Анотація до роботи:

Дорохов О. В. Зниження динамічних перевантажень з метою підвищення надійності асинхронних генераторів вітроелектроагрегатів, які працюють паралельно з мережею. – Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за фахом 05.09.01 – електричні машини і апарати. – Національний технічний університет “Харківський політехнічний інститут”, м. Харків, 2004.

Дисертація присвячена питанням розрахунку ударних перехідних струмів і ударного динамічного моменту, а також розробці можливих методів їхнього демпфування. При вмиканні АГ на паралельну роботу з мережею, за рахунок практично нерухомих аперіодичних складових потокозчеплення у роторі, що обертається із синхронною швидкістю, наводиться велика згасаюча ЕРС, що зумовлює виникнення у генераторі струму, кратність якого на початку перехідного процесу може сягати 11. Одночасно виникає згасаючий знакозмінний момент, кратність якого в окремі моменти часу сягає 3. Зазначені ударні струми та ударні динамічні моменти вкрай несприятливо впливають на роботу ВЕА, призводячи до виходу з ладу механічної частини та аварійних відключень, зумовлених несанкціонованим спрацьовуванням апаратів захисту. Тому з метою підвищення ефективності ВЕА запропоновано заходи зі зниження перевантажень. Запропонований пристрій для неодночасного підмикання фаз АГ до мережі дозволяє домогтися зниження ударного струму та ударного моменту у два рази. Розроблені методика і програма розрахунку генерованої ВЕА потужності на підставі даних метеостанцій про характер коливань швидкості вітру конкретного району та їхніх часових змін дозволяють розраховувати вироблювану ВЕА потужність залежно від кліматичних умов у районі його установки. Розроблено рекомендації щодо забезпечення кліматичної стійкості АГ ВЕА, методику розрахунку генерованої ними потужності. При проектуванні ВЕА слід враховувати пульсуючий з подвоєною частотою мережі момент, що виникає при двофазному вмиканні і викликає вібрацію ВЕА. Дано рекомендації щодо вибору оптимальної потужності АМ у генераторному режимі.

У дисертаційній роботі наведено теоретичне обґрунтування і розв'язання науково-практичної задачі, що полягає в розробці комплексу науково-технічних способів з підвищення експлуатаційної надійності АГ ВЕА, що досягається за рахунок зниження механічних перевантажень ВЕА. Розроблені методики розрахунку і способи зниження механічних перевантажень ВЕА в перехідних режимах, а також рекомендації щодо конструкції АГ ВЕА, які дозволяють забезпечити кліматичну стійкість останніх.

1. Питання демпфування ударних струмів і моментів та забезпечення кліматичної стійкості АГ ВЕА вимагають більш глибокого вивчення, тому що вони дозволять виключити найбільш характерні поломки, які спостерігалися при експлуатації ВЕА на діючих ВЕС. Виходячи з цього доцільною є розробка методик розрахунку ударних струмів і моментів, способів їхнього зниження і забезпечення кліматичної стійкості АГ ВЕА.

2. Розроблено методику розрахунку в перехідному процесі струмів і моментів АГ ВЕА при підмиканні на паралельну роботу з мережею. Методика дозволяє розраховувати перехідні процеси в АГ ВЕА при його підмиканні на паралельну роботу з мережею, як з демпфуючими опорами у колі статора, так і без них. На відміну від існуючих методик, розроблена методика враховує вплив на характер перехідного процесу активного опору статора.

3. Встановлено, що шунтування демпфуючого опору необхідно робити тільки після згасання аперіодичних складових струмів що виключає сплески струмів і моментів, більші за ті, що були при увімкненому опорі. Час загасання аперіодичних складових струмів для різних типів АГ складає від 0,2 до 1,5 сек. Запропоновано включати на час пуску послідовно з обмотками генератора активні опори, значення яких у 3-3,5 рази більші за активний опір обмотки статора. При цьому кратність ударного моменту не перевищує 1, а кратність струму – 7. Максимальна кратність моменту не залежить від початкової фази напруги при одночасному підмиканні фаз АГ до мережі.

4. Отримано розв’язання системи диференційних рівнянь при почерговому підмиканні фаз генератора до мережі. Встановлено найбільш раціональну послідовність підмикання фаз обмотки АГ до мережі, визначено початкові фази напруги.

Встановлено, що при неодночасному підмиканні до мережі фаз АГ ВЕА кратність ударних струмів і моментів знижується в 2 рази.

Запропоновано робити підмикання двох фаз генератора до мережі у момент часу, що відповідає амплітудному значенню лінійної напруги, а третю фазу підмикати при амплітудному значенні фазної напруги із запізнюванням у 9-12 періодів.

5. У систему диференційних рівнянь, що описують електромагнітні процеси в АМ, введено функцію, що встановлює безпосередній зв'язок між гармонійними складовими швидкості вітру і моментом на валу генератора.

6. Запропоновано пристрій, що здійснює неодночасне підмикання фаз генератора до мережі. За рахунок запропонованого виконання кола керування досягається забезпечення вмикання силового кола при проходженні синусоїдальної напруги через амплітудне значення, за відхилень напруги мережі живлення, що відповідають нормативам. Також забезпечується практично стале значення фази напруги, при якій відбувається вмикання і, за рахунок цього, забезпечується підвищення надійності пристрою і спрощення його конструкції.

При проектуванні ВЕА варто враховувати пульсуючий з подвоєною частотою мережі момент, що виникає при двофазному включенні, що викликає вібрацію ВЕА.

7. Теоретично обґрунтовано вплив коливань швидкості вітру на потужність, що віддається вітротурбіною. У систему диференційних рівнянь, що описують електромагнітні процеси у АМ, введено функцію, що встановлює безпосередній зв'язок між гармонійними складовими швидкості вітру і моментом на валу генератора. Розраховано розбіжність між потужністю, що виробляє вітротурбіна, і потужністю, встановленою для вітротурбіни виготовлювачем, при заданій середній швидкості вітру.

8. Отримано акт впровадження результатів дисертаційної роботи в КБ ДП ХЕМЗ (м.Харків).

Публікації автора:

1. Дорохов А.В., Финкельштейн В.Б. Демпфирование ударных токов и ударного динамического момента при подключении к сети асинхронных генераторов ветроэлектроагрегатов // Електротехніка і електромеханіка. –Харків: НТУ ХПІ, 2002.-№2.- С.39-42.

Здобувач дослідив та висвітлив можливість зниження перехідних струмів і ударного динамічного моменту за рахунок неодночасного підмикання фаз обмотки генератора на паралельну роботу з мережею. Надано рекомендації щодо формування оптимального алгоритму вмикання. Описано явища супутні перехідному процесу.

2. Дорохов А.В., Финкельштейн В.Б. Экспериментальное исследование экстремальных эксплуатационных параметров и характеристик асинхронных генераторов ветроэнергетических агрегатов // Праці інституту електродинаміки Національної академії наук України. - Київ: ІЕД НАН України, 2002.- №3.- С.107-112.

Здобувач надав рекомендації щодо вибору АГ для ВЕА, а також навів результати експериментальних досліджень, необхідних для розробки специфічних питань теорії розрахунку характеристик АГ у перехідних і сталих режимах і удосконалення пускової та захисної апаратури.

3. Дорохов А.В., Финкельштейн В.Б. Смягчение электродинамических перегрузок при подключении к сети асинхронных генераторов ветроэлектроагрегатов // Електротехніка і електромеханіка – Харків: НТУ ХПІ, 2003.- №2.- С.24-27.

Здобувач розробив методику розрахунку перехідних струмів і ударного динамічного моменту при підмиканні АГ до мережі.

4. Дорохов А.В., Финкельштейн В.Б. Токи и моменты асинхронных генераторов ветроэлектроагрегатов в переходном режиме при подключении их к сети // Технічна електродинаміка. - Київ: ІЕД НАН України, 2003.- №2.- С.52- 54.

Здобувачем наведено методику розрахунку в перехідному процесі струмів і ударного динамічного моменту АГ при його підмиканні на паралельну роботу з мережею. Запропоновано технічне рішення, що виключає перевантаження та ударні динамічні моменти і знижує кратності максимального струму до значень, передбачених нормативною документацією на АМ.

5. Дорохов А.В., Финкельштейн В.Б. Влияние турбулентности ветра на величину мощности генерируемой ветроэлектроагрегатом // Праці інституту електродинаміки НАН України .- Київ: ІЕД НАН України, 2003. №1(4) - С.89 –98.

Здобувач експериментально встановив, що потужність, генерована ВЕА при однакових середніх швидкостях вітру, може суттєво відрізнятися від відповідних значень каталожної потужності. Запропонована здобувачем математична модель дозволяє розрахувати величину генерованої ВЕА потужності при заданій середній швидкості вітру.

6. Дорохов А.В. Динамические характеристики асинхронных генераторов при подключении их к сети через демпфирущее сопротивление с последующим его шунтированием // Електротехніка і електромеханіка. –Харків: НТУ ХПІ, 2003. - №4.- С.26-31.

Експериментально встановлено, що потужність, яку генерує вітроелектроагрегат при однакових середніх швидкостях вітру може суттєво відрізнятися від відповідних значень каталожної кривої потужності. Одним із факторів, від якого залежить ця різниця, є турбулентність вітру. Запропонована математична модель, яка дозволяє розрахувати значення потужності, яку генерує вітроелектроагрегат при заданих турбулентності і середній швидкості вітру.

7.Дорохов А.В., Финкельштейн В.Б. Неодновременное подключение фаз асинхронного двигателя к трехпроводной сети // ХХІХ научно-техническая конференция преподавателей, аспирантов и сотрудников Харьковской государственной академии городского хозяйства. Программа и тезисы докладов. - Харьков: ХНАГХ, -1998.-С.28-29.

8. Пат.60068 А Україна, МКИ 7 Н02Р 1/16. Пристрій для обмеження ударних струмів і моментів при підмиканні машин змінного струму до мережі й обмеження перенапруг при їхньому відключенні: Пат.60068 А Україна, МКИ 7 Н02Р 1/16 / О.В. Дорохов, А.Г. Сосков, В.Б. Фінкельштейн. - № 2003010519; заявлено 21.01.2003; Опубл. 15.09.2003. Бюл. № 9.- 2с

Здобувач розробив пристрій для обмеження струмів і ударного динамічного моменту при підмиканні машин змінного струму до мережі й обмеження перенапруг при їхньому відключенні.