Проектирование электроснабжения поселка

 – отклонение центрированной функции;

F(u0) – функция распределения от скорости;

 закон распределения скорости в относительных единицах;

 определим  по рис.2;

 время существования ветра с определенной скоростью;

 годовая выработка электроэнергии, кВт*ч.

Рис.1. Распределение скорости ветра для ВЭУ-150

Рис. 2. Распределение скорости ветра в безразмерных координатах

Определим годовую выработку электроэнергии ВЭУ-250.

Таблица 6

Определение годовой выработки электроэнергии ВЭУ-250

Ui		Zi	σ*f(u)i		Тi	WгодВЭУ1	Pi
0	10,662	-2	0,03	0,005627	49,29657	0	0
1	10,662	-1,81242	0,045	0,008441	73,94485	0	0
2	10,662	-1,62484	0,1	0,018758	164,3219	0	0
3	10,662	-1,43725	0,16	0,030013	262,915	1051,66	4
4	10,662	-1,24967	0,22	0,041268	361,5082	2530,557	7
5	10,662	-1,06209	0,33	0,061902	542,2622	6507,147	12
6	10,662	-0,87451	0,43	0,08066	706,5841	17664,6	25
7	10,662	-0,68693	0,428	0,080285	703,2977	31648,4	45
8	10,662	-0,49934	0,41	0,076909	673,7198	47160,38	70
9	10,662	-0,31176	0,37	0,069405	607,991	60799,1	100
10	10,662	-0,12418	0,34	0,063778	558,6944	78217,22	140
11	10,662	0,063403	0,32	0,060026	525,8301	89391,11	170
12	10,662	0,250985	0,29	0,054399	476,5335	95306,7	200
13	10,662	0,438567	0,275	0,051585	451,8852	103933,6	230

Продолжение таблицы 6

14	10,662	0,626149	0,23	0,043144	377,9403	94485,09	250
15	10,662	0,813731	0,22	0,041268	361,5082	93992,12	260
16	10,662	1,001313	0,19	0,035641	312,2116	79613,96	255
17	10,662	1,188895	0,18	0,033765	295,7794	66550,37	225
18	10,662	1,376477	0,17	0,031889	279,3472	58662,92	210
19	10,662	1,564059	0,16	0,030013	262,915	47324,71	180
20	10,662	1,751641	0,14	0,026261	230,0507	42559,37	185
21	10,662	1,939223	0,12	0,02251	197,1863	36873,83	187
22	10,662	2,126805	0,08	0,015007	131,4575	23005,07	175
23	10,662	2,314388	0,05	0,009379	82,16095	14788,97	180
24	10,662	2,50197	0,04	0,007503	65,72876	12488,46	190
25	10,662	2,50197	0,04	0,007503	65,72876	12817,11	195
Всего					8689,342	1117372

 

Рис. 3. Распределение скорости ветра для ВЭУ-250

Зная  график энергопотребления в % и суммарную  мощность поселка, определим потребляемую мощность в кВт в зимний и летний период:

Таблица 7

Значения  мощности в зимний и летний период

Зима, %	Лето, %	Зима, кВт	Лето, кВт	Pmax
30	20	94,77	63,18	315,9
30	20	94,77	63,18	315,9
30	20	94,77	63,18	315,9
30	20	94,77	63,18	315,9
100	85	315,9	268,515	315,9

Продолжение таблицы 7

100	85	315,9	268,515	315,9
80	70	252,72	221,13	315,9
80	85	252,72	268,515	315,9
40	85	126,36	268,515	315,9
40	70	126,36	221,13	315,9
30	70	94,77	221,13	315,9
30	70	94,77	221,13	315,9

 

Энергия, потребляемая потребителем:

 

где nз=215- количество зимних дней; nл=150– количество летних дней.

 

 

3. Выбор количества ветроэнергетических установок

Зная  потребляемую и вырабатываемую энергию, найдем количество ветроустановок для обеспечения электроснабжения поселка из условия:

 

где – количество ВЭУ.

(ВЭУ-150)

(ВЭУ-250)

 

Таким образом, принимаем к установке 2 ВЭУ-150.

Энергия, выработанная ВЭУ:

Тогда при  питании потребителя двумя ВЭУ-150 превышение генерации над потреблением составляет 1,23 %.

 

4. Выбор режима работы ВЭУ и компоновки гондолы

Ветроколесо обтекается практически безграничным потоком воздуха, поэтому здесь  нет возможности отвести прошедший  через ветроколесо воздух за пределы  огибающего потока, и это определенным образом ограничивает эффективность  ветроустановок. Наиболее существенное ограничение связано с тем, что «отработанный» воздушный поток должен покинуть окрестности ветроколеса, не создавая помех набегающему потоку.

Практика  показывает, что для n-лопастного колеса оптимальная быстроходность равна:

 

Для трехлопастного колеса:

 

Одним из наиболее ценных результатов является критерий Глауэрта, связывающий максимальное значение коэффициента мощности Ср (характеризует эффективность использования ветрогенератором энергии воздушного потока, проходящего через ометаемую ветроколесом площадь ) с быстроходностью Z.

По рисунку 2.23 [1] определяем Ср. Ср=0,35.

При Ср=0,35 параметр а принадлежит диапазону , что соответствует нормальному режиму работы ветроколеса.

Скорость  вращения ветроколеса намного ниже, чем скорость вращения ротора генератора. По этой причине скорость ветроколеса  в большинстве ВЭУ увеличивается  с помощью повышающего редуктора. Система может быть с фиксированной  или переменной скоростью.

Выбираем  систему с переменной скоростью. Скорость асинхронной машины может  регулироваться изменением сопротивления  ротора или подведением внешнего напряжения с частотой, соответствующей  желательному скольжению.

Достоинства ветроколес с переменной скоростью  вращения:

• более высокая эффективность ротора, следовательно, более высокая выработка энергии за год;
• низкий переходный вращающий момент;
• меньше шестерен, следовательно, недорогой редуктор;
• нет необходимости в механической системе демпфирования, так как электрическая система может обеспечить демпфирование, если потребуется;
• нет проблем с синхронизацией;
• жесткий электрический контроль может уменьшить отклонение напряжения в системе.

Компоновку  гондолы выбираем исходя из типа генератора. Так как генератор асинхронный, то выбираем базовую компоновку гондолы  Klatt-генератор. 

Klatt-генератор - это модификация базовой модели асинхронного генератора с фазным ротором. В компоновке Klatt-генератор существует магнитная PE- подсистема, в состав которой входят следующие элементы:

- силовая электроника, датчики и электронная аппаратура управления во вращающейся и неподвижной частях высокочастотного трансформатора;

- высокочастотный вращающийся трансформатор, находящийся на одном валу с асинхронным генератором.

Благодаря связи асинхронного генератора с  вращающимся трансформатором и  модуляции сигнала возможно преобразование мощности в обмотке ротора и передача её в обмотку статора и в  сеть через повышающий трансформатор. Частота на выходе асинхронного генератора поддерживается за счёт управления потоком  мощности скольжения. Чтобы на выходе была постоянная частота 50 Гц, нужно  искусственно подать ток определённой частоты, соответствующий скольжению, с помощью блока силовой электроники.

 

Рис.4. Функциональная блок-схема компоновки ВЭУ с дифференциально-вращающимся трансформатором на основе асинхронного генератора с фазным ротором: 1 – ветроколесо, 2 – ветроколесо;  3 – трёхступенчатый редуктор; 4 – статор; 5 – ротор с трёхфазной обмоткой; 6 – асинхронный двигатель с фазным ротором; 7 – поток мощности ротор – ротор; 8 – статор вращающегося дифференциального трансформатора с встроенным в него блоком силовой электроники; 9 – ротор вращающегося дифференциального трансформатора с встроенным в него блоком силовой электроники; 10 – трансформация высокочастотного сигнала через воздушный зазор дифференциально – вращающегося трансформатора.

Асинхронный генератор потребляет из сети реактивную мощность. Поэтому асинхронный генератор  может работать только на сеть, к  которой подключены такие электрические  машины и устройства (синхронные генераторы, компенсаторы, конденсаторы), которые  могут являться источниками реактивной мощности.

Рассчитаем  реактивную мощность генератора, используемого  в двух ветроустановках ВЭУ-150:

 

Суммарная реактивная мощность нагрузки:

 

Суммарная реактивная мощность:

 

Принимаем к установке конденсаторную установку  КРМ-0,4-400-50. Данная установка предназначена  для компенсации реактивной мощности путем регулирования , с шагом регулирования 50 кВАр, Q=400 кВАр.

5. Выбор места расположения ВЭУ