О современных решениях машинно-электронных генерирующих систем для малой энергетики и подвижных объектов

  • Геннадий Сергеевич Мыцык
Ключевые слова: ветроэлектрическая установка, синхронные и асинхронные машины, переменная частота вращения вала привода, генераторный режим, средства стабилизации напря­жения и частоты, результаты имитационного компьютерного моделирования, сопоставительная оценка вариантов

Аннотация

Нередко считают, что ветроэнергетика сегодня, не всегда (в плане бизнеса) выгодная техно­логия производства электроэнергии. Несомненно, однако, что эта экологически чистая техноло­гия с неисчерпаемым ресурсом предполагает ее широкое использование не только в ближайшем бу­дущем, но при соответствующих условиях и сегодня. В конечном счёте, определяющими здесь яв­ляются интересы национальной безопасности, а значит, приоритет в решении проблемы энерго­вооружённости и безопасности страны путём развития малой энергетики (включая прежде всего ветро- и гидроэнергетическую индустриализацию) остаётся за государством. Факторами, опре­деляющими принципиальное отличие автономного электроснабжения географически рассредото­ченных потребителей, удалённых от централизованных линий электропередачи, являются его бо­лее высокая его надёжность и возобновляемость энергетического ресурса. Первая задача проект­но-организационного плана должна решаться в конкретной стране, она заключается в составле­нии карты распределения ветро- и гидроэнергопотенциалов целесообразного использования этой технологии. Вторая задача состоит в использовании наиболее рациональных технических решений ветро- и гидроэлектрических установок. В данной работе рассматриваются структуры альтер­нативных вариантов таких установок, которые представлены только электротехническим ком­плексом в виде машинно-электронной генерирующей системы типа «переменная скорость — по­стоянная частота». В качестве преобразователя механической энергии в электрическую рассмат­риваются синхронная и асинхронная машины, причём во втором варианте машины с короткозамк­нутым ротором и с фазным ротором. Преобразователи механической энергии работают совмест­но с электронным преобразователем частоты, который может выполняться в виде двух последо­вательно включённых четырехквадрантных преобразователей. В работе приводится краткий со­поставительный анализ пяти структур ветроэнергетических установок, работающих автономно и параллельно с сетью. Приводятся результаты имитационного компьютерного моделирования наиболее рациональных вариантов. Цель работы — дать разработчикам представление о совре­менных решениях построения электрических комплексов для ветроэнергетических установок и об­легчить процесс выбора наиболее рационального решения.

Биография автора

Геннадий Сергеевич Мыцык

Мыцык Геннадий Сергеевич — доктор техн. наук, профессор кафедры «Электротехниче­ские комплексы автономных объектов и электриче­ский транспорт» НИУ «МЭИ», диссертацию защи­тил в 2001 г.

Литература

1. Электрооборудование летательных аппаратов т. 1. Системы электроснабжения летательных аппаратов/Под ред. С.А.Грузкова. М.: Изд. МЭИ, 2005, 508 с.
2. Харитонов С.А., Степников А.А. Система генерирования электрической энергии типа «Синхронный генератор – инвертор напряжения – инвертор напряжения». – Труды II Межвузовской отраслевой научно-техн. конф. «Автоматизация и прогрессивные технологии» (27 сентября — 1 октября 1999 г.). Новоуральск, 1999, с. 190—192.
3. Мыцык Г.С. О некоторых результатах и проблемах системного подхода к поисковому проектированию машин­но-электронных генерирующих комплексов автономных объектов. — Труды научно-техн. конф. «Электрификация летатель­ных аппаратов», посвященная 125-летию акад. В.С. Кулебакина, Москва, 1 ноября 2016 г., с. 283—291.
4. Мыцык Г.С., Мьё Мин Тант. К вопросу системного проектирования электротехнического комплекса «переменная скорость — постоянная частота». — Электричество, № 2, 2018, с. 34-42.
5. Sikorski A., Kuuma A. Cooperation of induction squirrel-cage generator with grid connected AC/DC/AC converter. — Bulletin of the Polish Academy of sciences. Technical sciences. 2009, vol. 57, No. 4, p. 317—322.
6. Bhim Singh, S.S. Murthy, Sushma Gupta. STATCOM-Based Voltage Regulator for Self-Excited Induction Generator Feeding Nonlinear Loads. — IEEE Trans. on Ind. Electronics, 2006, vol. 53, No. 5, pp. 1437—1451.
7. Берилов А.В., Маслов С.И., Мыцык Г.С., Хлаинг Мин У. Автономная система электроснабжения на базе асинхронизированного генератора с переменной частотой вращения вала. — Электропитание, 2011, № 2, c. 12—19.
8. Горякин Д.В., Мыцык Г.С. Машинно-электронная гене­рирующая система для малой энергетики и автономных объектов. — Труды Х Международ. ежегодной конф. «Возобновляемая и малая энергетика 2013». М.: Комитет ВИЭ Рос-СНИО, с. 102—107.
9. Горякин Д.В., Мыцык Г.С. Исследование режимов работы трёхфазной мостовой инверторной схемы. — Электричество, 2012, № 5, с. 23—31.
10. Горякин Д.В., Мыцык Г.С. Трёхфазная мостовая инверторная схема в режиме компенсатора реактивной мощности. — Практическая электроника, 2012, № 45, с. 13—17.
11. Perumal B. Venkatesa, Chatterjee J.K. Analysis of a Self Excited Induction Generator with STATCOM/Battery Energy Storage System/Power India Conference. IEEE, 2006.
12. Мыцык Г.С., Горякин Д.В. Бесконтактная машинно-электронная генерирующая система на основе асинхронной машины и активного выпрямителя. — Практическая силовая электроника», 2018, № 69, с. 49—55.
13. Кьо Зо Лин. Исследование возможностей улучшения показателей качества автономной системы генерирования напряжения стабильной частоты на базе синхронизированного асин­хронного генератора: Автореф. джс.... канд. техн. наук. НИУ «МЭИ», 2012, 20 с.
14. Горякин Д.В. Исследование новых возможностей совершенствования машинно-электронных генерирующих систем для малой энергетики и автономных объектов: Автореф. дисс.... канд. техн. наук. НИУ МЭИ, 2013, 20 с.
15. Нгуен Хыу Нам. Создание информационно-методического обеспечения системного проектирования электротехнического комплекса для ветроэлектрической установки, работающей параллельно с сетью: Автореф. дисс.. канд. техн. наук. НИУ «МЭИ», 2018, 20 с.
16. Han Peng, Cheng Ming, Wei Xinchi, Li Ning. Modeling and performance analysis of a dual-stator brushless doubly fed induction machine based on spiral vector theory. — IEEE Trans. Ind. Appl, 2016, 52, № 2, рр. 1380—1389.
17. Пью Мин Тхейн. Создание информационно-методического обеспечения для системного проектирования статических преобразователей в составе машинно-электронных генерирую­щих систем для малой энергетики и автономных объектов: Автореф. дисс.... канд. техн. наук. НИУ «МЭИ», 2013, 20 с.
18. Ян Наинг Мьинт. Исследование возможностей совер­шенствования электромашинных преобразователей для машинно-электронных генерирующих систем автономных объектов. Автореф. дисс. канд. техн. наук. НИУ «МЭИ», 2014, 20 с.
19. Нгуен Хыу Нам, Г.С.Мыцык. О структурно-алгоритмической организации силовой машинно-электронной части ветроэлектрической установки, работающей параллельно с сетью. — Новое в российской электроэнергетике, 2018, № 10, с. 6—22.
20. Мыцык Г.С., Мьё Мин Тант. Об использовании асинхронной машины с короткозамкнутым ротором при синтезе генерирующих электротехнических комплексов.— Практическая силовая электроника, 2019, № 2(74), с. 46—54.
21. Хлаинг Мин У. Создание информационно-методического обеспечения для системного проектирования преобразую­щих электронных, трансформаторно-электронных и генери­рующих машинно-электронных систем электротехнических комплексов автономных объектов: Автореф. дисс... доктора техн. наук. НИУ «МЭИ», 2017, 40 с.
22. Берилов А.В., Маслов С.И., Мыцык Г.С. Об улучшении технических характеристик системы генерирования напряжения постоянной частоты при переменной частоте вращения вала на базе асинхронизированного синхронного генератора. — Практическая силовая электроника, 2012, № 45, с. 6—12.
23. Thant M. M., Mytsyk G. S., Oo H.M. Research results of low-distorting three phase active rectifier in the structure of the fed-converted generator. — IEEE Conf. of Russian Young Researchers in Electrical and Electronic Engineering (EIConRus), Moscow, 2018, pp. 1761-1768. doi: 10.1109/ EIConRus.2018.8317447.
24. Nguyen Huu Nam, G.S Mytsyk (Prof.Dr.), A.V Berilov and Myo Min Thant. Algorithmic Structure of Wind Turbines System based on an Induction Machine Directly Connected to the Grid. Iss. MATEC Web of Conf., vol. 220, 2018. The 2nd Intern. Conf. on Mechanical, System and Control Engineering (ICMSC 218), № 05004, 6 p., Published online 29.10.2018. DOI: https://doi.org/10.1051/matecconf/ 201822005004.
25. Myo Min Thant, Mytsyk G.S., Berilov A.V. Fed-Converted Generator Based on the Squirrel-Cage Rotor Asynchyronous Macyine, with Condensing Selfexcitation and Ctabilization of tye Output Voltage. — Proceedings of Academicsera 49th Intern. Conf., Osaka, Japan, 8—9 May, 2019, pp. 1—5.
26. Maslov A.E., Mytsyk G.S. Voltage-stabilized Brushless Permanent Magnets Generator with Reversible Voltage Booster Channel. — Intern. Conf. on Industrial Engineering, Applications and Manufacturing (ICIEAM), Sochi, Russia, 2019, pp. 1—6. doi: 10.1109/ICIEAM.2019.8743079. Electronic ISBN: 978-1-5386­8119-0. Print on Demand (PoD) ISBN: 978-1-5386-8120-6.
27. Ботвинник М.М. Асинхронизированная синхронная машина. М.: Энергия, 1964.
28. Копылов И.П. Математическое моделирование электрических машин. М.: Высшая школа, 2001, 250 с.
29. Постников И.М., Новиков А.В., Прокофьев Ю.А. и др. Теория и методы расчета асинхронных турбогенераторов. Киев: Наукова думка, 1977.
#
1. Elektrooborudovaniye letatel’nykh apparatov Т. 1. Sistemy elektrosnabzheniya letatel’nykh apparatov (Electrical equipment of aircraft, vol. 1. Power supply systems for aircraft / Ed. S.A. Gruzkov). M.: Izd. MEI, 2005, 508 p.
2. Kharitonov S.A., Stepnikov A.A. Sistema generirovaniya elektricheskoy energii tipa «Sinkhronnyy generator—invertor napryazheniya—invertor napryazheniya». — Trudy II Mezhvuzovskoy otraslevoy nauchno-tekhn. konf. «Avtomatizatsiya i progressivnyye tekhnologii» (The system for generating electrical energy of the type «Synchronous generator—voltage inverter—voltage inverter». — Proc. of the II Interuniversity sectoral scientific and technical. conf. «Automation and advanced technologies», 27 September — 1 October 1999. Novoural’sk, 1999, pp. 190-192.
3. Mytsyk G.S. O nekotorykh rezul’tatakh iproblemakh sistemnogo podkhoda k poiskovomu proyektirovaniyu mashinno-elektronnykh generiruyushchikh kompleksov avtonomnykh ob"yektov. — Trudy nauchno-tekhn. konf. «Elektrifikatsiya letatel’nykh apparatov», posvyashchennaya 125-letiyu akad. V.S. Kulebakina (About some results and problems of a systematic approach to prospecting design of machine-electronic generating complexes of autonomous objects. — Proc. of scientific and technical. conf. «Electrification of aircraft», dedicated to the 125th anniversary of academician V.S. Kulebakin, Moscow, 1 November 2016, pp. 283—291.
4. Mytsyk G.S., M’yo Min Tant. Elektrichestvo — in Russ. (Electricity), 2018, No. 2, pp. 34—42.
5. Sikorski A., Kiiiima A. Cooperation of induction squirrel-cage generator with grid con-nected AC/DC/AC converter. — Bulletin of the Polish Academy of sciences. Technical sciences. 2009, vol. 57, No. 4, pp. 317—322.
6. Bhim Singh, S.S. Murthy, Sushma Gupta. STATCOM-Based Voltage Regulator for Self-Excited Induction Generator Feeding Nonlinear Loads. — IEEE Trans. on Ind. Electronics 2006, vol. 53, No. 5, pp. 1437—1451.
7. Berilov A.V., Maslov S.I., Mytsyk G.S., Khlaing Min U. Elektropitaniye — in Russ. (Power supple), 2011, No. 2, pp. 12—19.
8. Goryakin D.V., Mytsyk G.S. Mashinno-elektronnaya generiruyushchaya sistema dlya maloy energetiki i avtonomnykh ob"yektov. — Trudy Х Mezhdunarod. yezhegodnoy konf. «Vozobnovlyayemaya i malaya energetika 2013» (Machine-electronic generating system for small energy and autonomous facilities. — Proc. of X Intern. conf. «Renewable and Small Energy 2013»). M.: Komitet VIE Ros-SNIO, pp. 102—107.
9. Goryakin D.V., Mytsyk G.S. Elektrichestvo — in Russ. (Electricity), 2012, No. 5, pp. 23—31.
10. Goryakin D.V., Mytsyk G.S. Prakticheskaya elektronika — in Russ. (Practical Electronics), 2012, No. 45, pp. 13—17.
11. Perumal B. Venkatesa, Chatterjee J.K. Analysis of a Self Excited Induction Gener-ator with STATCOM/Battery Energy Storage System/Power India Conference. IEEE 2006.
12. Mytsyk G.S., Goryakin D.V. Prakticheskaya silovaya elektronika — in Russ. (Practicalpower electronics), 2018, pp. 49—55.
13. K’o Zo Lin. Issledovaniye vozmozhnostey uluchsheniya pokazateley kachestva avtonomnoy sistemy generirovaniya napryazheniya stabil’noy chastoty na baze sinkhronizirovannogo asinkhronnogo generatora. Avtoref. dis... kand. tekhn. nauk (Study of the possibilities of improving the quality indicators of an autonomous system for generating a voltage of a stable frequency based on a synchronized asynchronous generator. Abstract. diss.... Cand. Sci. (Eng.). NIU «MEI»), 2012, 20 p.
14. Goryakin D.V. Issledovaniye novykh vozmozhnostey sovershenstvovaniya mashinno-elektronnykh generiruyushchikh sistem dlya maloy energetiki i avtonomnykh ob"yektov. Avtoref. dis... kand. tekhn. nauk (The study of new opportunities for improving machine-electronic generating systems for small-scale energy and autonomous facilities. Abstract diss ... Cand. Sci. (Eng.). M.: NIU MEI, 2013, 20 p.
15. Nguyen Khyu Nam. Sozdaniye informatsionno-metodicheskogo obespecheniya sistem-nogo proyektirovaniya elektrotekhnicheskogo kompleksa dlya vetroelektricheskoy ustanovki, rabotayushchey parallel’no s set’yu: Avtoref. dis... kand. tekhn. nauk (Creation of information and methodological support for the system design of the electrical complex for a wind power installation operating in parallel with the network. Abstract. diss ... Cand. Sci.(Eng.). NIU «MEI», 2018, 20 p.
16. Han Peng, Cheng Ming, Wei Xinchi, Li Ning. Modeling and performance analysis of a dual-stator brushless doubly fed induction machine based on spiral vector theory. — IEEE Trans. Ind. Appl., 2016, 52, No. 2, pp. 1380—1389.
17. P’yu Min Tkheyn. Sozdaniye informatsionno- metodicheskogo obespecheniya dlya sistemnogo proyektirovaniya staticheskikh preobrazovateley v sostave mashinno-elektronnykh generiruyushchikh sistem dlya maloy energetiki i avtonomnykh ob"yektov: Avtoref. dis... kand. tekhn. nauk (Creation of information and methodological support for the system design of static converters as part of machine-electronic generating systems for small-scale power generation and autonomous objects. Abstract. diss.... Cand. Sci. (Eng.). NIU «MEI», 2013, 20 p.
18. Yan Naing M’int. Issledovaniye vozmozhnostey sovershenstvovaniya elektroma-shinnykh preobrazovateley dlya mashinno-elektronnykh generiruyushchikh sistem avtonomnykh ob"yektov: Avtoref. diss.... kand. tekhn. nauk (The study of the possibilities of improving the electro-bus converters for machine-electronic generating systems of autonomous objects. Abstract. diss.... Cand. Sci. (Eng.). NIU «MEI», 2014, 20 p.
19. Nguyen Khyu Nam, G.S. Mytsyk. Novoye v rossiyskoy elektroenergetike — in Russ. (News in Russian Electric Power Engineering), 2018, № 10, p. 6—22.
20. Mytsyk G.S., M’yo Min Tant. Prakticheskaya silovaya elektronika — in Russ. (Practical Power Electronics), 2019, № 2(74), pp. 46—54.
21. Khlaing Min U. Sozdaniye informatsionno-metodicheskogo obespecheniya dlya sistemnogo proyektirovaniya preobrazuyushchikh elektronnykh, transformatorno-elektronnykh i generiruyushchikh mashinno-elektronnykh sistem elektrotekhnicheskikh kompleksov avtonomnykh ob"yektov: Avtoref. dis... doktora tekhn. nauk (Creation of information and methodological support for system design of converting electronic, transformer-electronic and generating machine-electronic systems of electrical complexes of autonomous objects. Abstract. diss.... Dr. Sci. (Eng.). NIU «MEI», 2017, 40 p.
22. Berilov A.V., Maslov S.I., Mytsyk G.S. Prakticheskaya silovaya elektronika — in Russ. (Practical Power Electronics), 2012, № 45, pp. 6—12.
23. Thant M.M., Mytsyk G.S., Oo H.M. Research results of low-distorting three phase active rectifier in the structure of the fed-converted generator. — IEEE Conf. of Russian Young Researchers in Electrical and Electronic Engineering (EIConRus), Moscow, 2018, pp. 1761-1768. doi: 10.1109/EIConRus. 2018.8317447.
24. Nguyen Huu Nam, G.S Mytsyk (Prof.Dr.), A.V Berilov and Myo Min Thant. Algorithmic Structure of Wind Turbines System based on an Induction Machine Directly Connected to the Grid — 2nd Intern. Conf. on Mechanical, System and Control Engineering (ICMSC 218), № 05004, 6 p., Published online 29.10.2018 . DOI: https://doi.org/10.1051 /matecconf / 201822005004.
25. Myo Min Thant, Mytsyk G.S., Berilov A.V. Fed-Converted Generator Based on the Squirrel-Cage Rotor Asynchyronous Macyine, with Condensing Selfexcitation and Ctabilization of tye Output Voltage. — Proc. of Academicsera 49th Intern. Conf., Osaka, Japan, 8—9 May, 2019, pp. 1—5.
26. Maslov A.E., Mytsyk G.S. Voltage-stabilized Brushless Permanent Magnets Generator with Reversible Voltage Booster Channel. — Intern. Conf. on Industrial Engineering, Applications and Manufacturing (ICIEAM), Sochi, Russia, 2019, pp. 1—6. doi: 10.1109/ICIEAM.2019.8743079. Electronic ISBN: 978-1-5386­8119-0. Print on Demand (PoD) ISBN: 978-1-5386-8120-6.
27. Botvinnik M.M. Asinkhronizirovannaya sinkhronnaya mashina (Asynchronous synchronous machine). M.: Energiya, 1964.
28. Kopylov I.P. Matematicheskoye modelirovaniye elektricheskikh mashin (Mathematical modeling of electrical machines). M.: Vys-shaya shkola, 2001, 250 p.
29. Postnikov I.M., Novikov A.V., Prokofyev Yu.A. et. al. Teoriya i metody rascheta asinkhronnykh turbogeneratorov (Theory and calculation methods of asynchronous turbogenerators). Kiyev: Naukova dumka, 1977.
Опубликован
2020-07-01
Раздел
Статьи