Способ управления ветроэлектрической установкой и устройство для его осуществления



Способ управления ветроэлектрической установкой и устройство для его осуществления
Способ управления ветроэлектрической установкой и устройство для его осуществления

 


Владельцы патента RU 2530194:

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Азово-Черноморская государственная агроинженерная академия" (ФГБОУ ВПО АЧГАА) (RU)

Группа изобретений относится к ветроэнергетике и предназначена для регулирования скорости вращения ветроколеса. Способ управления ветроэлектрической установкой включает аэродинамическое ограничение мощности, развиваемой ветроколесом, за счет изменения положения его лопастей относительно ветра и остановку ветроколеса путем понижения мощности на ветроколесе до его номинального значения регулированием разницы вращающих моментов. Регулирование разницы вращающих моментов осуществляют перераспределением моментов между двумя роторами генератора путем изменения их электрической загрузки. Имеется устройство для осуществления упомянутого способа. Группа изобретений направлена на повышение точности регулирования, на повышение быстродействия при резких порывах ветра и на повышение коэффициента использования энергии ветра. 2 н.п. ф-лы, 2 ил.

 

Изобретение относится к ветроэнергетике и может быть использовано для регулирования скорости вращения ветроколеса.

Известен способ управления и регулирования ветроэнергетической установки (Патент РФ №2350778, F03D 7/02, опубликован 27.03.2009), включающей в себя корпус, поворотный по азимутальному углу, ротор с по меньшей мере одной лопастью ротора, поворотной относительно своей продольной оси, агрегат электропитания и устройство управления, имеющее эксплуатационный режим при скорости ветра, превышающей предварительно заданное значение скорости, причем способ имеет следующие этапы:

устройство управления переключают в указанный эксплуатационный режим, если скорость ветра превышает скорость, при которой происходит отключение установки, и электропитание осуществляется от электросети, связанной с ветроэнергетической установкой, или если

скорость ветра превышает скорость, при которой происходит включение установки, и электросеть, связанная с ветроэнергетической установкой, вышла из строя или отключилась,

устройство управления на основе измеренных значений (υ) скорости ветра и данных о направлении ветра определяет азимутальное угловое положение (α), в которое должен быть установлен корпус, и один или несколько углов (φ) установки для по меньшей мере одной лопасти ротора, таким образом, что ротор в установленном положении вращается с частотой вращения, находящейся в пределах предварительно заданного диапазона частоты вращения,

по меньшей мере один азимутальный привод, запитываемый от агрегата электропитания, устанавливает корпус в азимутальное угловое положение (α), определенное устройством управления, и по меньшей мере один привод наклона, запитываемый от агрегата электропитания, устанавливает по меньшей мере одну лопасть ротора в угловое положение (φ), определенное устройством управления, причем соединенный с ротором вспомогательный генератор снабжает током по меньшей мере часть потребителей электричества ветроэнергетической установки, если электросеть, связанная с ветроэнергетической установкой, вышла из строя или отключилась.

Недостатком данного способа является запаздывание регулирования при изменении скорости ветра.

Наиболее близким к предлагаемому способу является способ управления ветроэнергетической установкой и устройство для его осуществления (Патент РФ №2312249, F03D 7/04, опубликован 10.12.2007), заключающийся в аэродинамическом ограничении мощности, развиваемой ветроколесом, за счет изменения положения его лопастей относительно ветра и остановке ветроколеса путем понижения мощности на ветроколесе до ее номинального значения, причем понижение мощности на ветроколесе осуществляют регулированием разницы вращающих моментов, возникающих на выходном валу, и регулированием момента на валу ветроколеса саморегулирующими устройствами, например упругими элементами.

Ветроэнергетическая установка содержит ветроколесо и ступицу, выполненную в виде цилиндрического стакана с прорезями, в которых установлены втулки со стержнями, с наружной стороны которых закреплены поворотные лопасти, на внутренних концах стержней установлены шестерни, находящиеся в зацеплении с шестерней, закрепленной на втулке, свободно установленной на валу ветроколеса и имеющей с противоположного конца шестерню с пазами, в которые входит вилка, жестко связанная с валом ветроколеса, и упругие элементы, расположенные между вилкой и стенкой паза. Шестерня с пазами находится в зацеплении с шестерней, установленной на выходном валу, с противоположной стороны которого закреплено устройство отбора мощности.

К недостаткам способа следует отнести создание постоянной мощности на выходном валу с помощью упругих элементов и запаздывание ограничения мощности при резких порывах ветра.

Известно устройство двухроторный ветрогенератор (Патент РФ №2433301, F03D 1/02, F03D 7/04, опубликован 10.11.2011), наиболее близкое к предлагаемому устройству, позволяющее при вращении лопастей регулировать их наклон к потоку, для поддержания частоты вращения, состоящий из статора и двух роторов, внутри статора находятся основной ротор и регулирующий ротор, имеющие возможность поворачиваться относительно друг друга, регулирующий и основной роторы через конические шестерни связаны с осями лопастей ветроколеса, регулирование угла атаки лопасти происходит благодаря повороту регулирующего ротора относительно основного путем шунтирования обмотки регулирующего ротора, при этом регулирующий ротор поворачивается относительно основного ротора, поворачивает шестерню, связанную с лопастью ветроколеса, изменяя угол атаки лопасти.

Недостаток данного устройства состоит в рассеивании энергии в регулирующем роторе, снижающем КПД.

Задачей изобретения является повышение точности регулирования, повышение быстродействия при резких порывах ветра и повышение коэффициента использования энергии ветра.

Способ управления ветроэлектрической установкой, включающий аэродинамическое ограничение мощности, развиваемой ветроколесом, за счет изменения положения его лопастей относительно ветра и остановку ветроколеса путем понижения мощности на ветроколесе до его номинального значения, отличается тем, что согласно изобретению осуществляют регулирование разницы вращающих моментов, путем перераспределения моментов между двумя роторами генератора изменением их электрической загрузки.

Ветроэлектрическая установка для реализации способа управления содержит статор с обмоткой возбуждения, внутри которого находятся основной ротор с трехфазной обмоткой и регулирующий ротор с введенной трехфазной обмоткой, подключенной к нагрузке через регулируемые сопротивления.

На фиг.1 представлена конструкция предлагаемой ветроэлектрической установки.

Фиг.2 - принципиальная схема соединений ветроэлектрической установки.

Ветроэлектрическая установка, реализующая предлагаемый способ (фиг.1), представляет собой корпус 1, внутри которого находится статор 2 с обмоткой возбуждения 3, питаемой постоянным током через ключ регулирования 4 (фиг.2).

Внутри статора 2 соосно вращаются основной ротор 5 и регулирующий ротор 6, имеющий возможность проворачиваться относительно основного ротора 5. Роторы 5 и 6 через валы и конические шестерни 7, 8, 9 связаны между собой, при этом коническая шестерня 8 находится на одном валу с лопастью 10 ветроколеса. Конические шестерни 7, 8, 9 помещены в корпус 11, служащий опорой для подшипников валов лопастей ветроколеса.

На основном роторе 5 находится трехфазная обмотка 12, выводы которой подключены к контактным кольцам 13, через щетки 14 ЭДС, наводимая в трехфазной обмотке 12 основного ротора 5, выводится через трансформаторы тока 15, в нагрузку 16. На регулирующем роторе 6 находится трехфазная обмотка 17, выводы которой подключены к контактным кольцам 18, через щетки 19 ЭДС, наводимая в обмотке регулирующего ротора 6, выводится в нагрузку 16 через регулируемые сопротивления 20, величиной сопротивлений 20 управляет блок управления 21.

Ветроэлектрическая установка работает следующим образом.

Вращение ветроколеса приводит к вращению основного ротора 5 и регулирующего ротора 6 в поле статора 2, которое создается обмоткой возбуждения 3, по которой протекает постоянный ток. В трехфазной обмотке 12 основного ротора 5 и трехфазной обмотке 17 регулирующего ротора 6 наводятся ЭДС, пропорциональные напряженности поля, с частотой, определяемой скоростью вращения и числом полюсов обмотки, напряжение и частота тока, подаваемые в нагрузку 16, измеряются блоком управления 21.

Регулирование угла атаки лопасти 10 ветроколеса происходит благодаря повороту регулирующего ротора 6 относительно основного ротора 5 путем изменения сопротивления регулируемых сопротивлений 20, включенных в цепь обмотки 17 регулирующего ротора 6, при этом регулирующий ротор 6 проворачивается относительно основного ротора 5 за счет изменения момента регулирующего ротора 6, поворачивает коническую шестерню 7, которая поворачивает коническую шестерню 8, связанную с лопастью 10 ветроколеса, изменяя угол атаки лопасти.

Регулирование нагрузки регулирующего ротора 6 осуществляется с помощью регулируемых сопротивлений 20, управляемых блоком управления 21. Трехфазная обмотка 17 регулирующего ротора 6 через регулируемые сопротивления 20 подключена к трехфазной обмотке 12 основного ротора 5 и нагрузке 16 через трансформаторы тока 15.

При изменении частоты вращения ветроколеса изменяется частота тока в нагрузке 16, измеряемая трансформаторами тока 15, блок управления 21 изменяет величину управляемых сопротивлений 20, что приводит к изменению нагрузки регулирующего ротора 6, а следовательно, и к изменению угла атаки лопасти 10 ветроколеса, направленному на восстановление частоты вращения.

При изменении нагрузки происходит изменение частоты тока в трансформаторах тока 15 и изменение величины управляемых сопротивлений 20 блоком управления 21, что приводит к изменению нагрузки регулирующего ротора 6, направленное на восстановление частоты вращения путем поворота лопасти 10 ветроколеса.

1. Способ управления ветроэлектрической установкой, включающий аэродинамическое ограничение мощности, развиваемой ветроколесом, за счет изменения положения его лопастей относительно ветра и остановку ветроколеса путем понижения мощности на ветроколесе до его номинального значения регулированием разницы вращающих моментов, отличающийся тем, что регулирование разницы вращающих моментов осуществляют перераспределением моментов между двумя роторами генератора путем изменения их электрической загрузки.

2. Ветроэлектрическая установка для реализации способа управления содержит статор с обмоткой возбуждения, внутри которого находятся основной ротор с трехфазной обмоткой и регулирующий ротор, имеющие возможность поворачиваться относительно друг друга, регулирующий и основной роторы через конические шестерни связаны с осями лопастей ветроколеса, отличающаяся тем, что на регулирующем роторе расположена трехфазная обмотка, подключенная к нагрузке через регулируемые сопротивления.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к области ветроэнергетики, а именно к ветроэнергетическим установкам автономного электроснабжения с диффузорным ускорителем воздушного потока, повышающим эффективность и безопасность установки.

Изобретение относится к ветроэнергетике. .

Изобретение относится к ветроэнергетике, а именно к ветродвигателям с постоянной скоростью вращения ветроколеса, вращающего электрогенератор. .

Изобретение относится к ветроэнергетике. .

Изобретение относится к ветроэнергетике. .

Изобретение относится к ветроэнергетическим установкам. .

Изобретение относится к системам и способам для ослабления влияния ветровых турбин на расположенную вблизи радарную систему. .

Изобретение относится к ветроэнергетике. .

Изобретение относится к энергетике и может быть использовано при создании ветрогенераторов, турбин и винтов всех типов для контроля и защиты вращающихся частей. .
Изобретение относится к области гелио- и ветроэнергетики. Всесезонная гибридная энергетическая вертикальная установка содержит установленный с возможностью вращения вертикальный вал в виде цилиндрической трубы, охватывающей неподвижную полую ось. Неподвижная полая ось закреплена на основании. На вертикальном валу соосно между двумя защитными куполами закреплены ротор Савониуса и ротор Дарье. Защитные купола покрыты препятствующим обледенению слоем. Ротор Савониуса установлен внутри ротора Дарье. Лопасти ротора Дарье выполнены в виде скрученных полос, покрытых препятствующим обледенению слоем. На всей поверхности лопастей ротора Савониуса, выполненных в виде скрученных пластин, с двух сторон закреплены фотоэлектрические преобразователи. Выходы фотоэлектрических преобразователей соединены с силовым входом устройства управления. На вертикальном валу закреплен датчик скорости вращения вала. Выход датчика скорости вращения вала соединен с сигнальным входом устройства управления. Первый силовой выход устройства управления соединен через первый ключ с входом бесколлекторного двигателя постоянного тока. Второй силовой выход устройства управления соединен через второй ключ с входом индукционного передатчика энергии. Выход индукционного передатчика энергии соединен через контроллер заряда с первым входом накопителя электрической энергии. Второй вход накопителя соединен через контроллер заряда с выходом электромагнитного генератора. Электромагнитный генератор закреплен в нижней части вертикального вала. Технический результат - увеличение вырабатываемой электроэнергии за счет использования ветровой и солнечной энергии всесезонно при переменных погодных условиях. 12 з.п. ф-лы, 2 ил.

Изобретения относятся к электротехнике, а именно к средствам защиты ветроэнергетических установок при значительном увеличении скорости ветра. Технический результат заключается в обеспечении возможности полной остановки ветроколеса при его торможении. Устройство для реализации способа торможения ветроколеса ветроэнергетической установки, содержащей электрический генератор, включает датчик оборотов вала генератора, контроллер, переключающее устройство и аккумуляторную батарею. Переключающее устройство выполнено в виде двунаправленного транзисторного ключа, содержащего соединенные между собой эмиттерами первый и второй транзисторы p-n-p-n структуры и два диода, отрицательные электроды которых соединены соответственно с коллекторами первого и второго транзисторов, а положительные электроды соединены между собой и с эмиттерами транзисторов. Двунаправленный транзисторный ключ включен коллекторами транзисторов между одним концом обмотки статора генератора и положительным полюсом аккумуляторной батареи, отрицательный полюс которой соединен с другим концом обмотки статора генератора. Датчик оборотов вала генератора подключен к первому входу контроллера, первый и второй выходы которого подключены к затворам соответственно первого и второго транзисторов, а третий выход контроллера соединен с эмиттерами транзисторов. 2 н.п. ф-лы, 1 ил.

Изобретение относится к установкам по использованию ветровой энергии. Ветроэнергетическое сооружение оборудовано ветродвигателем лопастного типа. Лопасти получают давление ветра под углом к рабочим поверхностям. На вертикально расположенной опоре установлена ось в вертикальном положении. На ось смонтирован приводной рабочий орган, состоящий из рамы, с возможностью поворота рамы вокруг оси. На ось установлен передний приводной шкив на два посадочных места приводных ремней. На другом конце рамы установлена ось в вертикальном положении с устройством натяжения ремня, на ось установлен приводной шкив. Приводные шкивы между собой соединены бесконечным приводным ремнем. На бесконечный приводной ремень снаружи в вертикальном положении установлены лопасти на шарнирах с возможностью поворота в горизонтальное положение и установлены с интервалом между собой. Лопасти имеют полки, опирающиеся на пластину П-образной формы, установленную сзади лопастей переднего ряда вдоль рамы в вертикальном положении и горизонтальными стенками наружу. На раме под рабочим углом А к пластине установлена флюгарка. На раме установлен электрогенератор с ведомым шкивом и соединенным приводным бесконечным ремнем с передним приводным шкивом на два посадочных места приводных ремней. Спереди сооружение и лопасти защищены от движения ветра ширмой, смонтированной на раме. Изобретение направлено на более полное использование энергии ветра и снижение торможения между трущимися поверхностями. 6 ил.

Изобретение относится к способу эксплуатации ветроэнергетической установки, содержащей аэродинамический ротор по меньшей мере с одной роторной лопастью. Способ эксплуатации ветроэнергетической установки содержит стадии эксплуатации ветроэнергетической установки в зависящей от скорости ветра рабочей точке, измерения рабочего параметра рабочей точки, сравнения измеренного рабочего параметра с заданной эталонной величиной и нагревания по меньшей мере одной роторной лопасти, когда измеренный рабочий параметр превышает заданное отклонение относительно эталонной величины, при этом продолжают эксплуатацию ветроэнергетической установки. Роторная лопасть выполнена с возможностью нагревания. Ветряной парк содержит несколько связанных друг с другом ветроэнергетических установок. Техническим результатом является повышение эффективности ветроэнергетической установки. 6 н. и 14 з.п. ф-лы, 5 ил.

Изобретение относится к способу конфигурирования ветроэнергетической установки, к ветроэнергетической установке, которая подготовлена для такого конфигурирования и к системе ветроэнергетической установки с ветроэнергетической установкой и банком данных управления. Способ конфигурирования ветроэнергетической установки (100) содержит следующие этапы: выбор предопределенных параметров, соотнесенных с ветроэнергетической установкой, из банка (6) данных управления для конфигурирования ветроэнергетической установки (100), сохранение выбранных параметров на мобильном носителе данных (8), передача выбранных параметров с мобильного носителя данных (6) на ветроэнергетическую установку (100), реализация выбранных параметров в ветроэнергетической установке (100), считывание параметров, реализованных в ветроэнергетической установке (100), из устройства (11) контроля, объединенного в сеть с ветроэнергетической установкой (100) и банком (6) данных управления, и сравнение считанных параметров с предопределенными параметрами, соотнесенными с ветроэнергетической установкой (100) и сохраненными в банке (6) данных управления. Изобретение направлено на минимизацию риска неверного программирования ветроэнергетической установки при вводе ее в эксплуатацию. 4 н. и 16 з.п. ф-лы, 4 ил.

Изобретение относится к ветроэнергетике. Система ограничения частоты вращения и мощности ветроагрегата содержит установленный горизонтально в корпусе подшипника вал с пропущенной через него штангой, одним концом системой тяг связанной с закрепленными на валу с возможностью поворота вокруг осей, перпендикулярных валу, лопастями, а другим - с регулирующим органом, выполненным в виде винта с навинченным на него и зафиксированным от продольного перемещения диском с приводом для вращения от первого исполнительного органа устройства управления, другой конец штанги связан с винтом регулирующего органа через упорный подшипник, винт регулирующего органа зафиксирован от проворачивания и механически связан с датчиком угла установки лопастей, устройство управления снабжено вторым исполнительным органом, установленным между электрической сетью и обмотками генератора, а к соответствующим входам устройства управления подключены выходы датчиков: угла установки лопастей, скорости ветра, частоты вращения, мгновенных значений тока и напряжения генератора. Изобретение направлено на повышение точности ограничения мощности и частоты вращения ветроагрегата. 1 ил.

Изобретение относится к ветроэнергетике. Ветроагрегат с системой ограничения мощности и частоты вращения, в котором через вал пропущена штанга с возможностью перемещения в осевом направлении, связь штанги с лопастями осуществлена через систему тяг, противоположный конец штанги имеет резьбовую нарезку с навинченной на нее конической шестерней, закрепленной на конце вала с возможностью поворота вокруг его осевой линии и связанной через зубчатое зацепление с ведущей шестерней, насаженной на установленную на валу ось, перпендикулярную осевой линии вала, на эту же ось насажен жестко связанный с ведущей шестерней фрикционный диск, образующий пары фрикционного зацепления с двумя расположенными по одну и другую стороны от него в перпендикулярных осевой линии вала плоскостях тормозными кольцами, закрепленными соосно с валом на корпусе подшипника с возможностью осевого перемещения в направлении фрикционного диска под действием исполнительных органов системы автоматического управления, на вход устройства управления которой дополнительно подаются сигналы от двух конечных выключателей, фиксирующих крайние положения штанги в осевом направлении. Изобретение направлено на повышение точности регулирования мощности и частоты вращения генератора ветроагрегата. 1 ил.

Изобретение относится к области нетрадиционной энергетики и может быть использовано как источник электрической и механической энергии в гидро- и ветроустановках. Способ преобразования кинетической энергии потока во вращательное движение крыла заключается в том, что в потоке устанавливается основной вал перпендикулярно направлению движения потока и на некотором расстоянии от основного вала энергоустановки помещают по меньшей мере одно крыло, собственная ось которого параллельна основному валу, вокруг которого это крыло под действием потока совершает вращательное движение по круговой орбите и колебательное движение вокруг собственной оси. При движении крыла по круговой орбите его угол атаки α относительно результирующего вектора потока задается закрылком, узел управления которого через вал закрылка и планку закрылка вращает закрылок, обеспечивая оптимальное значение угла α атаки крыла при его движении по круговой орбите, за исключением зон изменения формы крыла, определяемых узлом положения оси крыла, причем в крайних положениях оси крыла с подшипником в этом узле определяется характер момента, задаваемого крылом, рабочий или тормозной, и в соответствии с этим автоматически выбирается соответствующий режим управления. Технический результат заключается в достижении максимально возможной эффективности преобразования кинетической энергии текущего потока. 2 н. и 7 з.п. ф-лы, 7 ил.

Изобретение относится к способу управления заградительными огнями ветрового парка с помощью акустического контролирования или к ветровому парку, состоящему из одной или нескольких ветроэнергетических установок. Ветровой парк имеет устройство акустического контролирования с микрофонной системой. Микрофонная система принимает звуковые сигналы, шумы из окружения ветрового парка, и эти звуковые сигналы обрабатываются в соединенном с микрофонной системой устройстве обработки сигналов. При этом имеется включающее устройство для включения заградительных огней по меньшей мере одной ветроэнергетической установки ветрового парка. Включающее устройство соединено с устройством обработки сигналов и управляется им, так что устройство обработки сигналов приводит к включению с помощью включающего устройства заградительных огней, если с помощью устройства акустического контролирования обнаруживается звуковой сигнал летательного аппарата и/или на звуковой сигнал накладываются шумы летательного аппарата, и/или он искажается шумами летательного аппарата. Изобретение направлено на предотвращение столкновения летательных аппаратов с ветровым парком, состоящим из одной или нескольких ветроэнергетических установок. 3 н. и 16 з.п. ф-лы, 7 ил.

Изобретение относится к ветроэнергетике. Регулятор момента и частоты вращения вала ветротурбины с лопастями, установленными с возможностью поворота на осях, размещенных на валу ветротурбины, установленном горизонтально в головке ветроагрегата. Лопасти связаны кинематически с выходным валом регулятора, содержащего подвижно установленный на валу ветротурбины подпружиненный груз в роли датчика частоты вращения и кинематическую систему передачи перемещения подпружиненного груза на установленный соосно валу ветротурбины выходной вал регулятора. Оси прикреплены к установленной на валу каретке, поворот которой ограничен первым упором на валу ветротурбины и упором на каретке, а между вторым упором на валу ветротурбины и упором на каретке установлена навитая на вал ветротурбины спиральная пружина. Подпружиненный груз выполнен в форме подпружиненного фрикционного ролика, кинематически связанного с входной шестерней установленного на валу ветротурбины редуктора, выходная шестерня которого неподвижно закреплена на выходном валу регулятора. Фрикционный ролик размещен в пространстве между внешним и внутренним фрикционными кольцами, установленными на головке коаксиально валу ветротурбины в перпендикулярной его оси плоскости. Изобретение направлено на повышение точности регулирования частоты вращения ветротурбины при минимальных размерах и массе регулятора, а также расширение его функциональных возможностей. 2 ил.
Наверх