Исследование управляемой гибкой связи турбины и генератора микроГЭС в автономной электроэнергетической системе
Ключевые слова:
автономная система электроснабжения, устойчивость, переходные процессы, стабилизация выходных параметров, электромагнитный вариатор, микроГЭС
Аннотация
Проведены исследования по обеспечению в автономной энергосистеме синхронной параллельной работы генераторов с постоянными магнитами микроГЭС, которые используют управляемую гибкую связь между турбиной и генератором. К актуальности данного исследования можно отнести проблему электромеханической совместимости при параллельной работе генераторов с разными параметрами постоянной времени механической инерции роторов электрических машин. Дан обзор и проанализированы достоинства и недостатки возможных вариантов решения указанной проблемы. В качестве ее перспективного решения предложена концепция на основе управляемой гибкой связи между генератором и турбиной. Приведены математические модели и сформированы законы и алгоритмы автоматического управления частотой вращения генератора. Представленные в статье осциллограммы имитационного и физического моделирования показывают поддержание синхронной параллельной работы синхронных генераторов с постоянными магнитами и автономной электроэнергетической системы при различной удаленности точек трехфазного КЗ.
Литература
1. Ling Y. The fault ride through technologies for doubly fed induction generator wind turbines. — Wind Engineering, 2016, т. 40, No. 1, pp. 31-49.
2. Li J., Yang Q., Yao P., Sun Q., Zhang Z., Zhang M., & Yuan
W. A Novel use of the Hybrid Energy Storage System for Primary Frequency Control in a Microgrid. Energy Procedia, 2016, 103, pp. 82-87.
3. Глазырин Г.В., Казанцев Ю.В. Опережающее регулирование частоты и мощности на гидроэлектростанциях в изолированных энергосистемах. — Новое в российской электроэнергетике, 2017, № 11, c. 20—27.
4. Лукутин Б.В., Обухов С.Г., Шандарова Е.Б. Автономное электроснабжение от микрогидроэлектростанций. — Томск: STT, 2001, т. 120.
5. Данилевич Я.Б., Антипов В.Н., Штайнле Л.Ю. Гидрогенератор для малой ГЭС с возбуждением от постоянных магнитов. — Научно-технические ведомости Санкт-Петербургского государственного политехнического университета, 2009, № 84, с. 11—13.
6. Антипов В.Н. и др. Оценка эффективности конструктивного исполнения постоянных магнитов для низкоскоростных синхронных генераторов на основе расчета магнитного поля. — Электротехника, 2014, № 2, с. 2—5.
7. Удалов С.Н. и др. Повышение регулировочной способности ветроэнергетической установки в составе локальной энер- госистемыю — Энергобезопасность и энергосбережение, 2017, № 3, с. 33—40.
8. Голов П.В., Шаров Ю.В., Строев В.А. Система математических моделей для расчета переходных процессов в сложных электроэнергетических системах. — Электричество, 2007, № 5, с. 2—11.
9. Зиновьев Г.С. Основы силовой электроники. Новосибирск: Изд-во Новосибирского гос. технического университета, 2003, 664 с.
10. Chen Z., Guerrero J. M., Blaabjerg F. A review of the state of the art of power alectronics for wind turbines. — IEEE Trans. Power Electron., 2009, vol. 24, No. 8, pp. 1859—1975. Electrichestvo, 2020, No. 1, pp. 25—31
11. Cardenas R., Pena R., Alepuz S., Asher G. Overview of control systems for the operation of DFIGs in wind energy applications. — IEEE Trans. Ind. Electron., 2013, vol. 60, No. 7, pp. 2776—2798.
12. Udalov S.N. et al. Increasing the regulating ability of a wind turbine in a local power system using magnetic continuous variable transmission. — Wind Engineering, 2018, vol. 42, No. 5, c. 411—435.
13. Morren J. and de Haan S.W.H. Ride through of wind turbinеs with dоublyfed induction gеnerаtor during a voltage dip. — IEEE Trans. Energy Convers., 2005, vol. 20, No. 2, pp. 435—441.
14. Wessels C., Gebhart F., Fuchs R.W. Fault ride-through of a DFIG wind turbina using a dynamic voltage restorer during symmetrical and asymmetrical grid faults. — IEEE Trans. Power Elеctron., 2011, vol. 26, No. 3, pp. 807—815.
15. Hansen A.D. and Michalke G. Fault ride-through capability of DFIG wind turbines. — Renew. Energy, 2007, vol. 32, No. 9, pp. 1594—1610.
16. Pannell G., Atkinson D.J., Zahawi B. Minimum-threshold crowbar for a fault-ide-through grid-code-compliant DFIG wind turbine. — IEEE Trans. Energy Convers., 2010, vol. 25, No. 3, pp. 750—759.
17. Huang H. et al. Electronic power transformer control strategy in wind energy conversion systems for low voltage ride-through capability enhancement of directly driven wind turbines with permanent magnet synchronous generators (D-PMSGs). — Energies, 2014, vol. 7, No. 11, pp. 7330—7347.
18. Kranawetter K. et al. Control-Oriented Modelling of the Transient Behaviour of Hydrodynamic Couplings: A State-Space Approach. — 2018 Annual American Control Conference (ACC), 2018, pp. 2940—2945.
#
1. Ling Y. The fault ride through technologies for doubly fed induction generator wind turbines. — Wind Engineering, 2016, vol. 40, No. 1, pp. 31-49.
2. Li J., Yang Q., Yao P., Sun Q., Zhang Z., Zhang M., & Yuan W. A Novel use of the Hybrid Energy Storage System for Primary Frequency Control in a Microgrid. Energy Procedia, 2016, 103, pp. 82-87.
3. Glazyrin G.V., Kazantsev Yu.V. Novoye v rossiyskoy elektroenergetike — in Russ. (New in Russian electric power industry), 2017, №. 11, pp. 20-27.
4. Lukutin B.V., Obukhov S.G., Shandarova Ye.B. Avtonomnoye elektrosnabzheniye ot mikrogidroelektrostantsii (Autonomous power supply from micro-hydro power plants). Tomsk: STT, 2001, т. 120.
5. Danilevich Ya.B., Antipov V.N., Shtaynle L.Yu. Nauchno-tekhnicheskiye vedomosti Sankt-Peterburgskogo gosudarstvennogo politekhnicheskogo universiteta — in Russ. (Scientific and Technical Journal of St. Petersburg State Polytechnic University), 2009, No. 84, pp. 11-13.
6. Antipov V.N. et al. Elektrotekhnika — in Russ. (Electrical Engineering), 2014, No. 2, pp. 2-5.
7. Udalov S.N. et al. Energobezopasnost’ i energosberezheniye — in Russ. (Energy Security and Energy Saving), 2017, No. 3, pp. 33-40.
8. Golov P.V., Sharov Yu.V., Stroyev V.A. Elektrichestvo — in Russ. (Electricity), 2007, No. 5, pp. 2-11.
9. Zinov’yev G.S. Osnovy silovoy elektroniki (Fundamentals of power electronics). Novosibirsk: Publ. House of NSTU, 2003, 664 p.
10. Chen Z., Guerrero J.M. and Blaabjerg F. A review of the state of the art of power electronics for wind turbines. - IEEE Trans. Power Electron., 2009, vol. 24, No. 8, pp. 1859-1975.
11. Cardenas R., Pena R., Alepuz S. and Asher G. Overview of control systems for the operation of DFIGs in wind energy applications. - IEEE Trans. Ind. Electron., 2013, vol. 60, No. 7, pp. 2776-2798.
12. Udalov S.N. et al. Increasing the regulating ability of a wind turbine in a local power system using magnetic continuous variable transmission. - Wind Engineering, 2018, vol. 42, No. 5, c. 411-435.
13. Morren J. and de Haan S.W.H. Ride through of wind turbines with doublyfed induction generator during a voltage dip. - IEEE Trans. Energy Convers., 2005, vol. 20, No. 2, pp. 435-441.
14. Wessels C., Gebhart F. and Fuchs R.W. Fault ride-through of a DFIG wind turbine using a dynamic voltage restorer during symmetrical and asymmetrical grid faults. - IEEE Trans. Power Electron., 2011, vol. 26, No. 3, pp. 807-815.
15. Hansen A.D. and Michalke G. Fault ride-through capability of DFIG wind turbines. - Renew. Energy, 2007, vol. 32, No. 9, pp. 1594-1610.
16. Pannell G., Atkinson D.J. and Zahawi B. Minimum-threshold crowbar for a fault-ide-through grid-code-compliant DFIG wind turbine. - IEEE Trans. Energy Convers., 2010, vol. 25, No. 3, pp. 750-759.
17. Huang H. et al. Electronic power transformer control strategy in wind energy conversion systems for low voltage ride-through capability enhancement of directly driven wind turbines with permanent magnet synchronous generators (D-PMSGs). - Energies, 2014, vol. 7, No. 11, pp. 7330-7347.
18. Kranawetter K. et al. Control-Oriented Modelling of the Transient Behaviour of Hydrodynamic Couplings: A State-Space Approach. - 2018 Annual American Control Conference (ACC), 2018, pp. 2940-2945.
2. Li J., Yang Q., Yao P., Sun Q., Zhang Z., Zhang M., & Yuan
W. A Novel use of the Hybrid Energy Storage System for Primary Frequency Control in a Microgrid. Energy Procedia, 2016, 103, pp. 82-87.
3. Глазырин Г.В., Казанцев Ю.В. Опережающее регулирование частоты и мощности на гидроэлектростанциях в изолированных энергосистемах. — Новое в российской электроэнергетике, 2017, № 11, c. 20—27.
4. Лукутин Б.В., Обухов С.Г., Шандарова Е.Б. Автономное электроснабжение от микрогидроэлектростанций. — Томск: STT, 2001, т. 120.
5. Данилевич Я.Б., Антипов В.Н., Штайнле Л.Ю. Гидрогенератор для малой ГЭС с возбуждением от постоянных магнитов. — Научно-технические ведомости Санкт-Петербургского государственного политехнического университета, 2009, № 84, с. 11—13.
6. Антипов В.Н. и др. Оценка эффективности конструктивного исполнения постоянных магнитов для низкоскоростных синхронных генераторов на основе расчета магнитного поля. — Электротехника, 2014, № 2, с. 2—5.
7. Удалов С.Н. и др. Повышение регулировочной способности ветроэнергетической установки в составе локальной энер- госистемыю — Энергобезопасность и энергосбережение, 2017, № 3, с. 33—40.
8. Голов П.В., Шаров Ю.В., Строев В.А. Система математических моделей для расчета переходных процессов в сложных электроэнергетических системах. — Электричество, 2007, № 5, с. 2—11.
9. Зиновьев Г.С. Основы силовой электроники. Новосибирск: Изд-во Новосибирского гос. технического университета, 2003, 664 с.
10. Chen Z., Guerrero J. M., Blaabjerg F. A review of the state of the art of power alectronics for wind turbines. — IEEE Trans. Power Electron., 2009, vol. 24, No. 8, pp. 1859—1975. Electrichestvo, 2020, No. 1, pp. 25—31
11. Cardenas R., Pena R., Alepuz S., Asher G. Overview of control systems for the operation of DFIGs in wind energy applications. — IEEE Trans. Ind. Electron., 2013, vol. 60, No. 7, pp. 2776—2798.
12. Udalov S.N. et al. Increasing the regulating ability of a wind turbine in a local power system using magnetic continuous variable transmission. — Wind Engineering, 2018, vol. 42, No. 5, c. 411—435.
13. Morren J. and de Haan S.W.H. Ride through of wind turbinеs with dоublyfed induction gеnerаtor during a voltage dip. — IEEE Trans. Energy Convers., 2005, vol. 20, No. 2, pp. 435—441.
14. Wessels C., Gebhart F., Fuchs R.W. Fault ride-through of a DFIG wind turbina using a dynamic voltage restorer during symmetrical and asymmetrical grid faults. — IEEE Trans. Power Elеctron., 2011, vol. 26, No. 3, pp. 807—815.
15. Hansen A.D. and Michalke G. Fault ride-through capability of DFIG wind turbines. — Renew. Energy, 2007, vol. 32, No. 9, pp. 1594—1610.
16. Pannell G., Atkinson D.J., Zahawi B. Minimum-threshold crowbar for a fault-ide-through grid-code-compliant DFIG wind turbine. — IEEE Trans. Energy Convers., 2010, vol. 25, No. 3, pp. 750—759.
17. Huang H. et al. Electronic power transformer control strategy in wind energy conversion systems for low voltage ride-through capability enhancement of directly driven wind turbines with permanent magnet synchronous generators (D-PMSGs). — Energies, 2014, vol. 7, No. 11, pp. 7330—7347.
18. Kranawetter K. et al. Control-Oriented Modelling of the Transient Behaviour of Hydrodynamic Couplings: A State-Space Approach. — 2018 Annual American Control Conference (ACC), 2018, pp. 2940—2945.
#
1. Ling Y. The fault ride through technologies for doubly fed induction generator wind turbines. — Wind Engineering, 2016, vol. 40, No. 1, pp. 31-49.
2. Li J., Yang Q., Yao P., Sun Q., Zhang Z., Zhang M., & Yuan W. A Novel use of the Hybrid Energy Storage System for Primary Frequency Control in a Microgrid. Energy Procedia, 2016, 103, pp. 82-87.
3. Glazyrin G.V., Kazantsev Yu.V. Novoye v rossiyskoy elektroenergetike — in Russ. (New in Russian electric power industry), 2017, №. 11, pp. 20-27.
4. Lukutin B.V., Obukhov S.G., Shandarova Ye.B. Avtonomnoye elektrosnabzheniye ot mikrogidroelektrostantsii (Autonomous power supply from micro-hydro power plants). Tomsk: STT, 2001, т. 120.
5. Danilevich Ya.B., Antipov V.N., Shtaynle L.Yu. Nauchno-tekhnicheskiye vedomosti Sankt-Peterburgskogo gosudarstvennogo politekhnicheskogo universiteta — in Russ. (Scientific and Technical Journal of St. Petersburg State Polytechnic University), 2009, No. 84, pp. 11-13.
6. Antipov V.N. et al. Elektrotekhnika — in Russ. (Electrical Engineering), 2014, No. 2, pp. 2-5.
7. Udalov S.N. et al. Energobezopasnost’ i energosberezheniye — in Russ. (Energy Security and Energy Saving), 2017, No. 3, pp. 33-40.
8. Golov P.V., Sharov Yu.V., Stroyev V.A. Elektrichestvo — in Russ. (Electricity), 2007, No. 5, pp. 2-11.
9. Zinov’yev G.S. Osnovy silovoy elektroniki (Fundamentals of power electronics). Novosibirsk: Publ. House of NSTU, 2003, 664 p.
10. Chen Z., Guerrero J.M. and Blaabjerg F. A review of the state of the art of power electronics for wind turbines. - IEEE Trans. Power Electron., 2009, vol. 24, No. 8, pp. 1859-1975.
11. Cardenas R., Pena R., Alepuz S. and Asher G. Overview of control systems for the operation of DFIGs in wind energy applications. - IEEE Trans. Ind. Electron., 2013, vol. 60, No. 7, pp. 2776-2798.
12. Udalov S.N. et al. Increasing the regulating ability of a wind turbine in a local power system using magnetic continuous variable transmission. - Wind Engineering, 2018, vol. 42, No. 5, c. 411-435.
13. Morren J. and de Haan S.W.H. Ride through of wind turbines with doublyfed induction generator during a voltage dip. - IEEE Trans. Energy Convers., 2005, vol. 20, No. 2, pp. 435-441.
14. Wessels C., Gebhart F. and Fuchs R.W. Fault ride-through of a DFIG wind turbine using a dynamic voltage restorer during symmetrical and asymmetrical grid faults. - IEEE Trans. Power Electron., 2011, vol. 26, No. 3, pp. 807-815.
15. Hansen A.D. and Michalke G. Fault ride-through capability of DFIG wind turbines. - Renew. Energy, 2007, vol. 32, No. 9, pp. 1594-1610.
16. Pannell G., Atkinson D.J. and Zahawi B. Minimum-threshold crowbar for a fault-ide-through grid-code-compliant DFIG wind turbine. - IEEE Trans. Energy Convers., 2010, vol. 25, No. 3, pp. 750-759.
17. Huang H. et al. Electronic power transformer control strategy in wind energy conversion systems for low voltage ride-through capability enhancement of directly driven wind turbines with permanent magnet synchronous generators (D-PMSGs). - Energies, 2014, vol. 7, No. 11, pp. 7330-7347.
18. Kranawetter K. et al. Control-Oriented Modelling of the Transient Behaviour of Hydrodynamic Couplings: A State-Space Approach. - 2018 Annual American Control Conference (ACC), 2018, pp. 2940-2945.
