BG110743A - A system for output power control of a wind energy conversion system - Google Patents
A system for output power control of a wind energy conversion system Download PDFInfo
- Publication number
- BG110743A BG110743A BG10110743A BG11074310A BG110743A BG 110743 A BG110743 A BG 110743A BG 10110743 A BG10110743 A BG 10110743A BG 11074310 A BG11074310 A BG 11074310A BG 110743 A BG110743 A BG 110743A
- Authority
- BG
- Bulgaria
- Prior art keywords
- power
- wind
- control
- energy storage
- storage device
- Prior art date
Links
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 title claims abstract description 7
- 230000005611 electricity Effects 0.000 claims abstract description 10
- 238000004146 energy storage Methods 0.000 claims description 11
- 206010049933 Hypophosphatasia Diseases 0.000 claims 4
- 238000012544 monitoring process Methods 0.000 claims 1
- 101000820460 Homo sapiens Stomatin Proteins 0.000 description 6
- 102100021685 Stomatin Human genes 0.000 description 6
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 3
- 238000002604 ultrasonography Methods 0.000 description 2
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 description 1
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 description 1
- 230000010354 integration Effects 0.000 description 1
- 238000012423 maintenance Methods 0.000 description 1
- 238000012067 mathematical method Methods 0.000 description 1
- 238000000034 method Methods 0.000 description 1
Landscapes
- Control Of Eletrric Generators (AREA)
- Wind Motors (AREA)
Abstract
Description
Област на техникатаTechnical field
Изобретението се отнася до система за управление на изходящата мощност на електрически генератор във ветроенергийна преобразувателна система (ВЕПС) и ще намери приложение във ветроенергетиката.The invention relates to a system for controlling the output power of an electric generator in a wind energy conversion system (HPP) and will find application in wind power.
Предшестващо състояние на техникатаBACKGROUND OF THE INVENTION
За да се повиши ефективността на ВЕПС и да се подобри нейното интегриране към електропреносната мрежа, се налага управление на входящата механична мощност и/или изходящата електрическа мощност. Това се осъществява посредством различни по характер системи, които носят общото наименование системи за Следене на Точката на Максимална Мощност (системи СТММ).In order to increase the efficiency of the HPP and to improve its integration into the transmission network, it is necessary to control the input mechanical power and / or the output electrical power. This is accomplished through various systems, commonly known as the Maximum Power Point Tracking Systems (STMM systems).
Основната цел на СТММ системите е да се извлече максималната мощност на вятъра, налична при различни профили и скорости на вятъра. За да се постигне целта, се прилагат два различни вида системи за управление: а) управление на ъгъла на атака на перките на турбината и б) управление на електромагнитния момент на електрическия генератор.The main purpose of STMM systems is to derive the maximum wind power available at different wind profiles and speeds. To achieve this, two different types of control systems are applied: a) control the angle of attack of the blades of the turbine and b) control the electromagnetic torque of the generator.
Чрез а) се постига увеличаване на усвояваната входяща механична мощност при ниски скорости на вятъра (4-10 m/s) или намаляване на входящата механична мощност при много високи скорости на вятъра (над 16-18 m/s). Тази стратегия се използва предимно за предпазване на турбината от механични повреди (откъсване на перката) при високи скорости на вятъра, както и да се синхронизира функционирането по отношение на мощността за различни турбини във ветроенергиен парк, където условията за различните ветрогенератори могат да се различават значително. Системите за СТММ на входяща мощност могат да представляват комбинация от хидравлични и електрически агрегати, които завъртат гондолата и перките на вятърната турбина на различен ъгъл на атака, според заданието на управляващия блок, отчитащ изменението на няколко различни параметъра на вятъра като скорост и посока.(A) Increasing the absorbed inlet mechanical power at low wind speeds (4-10 m / s) or reducing the inlet mechanical power at very high wind speeds (over 16-18 m / s) is achieved. This strategy is primarily used to protect the turbine from mechanical damage (blade tearing) at high wind speeds, and to synchronize power performance for different wind turbines, where conditions for different wind turbines can vary significantly. . Input power STMM systems can be a combination of hydraulic and power units that rotate the gondola and the blades of the wind turbine at different angles of attack, according to a control unit assignment that takes into account the variation of several different wind parameters as speed and direction.
При управление на електромагнитния момент на генератора системата за СТММ б) поддържа даден електромагнитен момент на генератора, при който се извлича максимална мощност. Моментът се управлява посредством електронни преобразуватели. Системата за СТТМ се състои от електрическа уредба, която управлява тока на генератора чрез контролер, който следи предварително зададени криви на мощността за конкретна турбина и определя максималната точка от тези криви при дадена скорост на вятъра.When controlling the generator's electromagnetic torque, the STMM system b) maintains a given generator's electromagnetic torque at which maximum power is extracted. The torque is controlled by electronic converters. The STTM system consists of an electrical system that controls the generator current through a controller that monitors predetermined power curves for a particular turbine and determines the maximum point of these curves at a given wind speed.
Поради все по-голямата концентрация на ВЕПС възникват определени проблеми с управление на мощността, отдавана в електроенергийната система, например: поддържане на напрежението и честотата, управление на товара, синхронизиране на работата на ветрогенератори във вятърна централа и др. За преодоляване на тези проблеми е необходимо активно управление на ВЕПС по отношение на мощността, която се отдава към мрежата.Due to the increasing concentration of wind turbines, there are certain problems with the control of the power delivered to the electricity system, for example: maintenance of voltage and frequency, load management, synchronization of the operation of wind turbines in the wind power plant, etc. To overcome these problems, it is necessary to actively manage HPP in terms of the power that is allocated to the network.
Техническа същност на изобретениетоSUMMARY OF THE INVENTION
Цел на настоящето изобретение е създаване на електрическа система за активно управление на изходящата мощност на ВЕПС в диапазона на кривата на мощността след нейния максимум. Това е тази част от кривата, която съответства на по-висока скорост на въртене на ротора на турбината. По този начин се позволява на електроенергийния системен оператор да регулира прецизно отдаваната в мрежата мощност, без да се прекъсва работата на ветрогенератора (без да го изключва от мрежата) и без да използва устройството за запасяване на енергия (УЗЕ) (поради липса на свободен капацитет за запасяване или поради дисфункционалност) и се осигурява ефективна работа на електроенергийната (ЕЕ) система дори и при висока концентрация на ВЕПС. Също така се осигурява възможност за активно управление на изходящата мощност и към УЗЕ, като се поддържа специфичен цикъл на заряд и разряд.It is an object of the present invention to provide an electrical system for actively controlling the output of HPP in the power curve range after its maximum. This is the part of the curve that corresponds to a higher rotation speed of the turbine rotor. This allows the electricity system operator to regulate the power output precisely without interrupting the operation of the wind generator (without disconnecting it from the grid) and without using the energy storage device (UE) (due to lack of spare capacity) for storage or due to dysfunctionality) and the efficient operation of the electricity (EE) system is ensured even at high concentrations of HPP. It also provides the ability to actively control the power output to the ultrasound, while maintaining a specific charge and discharge cycle.
Ветроенергийната преобразувателна системата (фиг. 1) се състои от вятърна турбина (1) и електрически генератор (2). Тя се свързва с електрическата мрежа (3) посредством система за управление, състояща се от електронен преобразувател AC-DC (4), чиито променливотокови изводи са свързани към електрическия генератор (2), а постояннотоковите изводи са свързани към DC-AC преобразувател (5), който осигурява връзката с електрическата мрежа (3) и към устройството за запасяване на енергия (6), което може да бъде акумулаторни батерии, суперкондензатори, мини ПАВЕЦ, въртящи се маси, свръхпроводимо електромагнитно устройство (SMES) или комбинация от тези устройства. Последният елемент от системата за управление е управляващото устройство (7), което е свързано към електрическия генератор (2), към електронните преобразуватели (4) и (5) и към устройство за запасяване на енергия (6).The wind energy conversion system (Fig. 1) consists of a wind turbine (1) and an electric generator (2). It is connected to the electrical network (3) by a control system consisting of an AC-DC converter (4) whose AC terminals are connected to the generator (2) and the DC terminals are connected to a DC-AC converter (5 ), which provides the connection to the power grid (3) and to the energy storage device (6), which may be rechargeable batteries, supercapacitors, mini solar panels, rotary tables, superconducting electromagnetic device (SMES) or a combination of these devices. The last element of the control system is the control unit (7), which is connected to the electric generator (2), to the electronic converters (4) and (5) and to the energy storage device (6).
Управляващото устройство (7) се състои от сензорен блок, свързан към управляващ блок за определяне на заданието по мощност, към блока за избор на режим и към регулатори. Изходът на блока за избор на режим е свързан към управляващия блок. Изходът на управляващия блок е свързан към входа на регулаторите. Изходите на регулаторите са свързани към модулаторите, чиито изходи са свързани към електронните преобразуватели (4) и (5) и към устройство за запасяване на енергия (6). Заданието на системния оператор се подава към блока за избор на режим.The control unit (7) consists of a sensor unit connected to a control unit for determining the power reference, to the mode selector unit and to regulators. The output of the mode selection block is connected to the control block. The output of the control unit is connected to the input of the regulators. The outputs of the regulators are connected to the modulators whose outputs are connected to the electronic converters (4) and (5) and to an energy storage device (6). The system operator job is submitted to the mode selection block.
Управляващото устройство получава информация за моментното състояние на системата (ток, напрежение в постояннотоковия кръг, електромагнитен момент, скорост на въртене на ротора, скорост на вятъра и др.) посредством сензорния блок. Въз основа на състоянието на устройството за запасяване на енергия и на заданието за мощност на системния оператор се избира режим на работа от блока за избор на режим. Възможни са два режима на работа на системата за управление: а) стандартен режим, при който се търси максималната мощност, независимо от скоростта на вятъра (режим на СТММ) и б) ограничен режим, при който се търси мощност според зададена от ЕЕ системен оператор допустима граница за отдаване в мрежата на мощност под максималната и/или според ограничения режим за работа на УЗЕ (режим на Следене на Ограничена Точка на Мощността - СТОМ). Според зададените критерии за позициониране на работната точка управляващият блок изработва задание за мощността, отдавана от ВЕПС в мрежата. От своя страна, регулаторите сравняват референтните стойности на управляваните величини с моментните им стойности и посредством модулаторите управляват преобразувателите на електрическия генератор (4) и (5) и на устройството за запасяване на енергия (6).The control unit receives information about the current state of the system (current, DC voltage, electromagnetic torque, rotor speed, wind speed, etc.) via the sensor block. Based on the state of the energy storage device and the system operator's power reference, the operating mode of the mode selector is selected. Two operating modes of the control system are possible: a) standard mode in which the maximum power is sought regardless of the wind speed (STMM mode) and b) limited mode in which the power is demanded according to the EE system operator specified permissible limit for transmitting to the power grid below the maximum and / or according to the restricted mode of operation of the SLM (STOM). According to the set criteria for the positioning of the operating point, the control unit produces an assignment for the power delivered by the HPP in the network. Regulators, for their part, compare the reference values of the controlled quantities with their instantaneous values, and through the modulators control the converters of the electric generator (4) and (5) and of the energy storage device (6).
Предимствата на системата, съгласно изобретението, се състоят във възможността за управление на изходящата мощност във ветроенергийна преобразувателна система с цел нейното ограничаване, според зададени от ЕЕ системен оператор и/или УЗЕ условия. Такива условия могат да бъдат висока скорост на вятъра или невъзможност на енергийната система и УЗЕ да поемат максималната електрическа мощност от ВЕПС. По този начин се предотвратява моментното изключване на ветрогенератора и се удължава неговата работа, което е свързано с икономически ползи за собственика на ВЕПС без да се нарушава балансът на ЕЕ мрежа и/или на консуматор, който не е свързан към мрежата. Всичко това се постига по електрически път без да се използват сложни механични системи за управление на мощността, които повишават себестойността, понижават надеждността и водят до по-големи експлоатационни разходи.The advantages of the system according to the invention lie in the ability to control the output power in a wind energy conversion system in order to limit it, according to EE system operator and / or USE conditions. Such conditions may be high wind speeds or the inability of the energy system and the ultrasound to absorb the maximum electrical power from the HPP. This prevents the wind turbine from being switched off immediately and extends its operation, which is associated with economic benefits for the HPP owner without disturbing the balance of the EE network and / or the unconnected consumer. All this is achieved electrically without the use of sophisticated mechanical power management systems that increase cost, reduce reliability and lead to higher operating costs.
Описание на приложените чертежиDescription of the accompanying drawings
Фигура 1 представлява блокова схема на системата за управление на изходящата мощност на ВЕПС;Figure 1 is a block diagram of the HPP power output control system;
Фигура 2 представлява принципна схема на система за управление на изходящата мощност на ВЕПС, чието управляващо устройство използва вградени криви за СТОМ;Figure 2 is a schematic diagram of a HPP power output control system whose control device uses built-in STOM curves;
Фигура 3 представлява принципна схема на система за управление на изходящата мощност на ВЕПС, чието управляващо устройство използва размита логика за СТОМ;Figure 3 is a schematic diagram of a HPP power output control system whose control device uses a fuzzy STOM logic;
Фигура 4 представлява семейство криви на мощността за конкретен вид турбина при различни скорости на вятъра и е посочени зони на СТОМ;Figure 4 is a family of power curves for a particular type of turbine at different wind speeds and the STOM zones are indicated;
Примери за изпълнение на изобретениетоExamples of carrying out the invention
При представената на фиг. 1 конфигурация системата за управление на изходящата мощност може да използва два различни вида управляващи устройства за СТОМ: а) управляващо устройство, което използва предварително изчислени криви на мощността и чрез математически методи на интерполация изчислява конкретната стойност на мощността, удовлетворяваща режима на работа (фиг. 2) и б) управляващо устройство, което използва размита логика за определяне на желаната изходяща мощност (фиг. 3).As shown in FIG. 1 configuration, an output power management system can use two different types of STOM control devices: a) a control device that uses pre-calculated power curves and, through mathematical methods of interpolation, calculates the specific power value that satisfies the operating mode (Fig. 2) and b) a control device that uses fuzzy logic to determine the desired output power (Fig. 3).
В първия случай (фиг. 2) за конкретен вид турбина се определят предварително семейство характеристики на механичната мощност във функция от скоростта на въртене на ротора и според скоростта на вятъра (фиг. 4). От тези характеристики се дефинират различни точки от дясната част на кривите, при които мощността е по-малка от максималната. Тези точки определят зоните на работа на ВЕПС при ограничен режим и се свързват чрез апроксимация в отделни криви при различните скорости на вятъра. Тези криви се запаметяват в управляващото устройство и се използват от управляващия блок, който чрез интерполация изчислява заданието за мощността на ВЕПС.In the first case (Fig. 2), a specific family of mechanical power characteristics is determined for a particular type of turbine as a function of the rotor speed and the wind speed (Fig. 4). These characteristics define different points on the right-hand side of the curves at which the power is less than the maximum. These points define the areas of operation of the VEPS in the restricted mode and are connected by approximation in separate curves at different wind speeds. These curves are stored in the control unit and used by the control unit, which by interpolation calculates the power setting of the VPS.
Предимства: бързодействие; висока точност на работа.Advantages: speed; high precision work.
Недостатъци: усложнен сензорен блок; необходимост от познаване на детайлни технически характеристики на турбината.Disadvantages: complicated sensor block; need to know the detailed technical characteristics of the turbine.
Във втория случай (фиг. 3) се използва „интуитивно” определяне на заданието за мощността посредством два входни сигнала (изходна електрическа мощност и скорост на въртене на турбината) и методите на размитата логика. За дефиниране на размитата логика е необходимо познаване на формата на номиналната крива на мощността на вятърната турбина и съставяне на таблица е последователност от действия (if-else), които да изчисляват заданието за мощността, така че да отговаря на режима на СТОМ, която се записва в управляващия блок.In the second case (Fig. 3), an "intuitive" definition of the power reference is used by means of two input signals (output electric power and turbine speed) and fuzzy logic methods. Defining fuzzy logic requires knowledge of the shape of the wind turbine's power curve and compiling a table is a sequence of (if-else) actions that calculate the power reference to meet the STOM mode that is being used. records in the control unit.
Предимства: аналитичен метод, който не изисква познаване на техническите характеристики на турбината;Advantages: analytical method that does not require knowledge of the technical characteristics of the turbine;
Недостатъци: по-бавно действие и намалена точност при бързи промени на скоростта на вятъра..Disadvantages: slower action and reduced accuracy with fast wind speed changes.
И при двата типа управляващо устройство е възможна работа при режим на СТММ в случай на изискване за работа при максимална ефективност на турбината.For both types of control unit, it is possible to operate in STMM mode in case of demand for operation with maximum turbine efficiency.
Claims (7)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| BG110743A BG66506B1 (en) | 2010-09-01 | 2010-09-01 | A system for output power control of a wind energy conversion system |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| BG110743A BG66506B1 (en) | 2010-09-01 | 2010-09-01 | A system for output power control of a wind energy conversion system |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| BG110743A true BG110743A (en) | 2012-08-31 |
| BG66506B1 BG66506B1 (en) | 2015-10-30 |
Family
ID=47326450
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| BG110743A BG66506B1 (en) | 2010-09-01 | 2010-09-01 | A system for output power control of a wind energy conversion system |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| BG (1) | BG66506B1 (en) |
-
2010
- 2010-09-01 BG BG110743A patent/BG66506B1/en unknown
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| BG66506B1 (en) | 2015-10-30 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US10298015B2 (en) | Methods of controlling a combined plant including at least one generator and an energy store | |
| EP3149325B1 (en) | A wind power plant with reduced losses | |
| EP2688172B1 (en) | Method and apparatus for adaptively controlling wind park turbines | |
| US9450416B2 (en) | Wind turbine generator controller responsive to grid frequency change | |
| JP5198791B2 (en) | Wind power generation system, control method therefor, and wind power plant using the same | |
| US10630079B2 (en) | Fault ride-through capability for wind turbine | |
| EP2481923A1 (en) | Output control method and output control device for wind-powered electricity generating facility | |
| US10186867B2 (en) | Method and apparatus for the operation of a power station of fluctuating performance connected, besides a system former and at least one load, to a limited AC system | |
| CA2790222A1 (en) | Method for operating a wind farm, wind farm controller and wind farm | |
| CN102545645A (en) | Power conversion control with energy storage | |
| Mendis et al. | Remote area power supply system: an integrated control approach based on active power balance | |
| US20170298904A1 (en) | Method for responding to a grid event | |
| KR20120135002A (en) | Wind power generation system and wind power generator | |
| CN104620460A (en) | Power plant control during a low voltage or a high voltage event | |
| WO2017082867A1 (en) | Method and system for power grid voltage regulation by distributed energy resources | |
| RU2649868C2 (en) | Method for controlling wind power plants | |
| WO2013146773A1 (en) | Power supply system | |
| WO2020069254A1 (en) | Apparent power management in hybrid power stations | |
| CN119543252A (en) | Operation control method of wind turbine energy storage system | |
| US12497947B2 (en) | Operating a wind turbine in an off-grid stand-alone mode | |
| BG110743A (en) | A system for output power control of a wind energy conversion system | |
| RU113615U1 (en) | AUTONOMOUS UNINTERRUPTED POWER SUPPLY SYSTEM USING A RENEWABLE ENERGY SOURCE | |
| Bhuvaneswari et al. | Hybrid wind–diesel energy systems | |
| US20240280082A1 (en) | Wind turbine power plant including auxiliary systems | |
| Fan et al. | A coordinated control scheme for power demand changes in a PMSG based multi-terminal DC wind farm |