[go: up one dir, main page]

RU2846345C1 - Wind-driven power plant voltage and frequency stabilization device - Google Patents

Wind-driven power plant voltage and frequency stabilization device

Info

Publication number
RU2846345C1
RU2846345C1 RU2025102317A RU2025102317A RU2846345C1 RU 2846345 C1 RU2846345 C1 RU 2846345C1 RU 2025102317 A RU2025102317 A RU 2025102317A RU 2025102317 A RU2025102317 A RU 2025102317A RU 2846345 C1 RU2846345 C1 RU 2846345C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
phase
voltage
transformer
rectifier
output
Prior art date
Application number
RU2025102317A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Олег Владимирович Григораш
Евгений Александрович Денисенко
Олег Яркович Ивановский
Алина Олеговна Хицкова
Валерий Иванович Таразанов
Original Assignee
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Кубанский государственный аграрный университет имени И.Т. Трубилина"
Filing date
Publication date
Application filed by Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Кубанский государственный аграрный университет имени И.Т. Трубилина" filed Critical Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Кубанский государственный аграрный университет имени И.Т. Трубилина"
Application granted granted Critical
Publication of RU2846345C1 publication Critical patent/RU2846345C1/en

Links

Abstract

FIELD: renewable power engineering.
SUBSTANCE: invention relates to renewable power engineering, particularly to conversion of wind energy. Device for stabilizing the voltage and frequency of a wind power plant comprises windwheel 5 connected to multiplier 6, output shaft of which is connected to rotor of synchronous generator with permanent magnets 1, uncontrolled rectifier 7, single-phase bridge inverter 2 power circuit containing single-phase bridge inverter 8 capacitor, single-phase bridge inverter first, second, third and fourth transistors 9-12, respectively, first, second, third and fourth reverse diodes of single-phase bridge inverter 13-16, respectively, filter 17, single-phase-three-phase transformer with rotating magnetic field 3 comprising first and second primary windings of transformer with rotating magnetic field 18 and 19, respectively, phase-shifting capacitor 23, the first, the second and the third secondary windings of transformer with rotary magnetic field 20-22 respectively. Outputs A, B, C and N serve for load connection. Inverter 4 control unit comprises: transformer-rectifier unit 24, rectifier of control unit 25, sinusoidal voltage generator 26, pulse generator 27, saw-tooth voltage generator 28, adder 29, voltage divider 30, voltage polarity sensor 31, first and second AND logic elements 32 and 33, respectively and first and second pulse amplifiers 34 and 35, respectively.
EFFECT: higher efficiency and reliability of the device, as well as faster operation of the control system for stabilizing voltage and frequency.
1 cl, 2 dwg

Description

Изобретение относится к электроэнергетике, в частности к преобразованию энергии ветра в электрическую энергию при стабильных параметрах выходного напряжения и частоты.The invention relates to electric power engineering, in particular to the conversion of wind energy into electrical energy with stable parameters of output voltage and frequency.

Известное устройство (патент РФ № 2225531, F03D 7/04, Бюл. № 7, 2004), состоит из асинхронного многоскоростного генератора, блока коммутации, устройства стабилизации напряжения, конденсаторов возбуждения и дополнительных конденсаторов, электромагнитной муфты и системы стабилизации частоты.The known device (RU Patent No. 2225531, F03D 7/04, Bulletin No. 7, 2004) consists of an asynchronous multi-speed generator, a switching unit, a voltage stabilization device, excitation capacitors and additional capacitors, an electromagnetic clutch and a frequency stabilization system.

Недостатками устройства являются низке показатели КПД и надёжности, большая масса и габариты электротехнической части.The disadvantages of the device are low efficiency and reliability, large mass and dimensions of the electrical part.

Наиболее близким по техническому решению является устройство (патент РФ № 2443903, F03D 9/00, Бюл. № 6, 2012), состоящее из ветроколеса, мультипликатора (редуктора скорости), электромагнитной муфты и синхронного генератора с постоянными магнитами с обмоткой подмагничивания, находящиеся на одном валу, блока конденсаторов возбуждения, блока стабилизации напряжения и блока стабилизации частоты.The closest in technical solution is a device (RU Patent No. 2443903, F03D 9/00, Bulletin No. 6, 2012), consisting of a wind wheel, a multiplier (speed reducer), an electromagnetic clutch and a synchronous generator with permanent magnets with a magnetization winding, located on one shaft, a block of excitation capacitors, a voltage stabilization block and a frequency stabilization block.

Недостатками устройства являются низке показатели КПД и надёжности работы, а также низкое быстродействие системы управления по стабилизации напряжения и частоты.The disadvantages of the device are low efficiency and reliability, as well as low response time of the control system for stabilizing voltage and frequency.

Техническим решением предлагаемого изобретения является повышение КПД, надёжности работы устройства и быстродействия системы управления по стабилизации напряжения и частоты.The technical solution of the proposed invention is to increase the efficiency, reliability of the device and the speed of the control system for stabilizing voltage and frequency.

Техническое решение достигается тем, что устройство стабилизации напряжения и частоты ветроэнергетической установки, содержащее ветроколесо, мультипликатор, синхронный генератор с постоянными магнитами, находящиеся на одном валу, согласно изобретению имеет неуправляемый выпрямитель, однофазный мостовой инвертор, фильтр, однофазно-трехфазный трансформатор с вращающимся магнитным полем и блок управления инвертором, причём ветроколесо через мультипликатор соединено с входом синхронного генератора с постоянными магнитами, выход которого через первый и второй выходы выпрямителя и конденсатор соединены с первым и вторым входом силовой схемы однофазного мостового инвертора, управляющие входы первого, второго, третьего и четвертого транзисторов которого соединены с выходами блока управления инвертором, коллекторы первого и третьего транзисторов соединены между собой и соединены с первым выходом неуправляемого выпрямителя, второй выход которого соединен с эмиттерами второго и третьего транзисторов, которые соединены между собой, эмиттер первого транзистора соединен с коллектором второго транзистора и соединены через фильтр с началом первых первичных обмоток однофазно-трёхфазного трансформатора с вращающимся магнитным полем, концы этих обмоток через фильтр соединены с эмиттером третьего и коллектором четвертого транзисторов, которые соединены между собой, встречно параллельно к эмиттер-коллекторному переходу транзисторов инвертора выключены обратные диоды, первый и второй выходы однофазного мостового инвертора через фильтр соединены с входами первой и второй первичных обмоток, размещенных на тороидальной части однофазно-трехфазного трансформатора с вращающимся магнитным полем и которые сдвинуты в пространстве относительно друг друга на угол 90°, а их начала соединены между собой через фазосдвигающий конденсатор, три вторичные обмотки трансформатора сдвинуты друг относительно друга под углом 120°, также размещены на тороидальной части однофазно-трёхфазного трансформатора с вращающимся магнитным полем, и к их выводам А, В, С и N подключается нагрузка, блок управления инвертором содержит трансформаторно-выпрямительный блок, выпрямитель блока управления, генератор синусоидального напряжения, формирователь импульсов, генератор пилообразного напряжения, сумматор, делитель напряжения, датчик полярности напряжения, первый и второй логические элементы И, первый и второй усилители импульсов, причём, первый и второй входы делителя напряжения соединены с первым и вторым выходами неуправляемого выпрямителя, а выход делителя напряжения соединен с первым входом сумматора, второй вход которого через трансформаторно-выпрямительный блок соединен с выводами устройства А, В, С и N, выход сумматора через генератор пилообразного напряжения соединен с первым входом формирователя импульсов второй вход которого через выпрямитель блока управления соединен с генератором синусоидального напряжения, выход формирователя импульсов соединен с первыми входами первого и второго соответственно логических элементов И, вторые входы которых через датчик полярности напряжения соединены с генератором синусоидального напряжения, выходы первого и второго логических элементов И через первый и второй соответственно усилители импульсов соединены с управляющими входами транзисторов однофазной мостовой схемы инверторов, причём выход первого усилителя импульсов соединен с управляющими входами первого и четвертого транзисторов, а выход второго усилителя импульсов соединен с управляющими входами второго и третьего транзисторами.The technical solution is achieved in that the device for stabilizing the voltage and frequency of a wind power plant, containing a wind wheel, a multiplier, a synchronous generator with permanent magnets, located on the same shaft, according to the invention has an uncontrolled rectifier, a single-phase bridge inverter, a filter, a single-phase-three-phase transformer with a rotating magnetic field and an inverter control unit, wherein the wind wheel is connected via the multiplier to the input of the synchronous generator with permanent magnets, the output of which is connected via the first and second outputs of the rectifier and the capacitor to the first and second input of the power circuit of the single-phase bridge inverter, the control inputs of the first, second, third and fourth transistors of which are connected to the outputs of the inverter control unit, the collectors of the first and third transistors are connected to each other and connected to the first output of the uncontrolled rectifier, the second output of which is connected to the emitters of the second and third transistors, which are connected to each other, the emitter of the first transistor is connected to the collector of the second transistor and are connected via the filter with the beginning of the first primary windings of a single-phase-three-phase transformer with a rotating magnetic field, the ends of these windings are connected through a filter to the emitter of the third and the collector of the fourth transistors, which are connected to each other, reverse diodes are turned off in opposite parallel to the emitter-collector junction of the inverter transistors, the first and second outputs of the single-phase bridge inverter are connected through a filter to the inputs of the first and second primary windings, located on the toroidal part of the single-phase-three-phase transformer with a rotating magnetic field and which are shifted in space relative to each other at an angle of 90°, and their beginnings are connected to each other through a phase-shifting capacitor, three secondary windings of the transformer are shifted relative to each other at an angle of 120°, also located on the toroidal part of the single-phase-three-phase transformer with a rotating magnetic field, and a load is connected to their terminals A, B, C and N, the inverter control unit contains a transformer-rectifier unit, a control unit rectifier, a sinusoidal voltage generator, a pulse former, a sawtooth voltage generator, an adder, a voltage divider, a voltage polarity sensor, first and second AND logical elements, first and second pulse amplifiers, wherein the first and second inputs of the voltage divider are connected to the first and second outputs of the uncontrolled rectifier, and the output of the voltage divider is connected to the first input of the adder, the second input of which is connected via the transformer-rectifier unit to the terminals of the device A, B, C and N, the output of the adder is connected via the sawtooth voltage generator to the first input of the pulse former, the second input of which is connected via the control unit rectifier to the sinusoidal voltage generator, the output of the pulse former is connected to the first inputs of the first and second AND logical elements, respectively, the second inputs of which are connected via the voltage polarity sensor to the sinusoidal voltage generator, the outputs of the first and second AND logical elements, respectively, are connected via the first and second pulse amplifiers to the control inputs of the transistors of the single-phase bridge inverter circuits, where the output of the first pulse amplifier is connected to the control inputs of the first and fourth transistors, and the output of the second pulse amplifier is connected to the control inputs of the second and third transistors.

Новизна заявленного предложения обусловлена тем, что за счет применения на выходе генератора неуправляемого выпрямителя, стабилизации напряжения и частоты осуществляемое однофазной мостовой схемой инвертора, где в качестве опорного сигнала применяется сигнал треугольной формы, а в качестве ведущего сигнала используется напряжение постоянного тока пропорциональное сумме напряжений на выходе выпрямителя и на выходе устройства стабилизации, при этом, трёхфазная система напряжения формируется однофазно-трёхфазным трансформатором с вращающимся магнитным полем, достигается технический результат, который заключается в повышении КПД, надёжности работы устройства и быстродействия системы управления по стабилизации напряжения и частоты.The novelty of the claimed proposal is due to the fact that due to the use of an uncontrolled rectifier at the generator output, voltage and frequency stabilization carried out by a single-phase bridge circuit of the inverter, where a triangular signal is used as a reference signal, and a direct current voltage proportional to the sum of the voltages at the rectifier output and at the output of the stabilization device is used as a leading signal, while the three-phase voltage system is formed by a single-phase-three-phase transformer with a rotating magnetic field, a technical result is achieved, which consists in increasing the efficiency, reliability of the device and the speed of the control system for stabilizing voltage and frequency.

По данным научно-технической и патентной литературы, авторам неизвестна заявляемая совокупность признаков, направленная на достижение технического решения, и это решение не вытекает с очевидностью из известного уровня техники, что позволяет сделать вывод о соответствии решения изобретательскому уровню.According to scientific, technical and patent literature, the authors are not aware of the claimed set of features aimed at achieving a technical solution, and this solution does not obviously follow from the known level of technology, which allows us to conclude that the solution complies with the inventive step.

Сущность изобретения поясняется чертежами, где на фиг. 1 представлена функциональная схема устройства стабилизации напряжения и частоты ветроэнергетической установки, а на фиг. 2 - диаграммы напряжений, поясняющую принцип работы системы управления по стабилизации напряжения и частоты ветроэнергетической установки, на а) - диаграмма напряжений опорного сигнала u ПН1 , ведущего сигнала u В2 и суммарного напряжения u 1 = u ДН +u ТВБ делителя напряжения ДН и трансформаторно-выпрямительного блока ТВБ; на б) - управляющие импульсы u У1 и u Уу , формирующие положительную и отрицательную полуволну выходного напряжения инвертора u аб1 , соответственно; на в) - форма напряжения на выходе на выходе датчика полярности напряжения ДПН; на г) - диаграмма напряжений опорного сигнала u ПН2 , ведущего сигнала u В2 и суммарного напряжения u 2 = u ДН +u ТВБ делителя напряжения ДН и трансформаторно-выпрямительного блока ТВБ; на д) - управляющие импульсы u У1 и u Уу , формирующие положительную и отрицательную полуволну выходного напряжения инвертора u аб2 , соответственно.The essence of the invention is explained by the drawings, where Fig. 1 shows a functional diagram of the voltage and frequency stabilization device of the wind power plant, and Fig. 2 shows voltage diagrams explaining the operating principle of the control system for stabilizing the voltage and frequency of the wind power plant, in a) - a diagram of the voltages of the reference signal u PN1 , the leading signal u B2 and the total voltage u 1 = u DN +u TVB of the voltage divider DN and the transformer-rectifier unit TVB; in b) - control pulses u U1 and u Uy , forming the positive and negative half-waves of the inverter output voltage u ab1 , respectively; in c) - the waveform of the voltage at the output of the voltage polarity sensor DPN; in d) - a diagram of the voltages of the reference signal u PN2 , the leading signal u B2 and the total voltage u 2 = u DN +u TVB of the voltage divider DN and the transformer-rectifier unit TVB; on d) - control pulses u У1 and u Уу , forming the positive and negative half-waves of the inverter output voltage u аб2 , respectively.

Устройство стабилизации напряжения и частоты ветроэнергетической установки имеет элементы под следующими позициями:The wind turbine voltage and frequency stabilization device has elements under the following positions:

1 - синхронный генератор с постоянными магнитами;1 - synchronous generator with permanent magnets;

2 - силовая схема однофазного мостового инвертора;2 - power circuit of a single-phase bridge inverter;

3 - однофазно-трехфазный трансформатор с вращающимся магнитным полем;3 - single-phase-three-phase transformer with rotating magnetic field;

4 - блок управления инвертором;4 - inverter control unit;

5 - ветроколесо;5 - wind wheel;

6 - мультипликатор (редуктор скорости);6 - multiplier (speed reducer);

7 - неуправляемый выпрямитель;7 - uncontrolled rectifier;

8 - конденсатор однофазного мостового инвертора;8 - capacitor of single-phase bridge inverter;

9 - первый транзистор однофазного мостового инвертора;9 - the first transistor of the single-phase bridge inverter;

10 - второй транзистор однофазного мостового инвертора;10 - the second transistor of the single-phase bridge inverter;

11 - третий транзистор однофазного мостового инвертора;11 - the third transistor of the single-phase bridge inverter;

12 - четвертый транзистор однофазного мостового инвертора;12 - the fourth transistor of the single-phase bridge inverter;

13 - первый обратный диод однофазного мостового инвертора;13 - first reverse diode of single-phase bridge inverter;

14 - второй обратный диод однофазного мостового инвертора;14 - the second reverse diode of the single-phase bridge inverter;

15 - третий обратный диод однофазного мостового инвертора;15 - the third reverse diode of the single-phase bridge inverter;

16 - четвертый обратный диод однофазного мостового инвертора;16 - the fourth reverse diode of the single-phase bridge inverter;

17 - фильтр;17 - filter;

18 - первая первичная обмотка трансформатора с вращающимся магнитным полем;18 - first primary winding of a transformer with a rotating magnetic field;

19 - вторая первичная обмотка трансформатора с вращающимся магнитным полем;19 - the second primary winding of the transformer with a rotating magnetic field;

20 - первая вторичная обмотка трансформатора с вращающимся магнитным полем;20 - the first secondary winding of the transformer with a rotating magnetic field;

21 - вторая вторичная обмотка трансформатора с вращающимся магнитным полем;21 - the second secondary winding of the transformer with a rotating magnetic field;

22 - третья вторичная обмотка трансформатора с вращающимся магнитным полем;22 - the third secondary winding of the transformer with a rotating magnetic field;

23 - фазосдвигающий конденсатор;23 - phase-shifting capacitor;

24 - трансформаторно-выпрямительный блок;24 - transformer-rectifier unit;

25 - выпрямитель блока управления;25 - control unit rectifier;

26 - генератор синусоидального напряжения;26 - sinusoidal voltage generator;

27 - формирователь импульсов;27 - pulse generator;

28 - генератор пилообразного напряжения;28 - sawtooth voltage generator;

29 - сумматор;29 - adder;

30 - делитель напряжения;30 - voltage divider;

31 - датчик полярности напряжения;31 - voltage polarity sensor;

32 - первый логический элемент И;32 - first logical AND element;

33 - второй логический элемент И;33 - the second logical element AND;

34 - первый усилитель импульсов;34 - first pulse amplifier;

35 - второй усилитель импульсов;35 - second pulse amplifier;

А, В, С и N - выводы для подключения нагрузки.A, B, C and N are terminals for connecting the load.

Устройство стабилизации напряжения и частоты ветроэнергетической установки имеет ветроколесо 5, соединенное с мультипликатором (редуктором скорости) 6, выходной вал, которого соединен с ротором синхронного генератора с постоянными магнитами 1, неуправляемый выпрямитель 7, силовую схему однофазного мостового инвертора 2, содержащую конденсатор однофазного мостового инвертора 8, первый, второй, третий и четвертый транзисторы однофазного мостового инвертора 9-12 соответственно, первый, второй, третий и четвертый обратные диоды однофазного мостового инвертора 13-16 соответственно, фильтр 17, однофазно-трёхфазный трансформатор с вращающимся магнитным полем 3, содержащий первую и вторую первичные обмотки трансформатора с вращающимся магнитным полем 18 и 19 соответственно, фазосдвигающий конденсатор 23, первую, вторую и третью вторичные обмотки трансформатора с вращающимся магнитным полем 20-22 соответственно. Выводы A, B, C и N служат для подключения нагрузки, блок управления инвертором 4, содержащий трансформаторно-выпрямительный блок 24, выпрямитель блока управления 25, генератор синусоидального напряжения 26, формирователь импульсов 27, генератор пилообразного напряжения 28, сумматор 29, делитель напряжения 30, датчик полярности напряжения 31, первый и второй логические элементы И 32 и 33 соответственно и первый и второй усилители импульсов 34 и 35 соответственно.The device for stabilizing the voltage and frequency of a wind power plant has a wind wheel 5 connected to a multiplier (speed reducer) 6, the output shaft of which is connected to the rotor of a synchronous generator with permanent magnets 1, an uncontrolled rectifier 7, a power circuit of a single-phase bridge inverter 2, containing a capacitor of a single-phase bridge inverter 8, the first, second, third and fourth transistors of a single-phase bridge inverter 9-12, respectively, the first, second, third and fourth reverse diodes of a single-phase bridge inverter 13-16, respectively, a filter 17, a single-phase-three-phase transformer with a rotating magnetic field 3, containing the first and second primary windings of a transformer with a rotating magnetic field 18 and 19, respectively, a phase-shifting capacitor 23, the first, second and third secondary windings of a transformer with a rotating magnetic field 20-22, respectively. Terminals A, B, C and N are used to connect the load, inverter control unit 4, containing transformer-rectifier unit 24, control unit rectifier 25, sinusoidal voltage generator 26, pulse former 27, sawtooth voltage generator 28, adder 29, voltage divider 30, voltage polarity sensor 31, first and second AND logical elements 32 and 33 respectively and first and second pulse amplifiers 34 and 35 respectively.

Устройство стабилизации напряжения и частоты ветроэнергетической установки работает следующим образом. Мультипликатор (редуктор скорости) 6 увеличивает частоту вращения ветроколеса 5 с n 1 до n 2 (фиг. 1), выходной вал которого соединён с ротором синхронного генератора с постоянными магнитами 1. Генератор возбуждается за счет магнитного потока, создаваемого постоянными магнитами. Выводы генератора соединены с неуправляемым выпрямителем 7, который преобразует трёхфазную систему напряжений переменного тока в напряжение постоянного тока. Постоянное напряжение преобразуется силовой схемой однофазного мостового инвертора 2 в однофазное напряжение переменного тока, которое однофазно-трёхфазным трансформатором с вращающимся магнитным полем 3, преобразуется в трёхфазную симметричную систему напряжений.The device for stabilizing the voltage and frequency of the wind power plant operates as follows. The multiplier (speed reducer) 6 increases the rotation frequency of the wind wheel 5 from n 1 to n 2 (Fig. 1), the output shaft of which is connected to the rotor of the synchronous generator with permanent magnets 1. The generator is excited by the magnetic flux created by the permanent magnets. The generator terminals are connected to the uncontrolled rectifier 7, which converts the three-phase AC voltage system into DC voltage. The DC voltage is converted by the power circuit of the single-phase bridge inverter 2 into a single-phase AC voltage, which is converted by the single-phase-three-phase transformer with a rotating magnetic field 3 into a three-phase symmetrical voltage system.

Блок управления инвертором 4 работает следующим образом. Напряжение с выхода неуправляемого выпрямителя 7, прикладывается к входу делителя напряжения 30 блока управления инвертором 4 (фиг. 1), сигнал с выхода которого u ДН поступает на первый вход сумматора 29, на второй вход которого поступает сигнал u ТВБ с выходом трансформаторно-выпрямительного блока 24, вход которого соединён с выходными выводами устройства А, В и С. Выходное напряжение сумматора 29 u 1 = u ДН 1 +u ТВБ прикладывается к входу генератора пилообразного напряжения 28, на выходе которого формируется опорный сигнал пилообразной формы u ПН 1 , этот сигнал поступает на первый вход формирователя импульсов 27, на второй вход которого поступает ведущий сигнал u В2 от выпрямителя 25, который синхронизирован с сигналом u СН , генератора синусоидального напряжения 26 (фиг. 2, а, б). Когда u ПН1 < u В2 на выходе формирователя импульсов 27 посредством ШИМ (широтно-импульсная модуляция) формируются управляющие сигналы u У (фиг. 2, б), которые поступают на первые входы первого и второго логических элементов И 32 и 33 соответственно, на вторые входы этих элементов поступают сигнал о полярности напряжения u ДПН от датчика полярности напряжения ДПН, работа которого синхронизирована с генератором синусоидального напряжения 26 при положительной его полярности u ПП и при отрицательной его полярности u ОП соответственно (фиг. 2, б,в). В результате управляющие импульсы u У поступают на управляющие электроды первого и четвертого транзистора 9 и 12 однофазного мостового инвертора соответственно, при формирование на его выходе положительной полуволны напряжения u а b 1 и на второй и третий транзисторы однофазного мостового инвертора 10 и 11 соответственно при формировании отрицательной полуволны выходного напряжения инвертора u а b 1 (фиг. 2, б), которое преобразуется трансформатором с вращающимся магнитным полем 3 в трёхфазную симметричную систему напряжений.The inverter control unit 4 operates as follows. The voltage from the output of the uncontrolled rectifier 7 is applied to the input of the voltage divider 30 of the inverter control unit 4 (Fig. 1), the signal from the output of whichu DN goes to the first input of adder 29, to the second input of which the signal goesu TVB with the output of the transformer-rectifier unit 24, the input of which is connected to the output terminals of the device A, B and C. The output voltage of the adder 29u 1 = u DN 1 +u TVB is applied to the input of the sawtooth voltage generator 28, at the output of which a reference sawtooth signal is formedu Mon 1 , this signal is fed to the first input of pulse generator 27, to the second input of which the leading signal is fedu B2 from rectifier 25, which is synchronized with the signalu SN , sinusoidal voltage generator 26 (Fig. 2, a, b). Whenu PN1 <u B2 at the output of pulse generator 27, control signals are generated by means of PWM (pulse width modulation)u U (Fig. 2, b), which are fed to the first inputs of the first and second logical elements AND 32 and 33, respectively, and a signal about the voltage polarity is fed to the second inputs of these elements.u DPN from the voltage polarity sensor DPN, the operation of which is synchronized with the sinusoidal voltage generator 26 with its positive polarityu PP and with its negative polarityu OP respectively (Fig. 2, b, c). As a result, the control pulsesu U are fed to the control electrodes of the first and fourth transistors 9 and 12 of the single-phase bridge inverter, respectively, when a positive half-wave of voltage is formed at its outputu A b 1 and to the second and third transistors of the single-phase bridge inverter 10 and 11, respectively, when forming the negative half-wave of the inverter output voltageu A b 1 (Fig. 2, b), which is transformed by a transformer with a rotating magnetic field 3 into a three-phase symmetrical voltage system.

Независимо от частоты вращения ветроколеса 5 на выходе силовой схемы однофазного мостового инвертора 2 частота напряжения синусоидального тока не изменяется, и она будет соответствовать частоте задающего генератора синусоидального напряжения 26 блока управления инвертором 4 (фиг. 1).Regardless of the rotation frequency of the wind wheel 5, at the output of the power circuit of the single-phase bridge inverter 2, the frequency of the sinusoidal current voltage does not change, and it will correspond to the frequency of the sinusoidal voltage master generator 26 of the inverter control unit 4 (Fig. 1).

Принцип работы блока управления инвертором 4 по стабилизации напряжения. К примеру, если уменьшится напряжение на выходе неуправляемого выпрямителя 7 (фиг. 1), то уменьшится напряжение на выходе силовой схемы однофазного мостового инвертора 2 u П Н2 , а это приведёт к уменьшению напряжения u 2 на выходе сумматора 29 (фиг. 2, г). В результате увеличиться длительности импульсов управления u У и увеличиться амплитудное значение напряжения на выходе силовой схемы однофазного мостового инвертора 2 u ab 2 > u ab 1 (фиг.2,б,д), т.е. произойдёт автоматическая стабилизация напряжения на выходе силовой схемы однофазного мостового инвертора 2.The principle of operation of the inverter control unit 4 for voltage stabilization. For example, if the voltage at the output of the uncontrolled rectifier 7 decreases (Fig. 1), then the voltage at the output of the power circuit of the single-phase bridge inverter 2 u П Н2 decreases, and this will lead to a decrease in the voltage u 2 at the output of the adder 29 (Fig. 2, г). As a result, the duration of the control pulses u У will increase and the amplitude value of the voltage at the output of the power circuit of the single-phase bridge inverter 2 will increase u ab 2 > u ab 1 (Fig. 2, б, д), i.e. automatic stabilization of the voltage at the output of the power circuit of the single-phase bridge inverter 2 will occur.

Изменения напряжения на выводах А, В и С устройства (фиг. 1) приведут к изменению величины напряжения u ТВБ на выходе трансформаторно-выпрямительного блока 24 и суммарного значения напряжения u на выходе сумматора 29, соответственно, а это также приведёт к изменению длительности управляющих импульсов u У (фиг. 2), в результате система блок управления инвертором 4, автоматически стабилизирует напряжение до уровня номинального значения.Changes in voltage at terminals A, B and C of the device (Fig. 1) will lead to a change in the voltage valueu TVB at the output of the transformer-rectifier unit 24 and the total voltage valueu at the output of the adder 29, respectively, and this will also lead to a change in the duration of the control pulsesu U (Fig. 2), as a result, the inverter control unit system 4 automatically stabilizes the voltage to the nominal value level.

Таким образом, не зависимо от частоты вращения ветроколеса и дестабилизирующих факторах возникающих в нагрузке на выводах А, В и С блок управления инвертором 4 автоматически осуществляет стабилизацию величины и частоты напряжения ветроэнергетической установки.Thus, regardless of the rotation frequency of the wind wheel and the destabilizing factors arising in the load at terminals A, B and C, the inverter control unit 4 automatically stabilizes the magnitude and frequency of the wind power plant voltage.

Использование в составе преобразователя выпрямителя, однофазного инвертора, однофазно-трёхфазного трансформатора с вращающимся магнитным полем и предложенного блока управления инвертором, где в качестве опорного сигнала применяется сигнал пилообразной формы, а в качестве ведущего сигнала напряжение постоянного тока, пропорциональное сумме напряжений на выходе неуправляемого выпрямителя и на выходе устройства, выгодно отличает предлагаемое устройство стабилизации напряжения и частоты ветроэнергетической установки от известного, так как улучшается КПД, повышается надёжность работы устройства и быстродействие системы управления по стабилизации напряжения и его частоты.The use of a rectifier, a single-phase inverter, a single-phase-three-phase transformer with a rotating magnetic field and the proposed inverter control unit in the converter, where a sawtooth signal is used as a reference signal, and a direct current voltage proportional to the sum of the voltages at the output of the uncontrolled rectifier and at the output of the device is used as a leading signal, favorably distinguishes the proposed device for stabilizing the voltage and frequency of a wind power plant from the known one, since the efficiency is improved, the reliability of the device and the speed of the control system for stabilizing the voltage and its frequency are increased.

Исследование выполнено при финансовой поддержке Кубанского научного фонда в рамках научного проекта № МФИ-20.1/27.The study was carried out with the financial support of the Kuban Science Foundation within the framework of scientific project No. MFI-20.1/27.

Claims (1)

Устройство стабилизации напряжения и частоты ветроэнергетической установки, содержащее ветроколесо, мультипликатор, синхронный генератор с постоянными магнитами, находящиеся на одном валу, отличающийся тем, что имеет неуправляемый выпрямитель, однофазный мостовой инвертор, фильтр, однофазно-трёхфазный трансформатор с вращающимся магнитным полем и блок управления инвертором, причём ветроколесо через мультипликатор соединено с входом синхронного генератора с постоянными магнитами, выход которого через первый и второй выходы выпрямителя и конденсатор соединены с первым и вторым входом силовой схемы однофазного мостового инвертора, управляющие входы первого, второго, третьего и четвёртого транзисторов которого соединены с выходами блока управления инвертором, коллекторы первого и третьего транзисторов соединены между собой и соединены с первым выходом неуправляемого выпрямителя, второй выход которого соединен с эмиттерами второго и третьего транзисторов, соединёнными между собой, эмиттер первого транзистора соединён с коллектором второго транзистора и соединены через фильтр с началом первых первичных обмоток однофазно-трёхфазного трансформатора с вращающимся магнитным полем, концы этих обмоток через фильтр соединены с эмиттером третьего и коллектором четвертого транзисторов, которые соединены между собой, встречно параллельно к эмиттер-коллекторному переходу транзисторов инвертора выключены обратные диоды, первый и второй выходы однофазного мостового инвертора через фильтр соединены с входами первой и второй первичных обмоток, размещенных на тороидальной части однофазно-трехфазного трансформатора с вращающимся магнитным полем и сдвинутых в пространстве относительно друг друга на угол 90°, а их начала соединены между собой через фазосдвигающий конденсатор, три вторичные обмотки трансформатора сдвинуты друг относительно друга под углом 120°, так же размещены на тороидальной части однофазно-трёхфазного трансформатора с вращающимся магнитным полем и к их выводам А, В, С и N подключается нагрузка, блок управления инвертором содержит трансформаторно-выпрямительный блок, выпрямитель блока управления, генератор синусоидального напряжения, формирователь импульсов, генератор пилообразного напряжения, сумматор, делитель напряжения, датчик полярности напряжения, первый и второй логические элементы И, первый и второй усилители импульсов, причём первый и второй входы делителя напряжения соединены с первым и вторым выходами неуправляемого выпрямителя, а выход делителя напряжения соединен с первым входом сумматора, второй вход которого через трансформаторно-выпрямительный блок соединен с выводами устройства А, В, С и N, выход сумматора через генератор пилообразного напряжения соединен с первым входом формирователя импульсов, второй вход которого через выпрямитель блока управления соединен с генератором синусоидального напряжения, выход формирователя импульсов соединен с первыми входами первого и второго соответственно логических элементов И, вторые входы которых через датчик полярности напряжения соединены с генератором синусоидального напряжения, выходы первого и второго логических элементов И через первый и второй соответственно усилители импульсов соединены с управляющими входами транзисторов однофазной мостовой схемы инверторов, причём выход первого усилителя импульсов соединен с управляющими входами первого и четвертого транзисторов, а выход второго усилителя импульсов соединен с управляющими входами второго и третьего транзисторов. A device for stabilizing the voltage and frequency of a wind power plant, comprising a wind wheel, a multiplier, a synchronous generator with permanent magnets, located on the same shaft, characterized in that it has an uncontrolled rectifier, a single-phase bridge inverter, a filter, a single-phase-three-phase transformer with a rotating magnetic field and an inverter control unit, wherein the wind wheel is connected via the multiplier to the input of the synchronous generator with permanent magnets, the output of which is connected via the first and second outputs of the rectifier and a capacitor to the first and second inputs of the power circuit of the single-phase bridge inverter, the control inputs of the first, second, third and fourth transistors of which are connected to the outputs of the inverter control unit, the collectors of the first and third transistors are connected to each other and connected to the first output of the uncontrolled rectifier, the second output of which is connected to the emitters of the second and third transistors, connected to each other, the emitter of the first transistor is connected to the collector of the second transistor and are connected through a filter with the beginning of the first primary windings of a single-phase-three-phase transformer with a rotating magnetic field, the ends of these windings are connected through a filter to the emitter of the third and the collector of the fourth transistors, which are connected to each other, reverse diodes are turned off in opposite parallel to the emitter-collector junction of the inverter transistors, the first and second outputs of the single-phase bridge inverter are connected through a filter to the inputs of the first and second primary windings, located on the toroidal part of the single-phase-three-phase transformer with a rotating magnetic field and shifted in space relative to each other at an angle of 90 °, and their beginnings are connected to each other through a phase-shifting capacitor, three secondary windings of the transformer are shifted relative to each other at an angle of 120 °, also located on the toroidal part of the single-phase-three-phase transformer with a rotating magnetic field and a load is connected to their terminals A, B, C and N, the inverter control unit comprises a transformer-rectifier unit, a control unit rectifier, a sinusoidal voltage generator, a pulse former, a sawtooth voltage generator, an adder, a voltage divider, a voltage polarity sensor, first and second AND logic elements, first and second pulse amplifiers, wherein the first and second inputs of the voltage divider are connected to the first and second outputs of the uncontrolled rectifier, and the output of the voltage divider is connected to the first input of the adder, the second input of which is connected via the transformer-rectifier unit to the terminals of the device A, B, C and N, the output of the adder is connected via the sawtooth voltage generator to the first input of the pulse former, the second input of which is connected via the control unit rectifier to the sinusoidal voltage generator, the output of the pulse former is connected to the first inputs of the first and second AND logic elements, respectively, the second inputs of which are connected via the voltage polarity sensor to the sinusoidal voltage generator, the outputs of the first and second AND logic elements, respectively, are connected via the first and second pulse amplifiers to the control inputs of the transistors of the single-phase bridge circuit of inverters, wherein the output of the first pulse amplifier is connected to the control inputs of the first and fourth transistors, and the output of the second pulse amplifier is connected to the control inputs of the second and third transistors.
RU2025102317A 2025-02-04 Wind-driven power plant voltage and frequency stabilization device RU2846345C1 (en)

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2846345C1 true RU2846345C1 (en) 2025-09-04

Family

ID=

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU1022129A1 (en) * 1982-01-04 1983-06-07 Научно-Исследовательский Институт Автоматики И Электромеханики При Томском Институте Автоматизированных Систем Управления И Радиоэлектроники Voltage regulator using multiband pulse modulation
US7068015B1 (en) * 1999-10-07 2006-06-27 Vestas Wind Systems A/S Wind power plant having magnetic field adjustment according to rotation speed
RU2443903C2 (en) * 2010-05-12 2012-02-27 Федеральное государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Кубанский государственный аграрный университет" Wind-driven power plant voltage and frequency regulation device
RU2830408C1 (en) * 2024-02-14 2024-11-19 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Кубанский государственный аграрный университет имени И.Т. Трубилина" Dc-to-three-phase ac voltage converter

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU1022129A1 (en) * 1982-01-04 1983-06-07 Научно-Исследовательский Институт Автоматики И Электромеханики При Томском Институте Автоматизированных Систем Управления И Радиоэлектроники Voltage regulator using multiband pulse modulation
US7068015B1 (en) * 1999-10-07 2006-06-27 Vestas Wind Systems A/S Wind power plant having magnetic field adjustment according to rotation speed
RU2443903C2 (en) * 2010-05-12 2012-02-27 Федеральное государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Кубанский государственный аграрный университет" Wind-driven power plant voltage and frequency regulation device
RU2830408C1 (en) * 2024-02-14 2024-11-19 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Кубанский государственный аграрный университет имени И.Т. Трубилина" Dc-to-three-phase ac voltage converter

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US8698335B2 (en) Low cost current source converters for power generation application
Kaarthik et al. Medium-voltage drive for induction machine with multilevel dodecagonal voltage space vectors with symmetric triangles
KR880001837B1 (en) Induction motor
CN110798117A (en) Double-electric-port driving system of magnetic field modulation switched reluctance motor and control method
JP2011514798A (en) Power feedback device
KR20160122922A (en) Apparatus and method for generating offset voltage of 3-phase inverter
US9379657B2 (en) Unity power factor induction machine
Estay et al. Dual-boost-NPC converter for a dual three-phase PMSG wind energy conversion system
RU2443903C2 (en) Wind-driven power plant voltage and frequency regulation device
RU2846345C1 (en) Wind-driven power plant voltage and frequency stabilization device
JP2017163659A (en) Wind power generation system
Wei et al. Analysis and comparison of current-source-converter-based medium-voltage PMSG wind energy conversion systems
Aarzoo et al. Input Current Source-Based Modular Multilevel Converter for Wound Field Synchronous Machine Drive With Improved Low-Speed Operation
Ortega et al. Control for grid connected PMSG Wind turbine with DC link capacitance reduction
JP3190772B2 (en) Inverter device
EP3920406A1 (en) Wind turbine electrical power generating system and method
JPS62100191A (en) Multi-winding AC motor drive system
JPH1084700A (en) Generator
JP6704299B2 (en) Power factor correction device
RU2275733C1 (en) Regulating single-to-three phase converter
Nakamura et al. Phase Control Characteristics of SRMs Driven by Single-Phase Voltage Source Inverter
Saha et al. Minimization of Commutation Torque Ripple in BLDC Drive Using Switched Capacitor Based ZETA Converter
Kathar et al. PWM based multilevel feed induction drive using single phase to three phase converter
Milan et al. A novel minimized switch two-phase matrix converter for driving two-phase induction motor
RU2697191C2 (en) Three-phase inverter