ВЕТРОЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ СТАНЦИИ

РЕЖИМ НОРМАЛЬНОЙ РАБОТЫ

Особенностью ветроэлектрической установки с син­хронным генератором, жестко соединенным с ветродви­гателем, является то, что на вал генератора непрерывно передаются .пульсации энергии ветра, воспринимаемой ветроколесом. Поэтому режим нормальной работы вет­роэлектрического агрегата сопровождается колебаниями. Нарушение равенства мощностей, являющееся причиной начала переходного процесса, вызвано изменением'мощ­ности ветродвигателя и в первый момент не сопровож­дается изменением электромагнитного состояния. Изме­нение электромагнитного состояния машины последует далее, при ^>0, за счет изменения фазы э. д. с. Е0, как результат относительного перемещения ротора на угол б, и зависит, таким образом, от инерции вращающихся масс. Непосредственным результатом изменения угла б в переходном режиме явится возникновение добавочного тока в цепи якоря. При этом в цепи возбуждения (из-за инерции магнитного потока) будут индуктироваться то­ки, характер изменения которых будет полностью зави­сеть от того, как быстро и на какую величину изменяет­ся величина угла б.

• На ветроустановке выход из статического состояния режима работы вызван приложением механической мощ­ности к валу, как результат изменения скорости ветра. Изменение скорости ветра, связанной с величиной энер­гии ветрового потока, не может происходить мгновенно. Это исключает внезапное приложение в начальный мо­мент механической мощности к валу генератора. Инер­ция вращающихся масс ветроагрегата в свою очередь не допускает слишком быстрых изменений угловой ско­рости ротора. При таких условиях протекания процесса токи в успокоительной системе заведомо успевают затух­нуть, и практическое значение могут иметь лишь пере­ходные токи >в цепи возбуждения..

Процесс колебаний ротора, который возникает при небольшом возмущении в случае работы ветроэлек­трической станции параллельно с сетью бесконечно большой мощности, описывается известным дифферен­циальным уравнением свободных механических колеба­ний около его положения равновесия:

+ + = (4-Ю)

Где -T^fi - — момент, необходимый чтобы сообщить уско­рение вращающимся частям, момент инер­ции которых /;

Г, и а „

D —ц-- успокоительный момент;

Мса — синхронизирующий момент;

А — угол пространственного отклонения ротора • от положения равновесия, выраженный в электрических радианах.

Из решения (4-10) следует, что период собственных колебаний с учетом затухания равен:

Т___________ 2л__________ 2д______________ I_________ т„

~т у ~г V шсі

__ (4-11)

Где Т0 = 2-а -------------- период собственных колебаний без.

СР учета затухания; (4-12)

Выражение (4-12) наглядно выявляет специфические особенности, характеризующие режим работы синхрон­ного генератора, входящего в ветроэлектрический агре­гат. Относительная большая масса ветроколеса приво­дит к необычно большому для установки такой мощности- значению постоянной инерции. Вследствие этого при ко­лебаниях синхронного генератора, соединенного с ветро­двигателем, необычно замедлен процесс изменения элек­трического угла сдвига между э. д. с. Е0 и напряжением сети U, характеризующего отдаваемую генератором мощность.

Период собственных колебаний ветроэлектроагрега - та значительно превосходит период собственных колеба­ний самого синхронного генератора. Величина а (4-13) получается настолько малой, что можно не делать раз­личия между периодом собственных колебаний ветроаг­регата как при учете, так и без учета затухания.

Увеличение длительности протекапия процесса изме­нения угла б при колебаниях ветроагрегата таково, что период этих колебаний оказывается значительно боль­шим, чем значения постоянных времени обмотки воз­буждения Это. позволяет при трактовке пере­ходных электромагнитных процессов не Принимать so внимание воздействия на соответствующие поля токов, возникающих в обмотке возбуждения и .полюсных на­конечниках, и считать, что. величины э. д. с. за синхрон­ным реактивным сопротивлением и синхронного реак­тивного сопротивления остаются при колебаниях постоян­ными. Следовательно, для исследования процесса изме­нения угла б допустимо пользоваться неменяющейся ста­тической характеристикой мощности Яф=/(6), при кото­рой генератор представлен синхронным реактивным со­противлением.

В частности, переходные электромеханические и элек­тромагнитные «процессы ветроэлектроустановки D-1.8 с генератором ГСТ 35/6 и Тd =0,093 сек в режиме нор­мальной работы параллельно с сетью характеризуются следующими данными:

Периоды собственных колебаний генератора '0,213 сек, ветроагрегата 2,075 сек (с учетом затухания) и 2,07 сек (без учета затухания).

Постоянная времени затухания колебаний Г ==5,25 сек.

Исследование процесса перехода ротора на режим работы при новой скорости ветра обычно проводится в предположении мгновенного изменения скорости ветра. Целесообразно процесс колебаний рассматривать отно­сительно того положения ротора, к которому он должен прийти в результате произошедшего изменения режима ветра. Тогда в первое мгновение анализируемого процес­са ротор будет отклонен от равновесного на угол aj. Ско­рость ротора в это мгновение является синхронной. При этих условиях решение дифференциального уравнения свободных колебаний (4-10) получится в виде:

A == а-^еГ^ cos uat, (4-14)

Dp 2п

Где И СВ = — .

Постоянная времени затухания экспоненциальной кривой Гз=-І- следующим образом связана с периодом собственных колебаний агрегата:

Т°— 2п 2 і/~М<Г 9 21 о „г

Откуда

Т. (4-15)

3 2па v '

Поскольку значение а для ветроэлектроагрегата не­велико, из (4-15) следует, что Гз>Г0, т. е. большая масса ветроколеса значительно замедляет процесс зату­хания колебаний.

Наибольшая величина мгновенной перегрузки при ко­лебаниях определяется амплитудой первого полупериода колебаний, которая получается подстановкой в(4-14)зна - Т

Чения t = —:

Т Тпа

2 Т3 Т о - та

Так как для всей массы (ротор и ветроколесо) Т^Т0.

В реальных условиях непрерывная пульсация ветра, наблюдаемая в приїземном слое атмосферы, т. е. <в слое с наиболее развитой порывистостью, должна, вообще го­воря, привести к возникновению случайных колебаний угловой скорости ветроагрегата, поскольку на свободные колебания угла б (или а) накладываются добавочные изменения этого угла, носящие случайный характер.

Дополнительные колебания угла б (или а), а следо­вательно, и мощности, могут быть вызваны также не­уравновешенностью ветроколеса и несовершенством ре - дукторной передачи. Колебания усиливаются при нали­чии в схеме механической передачи от ветроколеса к ге­нератору! муфты свободного хода, поскольку теперь в пе­реходном режиме ведомая часть муфты, связанная с ге­нератором, может иметь скорость, отличную от скорости ведущей части.

Следовательно, действительные изменения угла б имеют более сложный характер, чем в «идеализирован­ном» случае, предполагающем, что процесс, начатый в ре­зультате какого-либо возмущения, воздействовавшего на ротор, закончится ранее, чем на ротор подействует сле­дующее возмущение. Соответственно в цепи ротора воз­никают колебания тока возбуждения около среднего зна­чения, соответствующего начальному значению э. д. с. холостого хода Ed.

Определение среднего значения удельного синхрони­зирующего момента Мс возможно путем спрямления статической угловой характеристики по линии, проходя­щей через начальный и конечный углы внутреннего сдви­га. Упоминае'мые выше случайные изменения угла б рас­сматриваются в таком случае как колебания относитель­но центров, перемещающихся по спрямленной характе­

Ристике, не влияющие на значение удельного синхрони­зирующего момента Мс. Колебания тока возбуждения, увеличивая его эффективное значение, в отдельных слу­чаях возможно должны быть приняты во внимание при оценке нагрева обмотки возбуждения.

На рис. 4-6 представлен график мощности, отдавае­мой ветроэлектростанцией, работающей параллельно с сетью большой мощности. На графике, кроме плавных изменений мощности, связанных с микропульсациями скорости ветра, отчетливо видны непрерывные пульса­ции ее в определенных пределах и с частотой, обычно близкой к частоте вращения ветроколеса. Эти вторые пульсации рассматриваются как следствие упомянутых выше дополнительный возмущений. Они относительно невелики и не препятствуют нормальной работе уста-

13—2412
нов'ки. Динамические процессы при параллельной рабо­те ВЭС в системах различной мощности рассмотрены в § 4-6.