*119336*

К.т.н. Шандарова Е.Б.

Томский политехнический университет, Россия

Применение фазорегулируемых автобалластных систем для стабилизации выходного напряжения микроГЭС

Создание современных автоматизированных микрогидроэлектростанций (микроГЭС) требует проведения глубоких исследований, необходимость которых объясняется сложностью процессов преобразования потока воды в электроэнергию со стабильными параметрами [1].

Если стабилизировать поток воды, то, выбирая соответствующую нагрузку источника электропитания, можно стабилизировать частоту вращения гидрогенератора. Изменять величину нагрузки микроГЭС возможно включением на выход генератора, параллельно полезной нагрузке, автоматически регулируемой балластной нагрузки [2].

Фазорегулируемые автобалластные системы на основе двухоперационных тиристоров или на силовых транзисторах могут обеспечить независимое регулирование амплитуды и фазы основной гармоники тока балласта.

Основные электромеханические процессы в рассматриваемой системе определяются первыми гармоническими составляющими тока и напряжения генератора, следовательно, сложная результирующая нагрузка микроГЭС может быть представлена некоторой эквивалентной, рассчитанной по первым гармоникам тока I₁ и напряжения U₁ генератора: , где Z_экв – модуль; φ_экв – фаза эквивалентной нагрузки.

Задачей исследования являлась стабилизация величины и характера эквивалентной нагрузки станции путем определения зависимостей углов включения и выключения вентильных ключей от величины полезной нагрузки микроГЭС. Регулирование балластной нагрузки осуществлялось по активной и реактивной составляющим мощности генератора. При изменении мощности полезной нагрузки активно-индуктивного характера от нуля до номинального значения определялись углы включения α и выключения β вентильного ключа, которые обеспечивали подключение на интервале проводимости активно-индуктивного балласта такой мощности, которая поддерживает постоянство активной и реактивной составляющих мощности генератора.

Численное моделирование станции с автобалластной системой стабилизации проводилось с использованием программы Simulink.

Расчеты показали, что система стабилизации, построенная на полностью управляемых вентилях и активно-индуктивном балласте позволяет с высокой точностью стабилизировать величину и фазу эквивалентной нагрузки при изменении мощности полезной нагрузки станции от 30 до 100 % (рис. 1, 2: а) при активно-индуктивном характере балластной нагрузки; б) схема с активным балластом (кривая 1 – система стабилизации, с полностью управляемыми вентилями; кривая 2 – на тиристорном регуляторе с естественной коммутацией вентилей)). В этом диапазоне погрешность стабилизации модуля эквивалентной нагрузки не превышает ±1 % относительно номинального значения. Стабилизация фазового угла эквивалентной нагрузки при тех же условиях реализуется с точностью 7,8 % при номинальном значении – 36,8º. При малых значениях полезной нагрузки для принятых параметров схемы не удается стабилизировать реактивную составляющую мощности генератора микроГЭС.

а б

Рис. 1. Зависимость величины эквивалентной нагрузки от изменения мощности полезной нагрузки станции S_н

Автобалластная система, построенная на тиристорах с естественной коммутацией и активно-индуктивном балласте, позволяет стабилизировать модуль эквивалентной нагрузки в пределах 37 %. Точность стабилизации фазы составила 35 % при номинальном значении – 36,8º (рис. 1, 2). Таким образом, автобалластная система стабилизации с естественной коммутацией вентилей уступает по точности системе с полностью управляемыми вентилями.

а б

Рис. 2. Зависимость фазы эквивалентной нагрузки от изменения мощности полезной нагрузки станции S_н

Применение полностью управляемых вентилей для систем стабилизации с активным балластом практически не влияет на повышение точности стабилизации, так как уже при уменьшении полезной нагрузки на 40 % угол β становится максимальным, равным 180º, и дальнейшее регулирование реактивной мощности становится невозможным (рис. 1, 2).

Таким образом, применение автобалластных систем, построенных на полностью управляемых вентилях, позволяет с большей точностью поддерживать постоянство величины и характера эквивалентной результирующей нагрузки станции и, соответственно, постоянство величины и частоты генерируемого напряжения микроГЭС при условии применения балластной нагрузки активно-индуктивного характера.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Энергетическое оборудование для использования нетрадиционных и возобновляемых источников энергии / под ред. В.И. Виссарионова. – М.: ВИЭН, 2004. – 448 с.

2. Лукутин Б.В., Суржикова О.А., Шандарова Е.Б. Возобновляемая энергетика в децентрализованном электроснабжении. – М.: Энергоатомиздат, 2008. – 231 с.