'=(L1•L2-L12 2)/L1 - приведенная индуктивность.
Скорректированные управляющие сигналы Ukx и Uky формируют напряжение и ток роторной цепи асинхронизированного синхронного генератора 2, а следовательно, формируют напряжение и ток статорной цепи. При этом проекция I2x является реактивным током ротора, а проекция I2y - активным. Очевидно, что параметры уравнений (1), а следовательно, и проекции тока роторной цепи асинхронизированного синхронного генератора зависят от существенно изменяющейся в процессе работы ветроэнергетической установки частоты тока ротора ω2, которая в свою очередь зависит от частоты вращения ротора ω и изменяющихся переменных самого генератора, которые обусловлены наличием внутренних связей (проекций тока I2x, I2y и их производных, а также амплитуды потокосцепления статора Ψ1m). В результате для реализации поставленной выше задачи необходимо сформировать такое корректирующее устройство, которое позволяло бы стабилизировать напряжение в маломощной сети и обеспечить качественное управление вырабатываемой мощностью генератора за счет компенсации влияния всех перечисленных выше изменяющихся параметров.
Стабилизация напряжения и управление мощностью в данной заявке обеспечивается двумя следящими системами. Причем управление активной мощностью обеспечивается следящей системой по активному току ротора, а стабилизация напряжения и управление реактивной мощностью обеспечиваются двухконтурной следящей системой, внутренний контур которой управляет реактивным током ротора, а внешний стабилизирует напряжение в маломощной сети.
Задающий сигнал для внешнего контура стабилизации напряжения формируется задатчиком 31 напряжения в виде постоянного сигнала Uз, равного амплитуде напряжения сети в системе координат x и y. Реальный сигнал амплитуды напряжения U1m вычисляется следующим образом. Сначала с помощью датчика 10 измеряются значения трехфазных напряжений статора, затем с помощью блока 13 они преобразуются в двухфазные. После этого блок 14 преобразования координат вычисляет амплитуду напряжения статора U1m и вырабатывает гармонические сигналы sin(ω1•t) и cos(ω1•t) (подробнее работа подобных блоков описана в учебнике - Теория автоматизированного электропривода /Чиликин М.Г., Ключев В.И., Сандлер А.С. - М.: Энергия, 1979. - С. 431-438). Сигнал ошибки ε2 = Uз-U1m/ на выходе элемента 32 сравнения, скорректированный типовым регулятором 33 напряжения, является задающим сигналом Iзx для внутреннего контура управления реактивным током ротора. Это позволяет стабилизировать напряжение в сети за счет управления реактивной мощностью.
Задающий сигнал Iзy для следящей системы по активному току ротора, определяющий величину вырабатываемой активной мощности, как было сказано выше, определяется мощностью ветрового потока и ограничивается номинальной мощностью генератора. Этот сигнал формируется нелинейным элементом 26, имеющим следующую характеристику:
где kсв - коэффициент скорости ветра, рассчитываемый по паспортным данным ветроустановки и являющийся постоянным для конкретной установки; vном - номинальная скорость ветра; Iзy ном - номинальный задающий сигнал активного тока ротора.
где kсв - коэффициент скорости ветра, рассчитываемый по паспортным данным ветроустановки и являющийся постоянным для конкретной установки; vном - номинальная скорость ветра; Iзy ном - номинальный задающий сигнал активного тока ротора.
Известно, что задающий ток Iз не должен превышать своего максимального значения Iз max (для предотвращения выхода из строя генератора). Так как сигнал Iзy ограничивается сигналом Iзy ном, то результирующий задающий ток Iз может превысить свое максимальное значение Iз max только за счет роста сигнала Iзx. Для устранения ситуации, когда значение Iз может превысить Iз max, вводится ограничение на сигнал Iзx на уровне 
(если Iз > Iз max). Указанное ограничение сигнала Iзx осуществляется следующим образом. Первый отрицательный вход сумматора 28, его второй положительный вход, а также оба положительных входа сумматора 35 имеют единичные коэффициенты усиления. Задатчик 37 формирует сигнал Iз 2 max. В результате на выходе блока 29 извлечения квадратного корня формируется сигнал 
. Компаратор 36 формирует ненулевой управляющий сигнал, если Iз 2 > Iз 2 max, и нулевой - в противном случае. Управляемый электронный ключ 30 работает следующим образом. Выход ключа 30 соединен с выходом регулятора 33 напряжения, если управляющий сигнал на выходе компаратора 36 нулевой, и соединен с выходом блока 29 извлечения квадратного корня в противном случае. В первом случае сигнал Iзx специально не ограничивается, а в последнем случае он ограничен на уровне Iзx max.
Реальные текущие значения сигналов токов ротора I2x и I2y вычисляют следующим образом.
Измеренные датчиком 9 значения трехфазных токов статора сначала преобразуются блоком 18 преобразования координат в двухфазные, а затем блоком 19 преобразования координат - в их проекции на оси координат x, y с использованием сигналов sin(ω1•t) и cos(ω1•t), поступающих с блока 14 преобразования координат (подробнее работа подобных блоков описана в учебнике - Теория автоматизированного электропривода /Чиликин М.Г., Ключев В.И., Сандлер А.С. - М.: Энергия, 1979. - С. 431-438).
Усилитель 15 имеет коэффициент усиления, равный 
и на его выходе формируется сигнал 
Усилитель 22 имеет коэффициент усиления, равный 
и на его выходе формируется реальный сигнал активного тока ротора 
Первый отрицательный вход второго сумматора 20 (со стороны пятого блока 19 преобразования координат) имеет коэффициент усиления, равный
а второй положительный (со стороны первого усилителя 15) - равный 
В результате на его выходе формируется реальный сигнал реактивного тока ротора
Регуляторы 7 и 39 тока ротора являются типовыми. При этом сигнал Ux на выходе регулятора 7 обеспечивает стабилизацию напряжения в маломощной сети за счет управления реактивной мощностью, вырабатываемой ветроэнергетической установкой. Сигнал Uy на выходе регулятора 39 обеспечивает управление активной мощностью пропорционально кубу скорости ветра, т.е. пропорционально мощности ветрового потока. Однако для повышения качества управления активной и реактивной мощностью, как было сказано выше, необходимо скомпенсировать отрицательное влияние изменяющейся частоты вращения ротора и изменений внутренних переменных асинхронизированного синхронного генератора. Это осуществляется следующим образом.
Первый отрицательный вход второго сумматора 20 (со стороны пятого блока 19 преобразования координат) имеет коэффициент усиления, равный
Регуляторы 7 и 39 тока ротора являются типовыми. При этом сигнал Ux на выходе регулятора 7 обеспечивает стабилизацию напряжения в маломощной сети за счет управления реактивной мощностью, вырабатываемой ветроэнергетической установкой. Сигнал Uy на выходе регулятора 39 обеспечивает управление активной мощностью пропорционально кубу скорости ветра, т.е. пропорционально мощности ветрового потока. Однако для повышения качества управления активной и реактивной мощностью, как было сказано выше, необходимо скомпенсировать отрицательное влияние изменяющейся частоты вращения ротора и изменений внутренних переменных асинхронизированного синхронного генератора. Это осуществляется следующим образом.
Первый положительный вход сумматора 41 (со стороны задатчика 40 частоты тока статора) имеет единичный коэффициент усиления, а второй отрицательный вход (со стороны датчика 11 частоты вращения) имеет коэффициент усиления, равный pn. В результате на его выходе формируется сигнал ω2 = ω1-pn•ω.
Первый положительный вход сумматора 17 (со стороны блока 16 умножения) имеет коэффициент усиления, равный
второй положительный (со стороны блока 21 умножения) - 
а третий положительный (со стороны регулятора 39 тока), равный единице. В результате на его выходе формируется сигнал
Первый отрицательный вход сумматора 24 (со стороны блока 23 умножения) имеет коэффициент усиления, равный
а второй положительный (со стороны регулятора 7 тока), равный единице. В результате на его выходе формируется сигнал
Скорректированные управляющие сигналы Ukx и Uky поступают на входы блока 8 преобразования координат. Этот блок преобразует указанные управляющие сигналы из системы координат x, y в роторную трехфазную систему координат. При этом он использует информацию, поступающую с третьего блока 14 преобразования координат и с формирователя 5 гармонических функций частоты скольжения, который на основе информации, получаемой от датчика 4 углового положения ротора, вырабатывает сигналы sin(φэл) и cos(φэл), где φэл = - электрический угол поворота ротора относительно статора. Преобразованные сигналы с выхода блока 8 преобразования координат поступают на соответствующие управляющие входы преобразователя частоты 1, выходы которого подводятся к контактным кольцам ротора асинхронизированного синхронного генератора 2.
Первый положительный вход сумматора 17 (со стороны блока 16 умножения) имеет коэффициент усиления, равный
Первый отрицательный вход сумматора 24 (со стороны блока 23 умножения) имеет коэффициент усиления, равный
Скорректированные управляющие сигналы Ukx и Uky поступают на входы блока 8 преобразования координат. Этот блок преобразует указанные управляющие сигналы из системы координат x, y в роторную трехфазную систему координат. При этом он использует информацию, поступающую с третьего блока 14 преобразования координат и с формирователя 5 гармонических функций частоты скольжения, который на основе информации, получаемой от датчика 4 углового положения ротора, вырабатывает сигналы sin(φэл) и cos(φэл), где φэл = - электрический угол поворота ротора относительно статора. Преобразованные сигналы с выхода блока 8 преобразования координат поступают на соответствующие управляющие входы преобразователя частоты 1, выходы которого подводятся к контактным кольцам ротора асинхронизированного синхронного генератора 2.
Управляющие сигналы Ukx (3) и Uky (2) обеспечивают компенсацию влияния изменяющейся частоты вращения ротора и изменяющихся внутренних переменных асинхронизированного синхронного генератора на качество регулирования вырабатываемой мощности. Эти сигналы превращают уравнения (1) с переменными параметрами в уравнения вида:
Как видно из уравнений (4), введенная коррекция обеспечивает компенсацию не всех изменяющихся переменных. Однако, как показали результаты проведенных исследований, влияние оставшихся нескомпенсированных переменных на качество регулирования вырабатываемой мощности незначительно и этими переменными вполне можно пренебречь.
Как видно из уравнений (4), введенная коррекция обеспечивает компенсацию не всех изменяющихся переменных. Однако, как показали результаты проведенных исследований, влияние оставшихся нескомпенсированных переменных на качество регулирования вырабатываемой мощности незначительно и этими переменными вполне можно пренебречь.
Таким образом, за счет дополнительного введения второго 13, третьего 14, четвертого 18 и пятого 19 блоков преобразования координат, первого 15 и второго 22 усилителей, первого 16, второго 21 и третьего 23 блоков умножения, первого 17, второго 20, третьего 24, четвертого 28, пятого 35 и шестого 41 сумматоров, блока 25 возведения в третью степень, нелинейного элемента 26, первого 27 и второго 34 квадраторов, блока 29 извлечения квадратного корня, управляемого электронного ключа 30, задатчика 31 напряжения, второго 32 и третьего 38 элементов сравнения, регулятора 33 напряжения, компаратора 36, задатчика 37 максимального тока, второго регулятора 39 тока и задатчика 40 частоты тока статора удалось существенно повысить качество управления вырабатываемой активной и реактивной мощностью ветроэнергетической установки за счет компенсации вредного влияния изменяющихся частоты вращения ротора асинхронизированного синхронного генератора 2 и переменных самого генератора, а также стабилизировать напряжение в маломощной (сельской) сети переменного тока при изменении мощности ветрового потока.
Claims (1)
- Устройство для управления асинхронизированным синхронным генератором, содержащее преобразователь частоты, подключенный выходом к роторной цепи асинхронизированного синхронного генератора, статорная цепь которого подключена к трехфазной сети, последовательно соединенные датчик углового положения ротора, непосредственно связанный с ротором асинхронизированного синхронного генератора и формирователь гармонических функций частоты скольжения, последовательно соединенные первый элемент сравнения и первый регулятор тока, а также первый блок преобразования координат, который преобразует скорректированные управляющие сигналы, поступающие на его входы, из системы координат x, y в роторную трехфазную систему координат, датчики тока и напряжения статорной цепи, датчик частоты вращения, непосредственно связанный с ротором асинхронизированного синхронного генератора и датчик скорости ветра, отличающееся тем, что в него дополнительно вводятся последовательно соединенные второй блок преобразования координат, подключенный тремя входами к трем соответствующим выходам датчика напряжения статорной цепи и преобразующий трехфазные напряжения статора в двухфазные, третий блок преобразования координат, который вычисляет амплитуду напряжения статора и вырабатывает гармонические сигналы sin(ω1•t) и cos(ω1•t), первый усилитель, первый блок умножения и первый сумматор, подключенный выходом к первому входу первого блока преобразования координат, последовательно соединенные четвертый блок преобразования координат, подключенный тремя входами к трем соответствующим выходам датчика тока статорной цепи и преобразующий трехфазные токи статора в двухфазные, пятый блок преобразования координат, преобразующий двухфазные токи статора в их проекции на оси координат x, y, третий и четвертый входы которого подключены ко второму и третьему выходам третьего блока преобразования координат и - ко второму и третьему входам первого блока преобразования координат соответственно, второй сумматор, второй вход которого соединен с выходом первого усилителя, и второй блок умножения, соединенный выходом со вторым входом первого сумматора, последовательно соединенные второй усилитель, подключенный входом ко второму выходу пятого блока преобразования координат, третий блок умножения и третий сумматор, второй вход которого соединен с выходом первого регулятора тока, а выход - с четвертым входом первого блока преобразования координат, последовательно соединенные блок возведения в третью степень, подключенный входом к выходу датчика скорости ветра, нелинейный элемент, который представляет собой усилитель положительных входных сигналов с зоной насыщения, первый квадратор, четвертый сумматор, блок извлечения квадратного корня и управляемый электронный ключ, соединенный выходом с первым входом первого элемента сравнения, второй вход которого подключен к выходу второго сумматора, последовательно соединенные задатчик напряжения, второй элемент сравнения, второй вход которого подключен к первому выходу третьего блока преобразования координат, регулятор напряжения, второй квадратор, пятый сумматор, подключенный вторым входом к выходу первого квадратора, и компаратор, второй вход которого соединен с выходом задатчика максимального тока и вторым входом четвертого сумматора, а выход - с управляющим входом управляемого электронного ключа, подключенного вторым силовым входом к выходу регулятора напряжения, последовательно соединенные третий элемент сравнения, подключенный первым входом к выходу нелинейного элемента, а вторым входом - к выходу второго усилителя, и второй регулятор тока, соединенный выходом с третьим входом первого сумматора, последовательно соединенные задатчик частоты тока статора и шестой сумматор, второй вход которого соединен с выходом датчика частоты вращения, а выход - со вторыми входами первого, второго и третьего блоков умножения, причем пятый и шестой входы первого блока преобразования координат соединены с соответствующими выходами формирователя гармонических функций частоты скольжения, а три его выхода - с тремя управляющими входами преобразователя частоты, который получает питание от трехфазной сети.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2000123116A RU2189105C2 (ru) | 2000-09-05 | 2000-09-05 | Устройство для управления асинхронизированным синхронным генератором |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2000123116A RU2189105C2 (ru) | 2000-09-05 | 2000-09-05 | Устройство для управления асинхронизированным синхронным генератором |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2000123116A RU2000123116A (ru) | 2002-08-20 |
| RU2189105C2 true RU2189105C2 (ru) | 2002-09-10 |
Family
ID=20239801
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2000123116A RU2189105C2 (ru) | 2000-09-05 | 2000-09-05 | Устройство для управления асинхронизированным синхронным генератором |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2189105C2 (ru) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2650490C2 (ru) * | 2012-05-21 | 2018-04-16 | Лабиналь Пауэр Системз | Система электропитания, содержащая асинхронную машину, и двигатель, оснащенный такой системой электропитания |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US3859578A (en) * | 1973-01-22 | 1975-01-07 | Mikhail Moiseevich Botvinnik | Method and circuit for controlling an asynchronized-synchronous machine |
| SU1259467A1 (ru) * | 1984-07-09 | 1986-09-23 | Всесоюзный Ордена Трудового Красного Знамени Научно-Исследовательский И Проектный Институт По Комплексной Электрификации Промышленных Объектов "Тяжпромэлектропроект" Им.Ф.Б.Якубовского | Асинхронизированный синхронный генератор |
| SU1534747A1 (ru) * | 1988-01-25 | 1990-01-07 | Московский энергетический институт | Устройство дл управлени асинхронизированным синхронным генератором ветроэнергетической установки |
| RU10304U1 (ru) * | 1998-10-06 | 1999-06-16 | Нижегородский государственный технический университет | Ветроэнергетическая установка |
-
2000
- 2000-09-05 RU RU2000123116A patent/RU2189105C2/ru active
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US3859578A (en) * | 1973-01-22 | 1975-01-07 | Mikhail Moiseevich Botvinnik | Method and circuit for controlling an asynchronized-synchronous machine |
| SU1259467A1 (ru) * | 1984-07-09 | 1986-09-23 | Всесоюзный Ордена Трудового Красного Знамени Научно-Исследовательский И Проектный Институт По Комплексной Электрификации Промышленных Объектов "Тяжпромэлектропроект" Им.Ф.Б.Якубовского | Асинхронизированный синхронный генератор |
| SU1534747A1 (ru) * | 1988-01-25 | 1990-01-07 | Московский энергетический институт | Устройство дл управлени асинхронизированным синхронным генератором ветроэнергетической установки |
| RU10304U1 (ru) * | 1998-10-06 | 1999-06-16 | Нижегородский государственный технический университет | Ветроэнергетическая установка |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2650490C2 (ru) * | 2012-05-21 | 2018-04-16 | Лабиналь Пауэр Системз | Система электропитания, содержащая асинхронную машину, и двигатель, оснащенный такой системой электропитания |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN101053137B (zh) | 感应式电机及其功率调节方法和设备 | |
| EP2043241B1 (en) | Motor Drive Using Flux Adjustment to Control Power Factor | |
| US4982147A (en) | Power factor motor control system | |
| US4926105A (en) | Method of induction motor control and electric drive realizing this method | |
| CN101467343B (zh) | 用于限制双供电异步电机的电流的方法及用于调节双供电异步电机给出的或接收的有效功率和给出的或接收的无效功率的装置 | |
| US5502360A (en) | Stator resistance detector for use in electric motor controllers | |
| US5532570A (en) | Variable speed control apparatus for induction motor | |
| JP2677494B2 (ja) | 誘導電動機の制御装置 | |
| US4672287A (en) | Induction motor digital control system | |
| CN102148603B (zh) | 双馈发电机转子初始位置零位偏差的辨识方法及控制装置 | |
| JPH02254987A (ja) | 誘導電動機の制御方式及びその装置 | |
| JPH0654577A (ja) | 電気自動車駆動システム用の自動モータートルク／磁束コントローラー | |
| Bogalecka et al. | Control systems of doubly-fed induction machine supplied by current controlled voltage source inverter | |
| JPH08289600A (ja) | 誘導電動機の制御装置 | |
| FI66508C (fi) | Saett och anordning foer styrning av en vaexelstroemsasynkronmotor | |
| RU2189105C2 (ru) | Устройство для управления асинхронизированным синхронным генератором | |
| JP3656944B2 (ja) | 同期電動機の制御方法 | |
| CN108988720B (zh) | 一种基于转差自动优化的三相异步电机控制器及控制方法 | |
| JP4219362B2 (ja) | 回転機の制御装置 | |
| Kim et al. | Vector control system for induction motor without speed sensor at very low speed | |
| KR20000071650A (ko) | 회전기의 조정방법 및 회전기용 전력공급 회로 | |
| JP4671521B2 (ja) | 電動機制御装置 | |
| RU2189104C2 (ru) | Устройство для управления асинхронизированным синхронным генератором | |
| JP3178974B2 (ja) | 二軸励磁発電機の制御装置 | |
| CN109524987A (zh) | 一种基于恒压控制的双馈风力发电机互感参数辨识方法 |