МОДЕЛИРОВАНИЕ ВЕТРОВОЙ ЭЛЕКТРОУСТАНОВКИ

SIMULATION OF WIND POWER PLANT

Duysebay Erqanat

undergraduate, Kazakh national university named after al-Farabi,

Kazakhstan, Almaty

Sadykbek Toleyserik

doctor of engineering, Kazakh national university named after al-Farabi,

Kazakhstan, Almaty

АННОТАЦИЯ

Данная статья посвящена общепринятой методике описания расчетных схем и режимов электроустановок различного назначения. При разработке и описании математических моделей использован опыт работы с пакетом программ матричных лабораторий Matlab с учетом цели и задачи проектных решений. Приведена методика объектного моделирования электростанций малой мощности с анализом схем и режимов ветровых электроустановок.

ABSTRACT

This article is devoted to the description of the usual method of settlement schemes and modes of electrical installations for various purposes. In the development and description of the mathematical models used by experience with package Matlab matrix laboratory programs to the goals and objectives of the design decisions. The methods of an object of small power plants modeling schemes and modes of analysis of wind installations.

Ключевые слова: Ветровая электростанция, электрические сети, электрогенератор, электрооборудования.

Keywords: Wind power, electric network, electric generator, electric equipment.

Введения: Разработка и использование универсальных методов расчета и методики должны соответствовать современным требованиям проектной практики, инженерной работы в условиях эксплуатации и наладки н электрооборудования, а также анализа режимов работы электрических сетей, электростанций и промышленных подстанции[1]. Расчетные методики должны являться нормативными и общепризнанными в электроэнергетике.

Основная часть: Расчетная схема электроустановки (см. рис. 1) отображает следующее: Электрогенератор АG ветровой установки подключен к шинам BW-0,4кВ местной подстанции с помощью кабельной вставки Кб-1. На этой подстанции установлен трансформатор мощностью 400кВА, напряжением 10,5/0,4КВ. Электрическая связь с шинами ВS-10‚5 кВ системной подстанции осуществлена с помощью воздушной линии W. На системной подстанции установлен трансформатор мощностью 6300кВА, напряжением 115/ 10 5 кВ. Он обеспечивает электропитание нагрузки НГ-С примыкающей электросети[2,3].

Сетевая нагрузка НГ- С представлена как обобщенная, суммарная, значениями параметров Р, Q. Местные нагрузки НГ-1,2 с помощью кабеля Кб—2 подключены к шинам BW-0,4кВ. К этим же шинам может быть подключен синхронный компенсатор СК для снабжения реактивной мощностью асинхронного генератора АG при автономной работе ветровой установки. Для обеспечения оптимальных условий самовозбуждения АG к его выводам поключена конденсаторная батарея ZV. Предусмотрено также использование специальной электроустановки Load-Regulator, представляющей собой достаточно мощную, дискретную, автоматически управляемую нагрузку. Она позволяет стабилизировать режим ветровой установки при нарушениях баланса генерируемой и потребляемой энергий в период автономный работы.

Рисунок 1. Расчетная электрическая схема ветровой установки

Структурная схема математической модели приведена на рисунке-2. Сетевые элементы, асинхронный генератор и синхронный компенсатор ветровой установки представлены в модели соответствующими блоками электротехнической лаборатории SimPowerSystems обычным[3].

Рисунок 2. Структурная схема математической модели ветровой установки

Ветровая турбина (механический привод асинхронной машины) представлена специальным блоком «Wind turbine». В математической модели блока используется графическое отображение зависимости мощности турбины от круговой частоты вращения вала зависит не только от скорости ветра, но и от электрической нагрузки на асинхронный генератор (рис.3). Семейство зависимостей представляется таблицей данных Тable (2D) в форме матрицы. Матрица формируется разработчиком модели, используя редактор Lood-Up-Table Editor.

Рисунок 3. Мощность турбины в зависимости от круговой частоты вращения вала при фиксированных скоростях ветра

В качестве примера рассмотрим переходный режим электроустановки при внезапной потере связи с системой. Предшествующий режим по мощности — избыточный. Отметим, что в этом опыте располагаемая мощность подключенной нагрузки (Load) составляет 150 кВт. Располагаемая мощность турбины (по ее характеристике — при номинальных оборотах вала и заданной скорости ветра 10 м/с) составляет около 210кВт. Значит, избыточная мощность, передаваемая по линии связи с системой, - 60 кВт.

Осциллограммы переходного, режима (рис.4- а, 6) показывают, что потеря связи электроустановки с системой вызывает сброс электромагнитной мощности в цепи асинхронного генератора АG, примерно до 170 кВт. При  заданном привышении механической мощности над электрической, вращение вала ветрового агрегата должно существенно ускоряться. Однако, ускорение эффективно ослабляется, так как автоматически (при увеличении частоты напряжения) подключается и регулируется балластная нагрузка Load SL. Максимальная мощность балластной нагрузки Р_SL составляет 100 кВт, а при достижении стабильного режима — 60 кВт. Как видно из осциллограмм, увеличение частоты вращения вала не превышает 4%, а частоты напряжения - 52 Гц. Для обеспечения работы асинхронного генератора и местной электросети при номинальном напряжении синхронный компенсатор должен выдать в сеть не менее 100 кВА реактивной мощности.

а)                                                 б)

Рисунок 4. Параметры режима ветровой электроустановки при потере связи с системой

Алгоритм расчета приведенный методики объектного моделирования электрических систем с анализом режимов электрический станции малой мощности заключается в следующем[3,4].

Предположим, создана программная библиотека объектов – основных электротехнических устройств. Программный модель любого объекта можно копировать и включить в состав разрабатываемой модели. Разработчик используя общепринятую мнемонику объектов системы, графически отображает ее структуру, включая связи между объектами.

При полной готовности структурной схемы и старте модели формируется единая математическое описание системы, программные модули использованных объектов определенном образом сопрягаются, организуется вычислительный процесс при заданных условиях и назначениях технических параметров.

Заключение

Для использованая в инженерной практике предлагается объектное моделирование электростанции малой мощности с анализом схем и режимов ветровых электроустановок. При описание математических моделей использован опыт работы с пакетом программ MatLab.

Список литературы:

1. Веников В.А. Переходные электромеханические процессы в электрических системах. Учебное пособие / М:Высшая школа, 1985.-536с
2. Гамазин С.И. ‚ Садыкбеков Т.А. Переходные процессы в системах электроснабжения с электродвигательной нагрузкой. — Алма-Ата : Гылым, 1991. — 302с
3. Кузнецов Ю.П. Объектное моделирование электрических станций и подстанций в операционный среде «МАТLАВ». М.: ИЭЭ МЭИ (ТУ), 2008. -50c
4. Кузнецов Ю.П. Методы расчета режимов работы электрооборудования электрических станций и подстанций. М.: ЦППЭЭ МЭИ (ТУ) , 2009. — 106с: