ВЕТРОЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ СТАНЦИИ

ВЭС, работающие совместно с иеветровыми станциями равной мощности

Ветроэлектростанции малой и средней мощности имеют практическое значение в основном при наличии параллельно работающих резервных тепловых агрега­тов равной или меньшей мощности. Характерной особен­ностью кинематической схемы такой ветроэлектростан­ции является отсутствие в ее схеме устройства для огра­ничения мощности со стороны ветроколеса.

В основу построения схем положено то соображение, что ветроэлектрическая станция дублирует мощность тепловой и включается в работу параллельно с ней по мере увеличения средней скорости ветра с целью эконо­мии топлива. Когда вётроэлектростанция в состоянии одна обеспечить потребителя энергией хорошего каче­ства (при относительно сильных ветрах), тепловая электростанция выключается из работы и переводится в состояние горячего резерва или на режим холостого хода при сохранении электрической связи с ветроелек - тростанцией. При этом синхронный генератор, соеди­ненный с тепловым двигателем через муфту свободного хода, работает на холостом ходу в режиме синхронного двигателя. Если у теплового двигателя есть центробеж­ный регулятор с подрегулировкой на ходу, его можно перевести на пониженную скорость вращения, что при­ведет к уменьшению расхода топлива на холостом ходу теплового двигателя, а следовательно, общего годового расхода станции. В остальных случаях вплоть до исчезно­вения ветра ветроэлектростанция работает параллельно с тепловой станцией.

При малых скоростях или провале ветра, когда при­веденная к валу генератора скорость вращения ветро­двигателя оказывается ниже таковой теплового двигате­ля, нагрузка обеспечивается теплоэлектростанцией. Муфта свободного хода, установленная между генера­тором и ветродвигателем, предотвращает в таком случае возможность работы ветродвигателя в режиме вентиля­тора, потребляющего энергию на свое вращение от теп­ловой станции. Указанные выше режимы работы поддер­живаются автоматически путем соответствующей на­стройки регуляторов скоростей вращения ветрового и теплового двигателей.

Методы настройки регулятора изложены при анали­зе совмещения регулировочных характеристик ветрово­го и неветрового двигателей (§ 5-3).

В связи с непрерывно меняющимся режимом работы, вызванным пульсациями энергии ветра, ветроэлектро - станции малой и средней мощности, работающие с та­кими же тепловыми станциями, даже в простейшем виде должньи быть частично автоматизированы!. При этом вручную производятся пуск и самосинхронизация агре­гатов, после чего станция переводится на автоматиче­ское регулирование частоты, напряжения и мощности. Остановка агрегатов производится вручную. Примерная электрическая схема ветроэлектростанции и теплоэлек­тростанции равных мощностей при их параллельной ра­боте представлена на рис. 4-18.

Ниже излагаются основные положения, которые сле­дует учитывать при создании электрической схемы вет­роэлектростанции.

Включение генераторов на параллельную работу производится способом ручной самосинхронизации. При этом пуск ветродвигателя осуществляется вручную по сниженным аэродинамическим характеристикам. Генера­тор ветроэлектростанции включается в сеть также вруч-( ную. Одинаково возможна самосинхронизация генера­тора тепловой электростанции, если предварительно на­грузка обеспечивалась только от ветроэлектростанции.

Момент включения устанавливается по частоте ми­гания двух лампочек, последовательно включенных на напряжение работающего и остаточное напряжение включаемого генератора и рассчитанных каждая на но­минальное напряжение сети. Число потуханий или заго­раний лампочек за 1 сек численно соответствует разно­сти частот включаемого и работающего генераторов и при включении не должно превосходить одного-двух в секунду.

Гашение поля у подключаемого генератора выпол­няется введением последовательно с обмоткой возбуж­дения возбудителя добавочного сопротивления порядка 10-кратной величины от величины сопротивления обмот­ки возбуждения возбудителя. Это достигается с по­мощью четвертого добавочного ножа главного рубиль­ника включаемого генератора или с помощью специаль­ного выключателя, замыкаемого вручную одновременно с включением главного рубильника. Две последователь­но соединенные лампы самосинхронизации возможно включать в разные фазы, с тем чтобы после окончания самосинхронизации они горели нормальным светом, на­поминая этим о необходимости отключения их от сети.

Для регулирования напряжения в электрической схе­ме ветроэлектростанции, работающей параллельно с не - ветровой станцией равной мощности, могут применяться регуляторы напряжения различного типа — как элек­тромеханического, так и электрического.

Режим работы регулятора напряжения в такой си­стеме характерен тем, что частота сети из-за перерас­пределения мощности между ветровой и неветровой электростанциями не остается постоянной, а непрерывно колеблется, хотя и в допустимых из условий эксплуата­ции пределах. Эти пределы колебания устанавливаются настройкой регулятора скорости первичных двигателей и лежат в пределах ±5—10%' от нормальной часто;гы

Сети 50 гц. Поэтому используемые регуляторы должны быть способны поддерживать напряжение практически постоянным при колебаниях частоты сети в указанных пределах. В настоящее время этим требованиям в до­статочной мере удовлетворяют вибрационные и уголь­ные регуляторы.

Непрерывно происходящее перераспределение актив­ной нагрузки между параллельно работающими ветро­вой и неветровой электростанциями усиливает требова-> ния к регуляторам - напряжения в части поддержания ими устойчивого распределения реактивной нагрузки между обоими генераторами.

Определяющим условием постоянства распределения реактивной нагрузки является строгая идентичность у обоих генераторов характеристик регулирования на­пряжения, представляющих зависимость напряжения генератора от тока нагрузки. При этом выбор регуля­тора со статической или астатической характеристикой регулирования зависит от того, связаны ли генераторы между собой через сопротивления — трансформаторьг, линию электропередачи и т. д. или оба генератора рабо­тают непосредственно на общие шины. В первом случае пропорциональное распределение реактивной нагрузки между ними обеспечивается как при статической, так и астатической характеристике регулирования напряже­ния. Во втором случае, когда генераторы работают на общие шины, необходимо, чтобы регуляторы напряже­ния имели статическую характеристику регулирования.

Подбор регуляторов с одинаковым наклоном стати­ческих характеристик практически затруднен. Для воз­можности подбора характеристик регулирования с тре­буемым коэффициентом статизма некоторые регуляторы напряжения дополняются устройствами токовой стаби­лизации, позволяющими изменять наклон характери­стики регулирования.

Устройство токовой стабилизации, входящее в ком­плект регулятора напряжения, включается последова.-. тельно в свободную фазу генератора через трансформа­тор тока, т. е. в фазу, к которой не подключена изме­рительная цепь регулятора напряжения. Такое сочета­ние подводимых к регулятору фаз тока и напряжения выбирается для того, чтобы напряжение на выводах генератора зависело в основном только от изменения

Тока реактивной нагрузки данного генератора и не за­висело от величины его активной нагрузки.

Наряду с регулированием напряжения и автомати­ческим распределением реактивней нагрузки система регулирования напряжения должна обеспечивать воз­можность потолочного возбуждения генератора для ста­билизации напряжения при переходных процессах в сети. Получение потолочного возбуждения осуще-' ствляется посредством шунтирования всех дополнитель­ных сопротивлений, включаемых в цепь возбуждения возбудителя, в том числе и относящихся к регулятору напряжения. При этом порбмотке возбуждения возбуди­теля будет протекать максимальный ток, чем обеспечи­ваются максимальное напряжение возбудителя и макси­мальное возбуждение генератора.

Если возможность форсировки возбуждения не предусмотрена в конструкции самого регулятора напря­жения, она выполняется в виде релейной форсировки. Для этой цели используется реле напряжения, которое замыкает свои контакты при снижении напряжения ниже определенного предела и подает питание на ка­тушку промежуточного реле. Последнее при срабатыва­нии перемыкает своими контактами сопротивления в цепи возбудителя. При использовании стандартных реле с коэффициентом возврата, равным 0,9, реле напря­жения может быть настроено на напряжение срабаты­вания порядка 85 % от номинального напряжения гене­ратора. В случае выполнения устройства форсировки возбуждения на оперативном переменном токе промежу­точное реле, входящее в устройство, должно выбирать­ся из условия надежного срабатывания при понижении напряжения до 50% от номинального.

Применение форсировки возбуждения при самосин­хронизации в 1,5—2 раза уменьшает длительность вос­становления напряжения, сокращая этот интервал до 0,5 сек.

' Защита генератора ветроэлектростанции от сверх­токов в обмотке статора осуществляется плавкими предохранителями или воздушными автоматами, сраба­тывающими с выдержкой времени при перегрузках и мгновенно при коротких замыканиях.

На ветроэлектростанциях средней мощности порядка первых сотен киловатт, работающих параллельно с ре­зервом равной мощности, в описанную выше схему ча­стичной автоматизации добавляется устройство полу­автоматической самосинхронизации, при котором разво­рот генератора производится ручным воздействием на управление ветродвигателя, а включение генератора

В сеть производится автоматически самосинхронизато - рОм типа индукционного реле разности частот. При этом В схеме такой станции в качестве отключающей и за­щитной аппаратуры) следует использовать воздушные автоматы, позволяющие осуществлять дистанционное включение и отключение.

В некоторых случаях на. малых ветроэлектростан-, циях с резервным двигателем равной мощности, где вет­ровой и неветровой двигатели территориально не разде­лены, может быть использована кинематическая схема параллельной работы обоих двигателей через механи­ческую трансмиссию на один генератор (рис. 4-19). Ре­жим работы такой установки аналогичен режиму рабо­ты ветрового и неветрового агрегатов равных мощно­стей, связанных через электрическую сеть.

Полная автоматизация малых и средних ветроэлек - тростанций с резервными двигателями внутреннего сго­рания равной мощности должна идти в направлении автоматизации запуска и остановки ветрового и дизель­ного агрегатов в зависимости от изменения скорости ветра, с тем чтобы исключить необходимость присут­ствия на станции дежурного персонала. Основным усло­вием возможности выполнения такой схемы наряду с технико-экономической целесообразностью является возможность осуществления надежного и быстрого авто­матического запуска резервного неветрового агрегата.

В настоящее время в этом направлении ведется ряд работ общего значения, могущих быть положенными в основу конкретного приложения для ветроэлектро - станций [JI. 15].