Παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας από αιολική ενέργεια χρησιμοποιώντας διπλή γεννήτρια επαγωγής Fed

Παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας από αιολική ενέργεια χρησιμοποιώντας διπλή γεννήτρια επαγωγής Fed

Μια γεννήτρια διπλής επαγωγής Fed, όπως υποδηλώνει το όνομά της, είναι μια γεννήτρια επαγωγής 3 φάσεων όπου τόσο οι περιελίξεις ρότορα όσο και στάτη τροφοδοτούνται με σήμα 3 φάσεων AC. Αποτελείται από πολυφασικές περιελίξεις τοποθετημένες τόσο στο σώμα του ρότορα όσο και στο στάτορα. Αποτελείται επίσης από ένα συγκρότημα δακτυλίου ολίσθησης πολλαπλών φάσεων για τη μεταφορά ισχύος στον ρότορα. Χρησιμοποιείται συνήθως για την παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας σε γεννήτριες ανεμογεννητριών.



Πριν προχωρήσουμε σε περισσότερες λεπτομέρειες σχετικά με μια γεννήτρια διπλής τροφοδοσίας που χρησιμοποιείται σε γεννήτριες ανεμογεννητριών, ας έχουμε μια σύντομη ιδέα για την παραγωγή ενέργειας χρησιμοποιώντας αιολική ενέργεια.


Όπως ήδη γνωρίζουμε, η αιολική ενέργεια είναι πρόσφατα μια από τις πιο ευρέως χρησιμοποιούμενες ανανεώσιμες πηγές ενέργειας. Οι μεγάλες τουρμπίνες κατασκευάζονται για να περιστρέφονται ανάλογα με τον άνεμο και συνεπώς παράγεται ηλεκτρική ενέργεια. Γενικά οι γεννήτριες ανεμογεννητριών λειτουργούν σε ένα εύρος ταχύτητας ανέμου μεταξύ της ταχύτητας περικοπής (ελάχιστη ταχύτητα ανέμου που απαιτείται για τη σύνδεση της γεννήτριας στο ηλεκτρικό δίκτυο) και της ταχύτητας διακοπής (μέγιστη ταχύτητα ανέμου που απαιτείται για την αποσύνδεση της γεννήτριας από το ηλεκτρικό δίκτυο ).





4 τύποι γεννητριών ανεμογεννητριών:
  • Τύπος 1: Αποτελείται από μια γεννήτρια επαγωγής κλουβιού σκίουρου που συνδέεται απευθείας με το ηλεκτρικό δίκτυο. Χρησιμοποιείται για ένα μικρό εύρος ταχύτητας ανέμου.
  • Τύπος 2: Αποτελείται από έναν μετατροπέα AC-DC-AC εκτός από τη γεννήτρια επαγωγής πριν συνδεθεί στο δίκτυο τροφοδοσίας.
  • Τύπος 3: Αποτελείται από μια γεννήτρια επαγωγής στροφείου τραύματος συνδεδεμένη απευθείας στο πλέγμα, όπου η ταχύτητα των στροφείων ρυθμίζεται χρησιμοποιώντας έναν ρεοστάτη.
  • Τύπος 4: Αποτελείται από μια γεννήτρια επαγωγής διπλής τροφοδοσίας συνδεδεμένη απευθείας στο πλέγμα, όπου η ταχύτητα του ρότορα ρυθμίζεται χρησιμοποιώντας μετατροπείς από πίσω προς τα πίσω.

Βασική εισαγωγή στην παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας από την αιολική ενέργεια χρησιμοποιώντας διπλή γεννήτρια επαγωγής Fed.

Το DFIG αποτελείται από έναν τριφασικό ρότορα τραύματος και έναν τριφασικό στάτη πληγής. Ο ρότορας τροφοδοτείται με ένα σήμα 3 φάσεων AC που προκαλεί ρεύμα εναλλασσόμενου ρεύματος στις περιελίξεις του ρότορα. Καθώς οι ανεμογεννήτριες περιστρέφονται, ασκούν μηχανική δύναμη στον ρότορα, προκαλώντας την περιστροφή. Καθώς ο ρότορας περιστρέφεται το μαγνητικό πεδίο που παράγεται λόγω του ρεύματος εναλλασσόμενου ρεύματος περιστρέφεται επίσης με ταχύτητα ανάλογη με τη συχνότητα του σήματος εναλλασσόμενου ρεύματος που εφαρμόζεται στις περιελίξεις του ρότορα. Ως αποτέλεσμα, μια συνεχώς περιστρεφόμενη μαγνητική ροή περνά μέσω των περιελίξεων στάτορα που προκαλούν επαγωγή ρεύματος εναλλασσόμενου ρεύματος στην περιέλιξη του στάτη. Έτσι, η ταχύτητα περιστροφής του μαγνητικού πεδίου στάτορα εξαρτάται από την ταχύτητα του ρότορα καθώς και από τη συχνότητα του ρεύματος εναλλασσόμενου ρεύματος που τροφοδοτείται στις περιελίξεις του ρότορα.

Η βασική απαίτηση για την παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας που χρησιμοποιεί αιολική ενέργεια είναι να παράγει σήμα εναλλασσόμενου ρεύματος σταθερής συχνότητας ανεξάρτητα από την ταχύτητα του ανέμου. Με άλλα λόγια, η συχνότητα του σήματος εναλλασσόμενου ρεύματος κατά μήκος του στάτορα θα πρέπει να είναι σταθερή ανεξάρτητα από τις μεταβολές της ταχύτητας του ρότορα. Για να επιτευχθεί αυτό, πρέπει να ρυθμιστεί η συχνότητα του σήματος εναλλασσόμενου ρεύματος στις περιελίξεις του ρότορα.



Ένα σύστημα παραγωγής αιολικής ενέργειας που χρησιμοποιεί γεννήτρια επαγωγής διπλής τροφοδοσίας

Ένα σύστημα παραγωγής αιολικής ενέργειας που χρησιμοποιεί γεννήτρια διπλής τροφοδοσίας

Η συχνότητα του σήματος AC του ρότορα αυξάνεται καθώς μειώνεται η ταχύτητα του ρότορα και έχει θετική πολικότητα και αντίστροφα. Έτσι, η συχνότητα του σήματος του ρότορα θα πρέπει να ρυθμιστεί έτσι ώστε η συχνότητα του σήματος του στάτορα να είναι ίση με τη συχνότητα του δικτύου. Αυτό γίνεται προσαρμόζοντας την ακολουθία φάσης των περιελίξεων του ρότορα έτσι ώστε το μαγνητικό πεδίο του ρότορα να είναι στην ίδια κατεύθυνση με το ρότορα της γεννήτριας (σε περίπτωση μειωμένης ταχύτητας του ρότορα) ή σε αντίθετη κατεύθυνση με το ρότορα του γεννήτρια (σε περίπτωση αύξησης της ταχύτητας του ρότορα ).


Ολόκληρο το σύστημα αποτελείται από δύο μετατροπείς πλάτης-πλάτης - έναν μετατροπέα πλευρικής μηχανής και έναν πλευρικό μετατροπέα πλέγματος, συνδεδεμένο στον βρόχο ανατροφοδότησης του συστήματος. Ο μετατροπέας πλευρικής μηχανής χρησιμοποιείται για τον έλεγχο των ενεργών και άεργων δυνάμεων ελέγχοντας τα εξαρτήματα d-q του ρότορα, καθώς και τη ροπή και την ταχύτητα του μηχανήματος. Ο πλευρικός μετατροπέας πλέγματος χρησιμοποιείται για τη διατήρηση μιας σταθερής τάσης σύνδεσης dc και εξασφαλίζει τη λειτουργία του συντελεστή ισχύος ενότητας καθιστώντας την άεργη ισχύ από το πλέγμα χρησιμότητας στο μηδέν. Ένας πυκνωτής συνδέεται μεταξύ των δύο μετατροπέων έτσι ώστε να λειτουργεί ως μονάδα αποθήκευσης ενέργειας. Αυτή η διάταξη πλάτης-πλάτης παρέχει σταθερή τάση εξόδου σταθερής συχνότητας ανεξάρτητα από τη μεταβλητή συχνότητα, μεταβλητή τάση εξόδου της γεννήτριας. Άλλες εφαρμογές των επαγωγικών γεννητριών είναι συστήματα αποθήκευσης ενέργειας με τροχούς, αντλίες τροφοδοσίας με αντλία, μετατροπείς ισχύος που τροφοδοτούν ένα σιδηροδρομικό δίκτυο από δημόσιο δίκτυο όπου είναι σταθερή η συχνότητα.

Λίγη γνώση για το σύστημα παραγωγής ισχύος αιολικής ενέργειας

Ολόκληρο το σύστημα αποτελείται από τα ακόλουθα στοιχεία:

Η αρχή λειτουργίας μιας γεννήτριας διπλής τροφοδοσίας

Η αρχή λειτουργίας μιας γεννήτριας διπλής τροφοδοσίας

  • Μια ανεμογεννήτρια: Η ανεμογεννήτρια είναι συνήθως ένας ανεμιστήρας που αποτελείται από 3 λεπίδες που περιστρέφονται όταν ο άνεμος χτυπά. Ο άξονας περιστροφής πρέπει να ευθυγραμμιστεί με την κατεύθυνση του ανέμου.
  • Κιβώτιο ταχυτήτων: Πρόκειται για ένα μηχανικό σύστημα υψηλής ακρίβειας που χρησιμοποιεί μια μηχανική μέθοδο για τη μετατροπή ενέργειας από τη μία συσκευή στην άλλη.
  • Γεννήτρια επαγωγής διπλής τροφοδοσίας: Είναι μια ηλεκτρική γεννήτρια που χρησιμοποιείται για τη μετατροπή της μηχανικής ενέργειας σε ηλεκτρική ενέργεια που έχει τη μορφή μεταβλητής συχνότητας.
  • Μετατροπέας πλευρικού πλέγματος: Είναι ένα κύκλωμα μετατροπέα AC-DC που χρησιμοποιείται για την παροχή ρυθμιζόμενης τάσης DC στον μετατροπέα. Χρησιμοποιείται διατηρεί μια σταθερή τάση σύνδεσης DC.
  • Μετατροπέας πλευρικού ρότορα: Είναι ένας μετατροπέας DC-AC που χρησιμοποιείται για την παροχή ελεγχόμενης τάσης AC στον ρότορα.

5 λόγοι για τους οποίους προτιμάται η παραγωγή αιολικής ενέργειας με διπλό Fed Induction Motor

  • Σήμα εξόδου σταθερής συχνότητας στο δίκτυο ανεξάρτητα από τη μεταβλητή ταχύτητα του ρότορα.
  • Απαιτείται χαμηλή ισχύς για τις ηλεκτρονικές συσκευές ισχύος και ως εκ τούτου χαμηλό κόστος του συστήματος ελέγχου.
  • Ο συντελεστής ισχύος ελέγχεται, δηλαδή διατηρείται σε ενότητα.
  • Παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας σε χαμηλή ταχύτητα ανέμου.
  • Ο ηλεκτρονικός μετατροπέας ισχύος πρέπει να χειρίζεται το κλάσμα του συνολικού φορτίου, δηλαδή 20-30% και επίσης το κόστος αυτού του μετατροπέα είναι χαμηλό από ό, τι στην περίπτωση των άλλων τύπων γεννητριών.

Κάτι να σκεφτεί!

Το μόνο που έχω δώσει είναι μια βασική εισαγωγή για την παραγωγή αιολικής ενέργειας χρησιμοποιώντας μια γεννήτρια επαγωγής διπλής τροφοδοσίας. Στη συνέχεια, δώστε τις απόψεις σας σχετικά με τις διάφορες τεχνικές ελέγχου για τον έλεγχο του σήματος εναλλασσόμενου ρεύματος που τροφοδοτείται στον ρότορα.

Image Credits: Ένα σύστημα παραγωγής αιολικής ενέργειας που χρησιμοποιεί γεννήτρια επαγωγής διπλής τροφοδοσίας από την Labvolt