Ветрогенератор работающий параллельно с сетью

Совместная работа ветрогенератора и солнечных батарей

В этой статье я хочу поделится своим опытом по подключению и совместной работе солнечных батарей вместе с ветрогенератором через один солнечный контроллер. Чтобы ввести в курс дела начну по по порядку. Солнечные панели у меня четыре штуки на 12В по 100 ватт (400 ватт), и имеется самодельный ветрогенератор мощностью 300 ватт. Они подключены к одному контроллеру для солнечных батарей ФОТОН 100-50.

Солнечные панели соединены на 24 вольта, то есть по две панели последовательно и далее уже в параллель, напряжение холостого хода 44 вольта. Они подключены к контроллеру штатно, так же параллельно солнечным батареям включен и ветрогенератор, то есть они работают и одновременно заряжают АКБ. Ниже фотография внутренней части моей мини электростанции.

Вообще нельзя подключать ветрогенератор к солнечным контроллерам если они не имеют защиты по входному напряжению и по току. Нельзя потому что если напряжение ветрогенератора превысит максимально допустимое напряжение контроллера, то сгорят транзисторы. В обычных PWM контроллерах на 12/24 вольта максимально допустимое входное напряжение около 50 вольт. И например когда аккумуляторы уже хорошо заряжены то они не весь ток потребляют и контроллер начинает его ограничивать. Соответственно входное напряжение повышается, ветрогенератору становится легче, и он при наличие хорошего ветра начинает набирать большие обороты и напряжение повышается, и если он превысил порог то контроллер сгорает. ахА если при этом сильный ветер, как это обычно случается, то есть риск что ветряк без нагрузки пойдёт вразнос, наберёт бешеные обороты и «скинет» лопасти.

В контроллер ФОТОН 100-50 есть все необходимые защиты, поэтому при подключении ветряка ничего страшного не случится, что подтверждено многочисленными видео на моём канале yutube про работу ветряка с этим контроллером. В настройках контроллера есть один из трёх режимов, в котором у меня с ним нормально работает ветрогенератор. Принцип работы этого режима такой:

Контроллер работает в режиме работы по напряжению в процентах от Uxx, и измеряет раз 1-2 секунды напряжение холостого хода ветряка, и просаживает его на 20%. Например если напряжение холостого хода ветряка 50 вольт, то контроллер подсаживает его до 32 вольта и с этой точки снимает мощность. Например если будет 32А и ток по входу 4А, то на выходе ток заряда составит 9А на АКБ 13 вольт. Если ветрогенератор раскручивается то его напряжение повышается и контроллер измеряя его повышает точку отбора мощности. И наоборот если обороты падают то и напряжение уменьшается, и контроллер понижает точку отбора мощности. С моим ветряком начало заряда с 14 вольт происходит, и на сильном ветру напряжение бывает под 60-80 вольт подскакивает.

С солнечными панелями контроллер работает также, но у них напряжение стабильное и не меняется. Поэтому если днём светит солнце то контроллер забирает энергию с панелей держа точку MPPT в пределах 36-38 вольт. И если есть ветер то пока напряжение ветрогенератора ниже этого напряжения то зарядки нет от него и работают только солнечные панели. Но как только напряжение станет выше то и ветрогенератор начинает заряжать акб. У меня ветрогенератор оптимально работает на 24-36-48в и поэтому он удачно подошёл для совместной работы с панелями и к контроллеру.

Когда аккумуляторы почти заряжены и начинается ограничение по току, и контроллер переходит в режим поддержки то входное напряжение увеличивается. И если ветрогенератор оказывается мощнее чем потребление энергии то напряжение по входу повышается и начинается работа только от ветряка, а рабочее напряжение солнечных батарей становится ниже. Как это работает можно увидеть на этом видео:

Контроллер у меня уходит в защиту при 44.3 ампера, поэтому я выставил в настройках ток заряда максимальный 44А. Если ток заряда окажется больше то контроллер не уходит в защиту, а просто ограничивает ток на этом уровне.

В таком режиме солнечные панели вместе с ветрогенератором работают у меня всю зиму, и лично мне всё нравится учитывая особенности именно моей электростанции.

Источник

Подробная схема подключения ветрогенератора: прямое соединение ветряка с аккумулятором

Обновлено: 9 января 2021

Эксплуатация устройства

Порядок подключения ветрогенератора является важным моментом эксплуатации устройства, от которого зависит возможность выполнения комплектом своих функций, сохранность оборудования в рабочем состоянии и долговечность аппаратуры. Неправильное подключение может вывести из строя отдельные узлы, аккумуляторные батареи. Для того, чтобы исключить возможность ошибки, надо заранее уяснить себе схему присоединения элементов комплекса друг к другу, правильное подключение балласта и нагрузки.

Как правильно подключить ветрогенератор?

Прежде, чем начинать рассмотрение правил подключения, надо определиться с составом комплекта. Ветрогенератор представляет собой целую систему оборудования, из которого вращающийся ветряк — только преобразователь энергии ветра во вращательное движение, заставляющее функционировать генератор.

Дальше напряжение подается на контроллер сигнала. Это прибор, следящий за состоянием аккумуляторных батарей. Если они загружены полностью, контроллер переключает их с режима зарядки на режим потребления, параллельно включая балластное сопротивление (потребитель) для снятия лишнего заряда.

Напряжение с аккумуляторов идет на инвертор, который преобразует постоянный ток аккумуляторов в стандартные 220 В, 50 Гц, которые питают бытовую технику, освещение и прочие приборы потребления.

Основные схемы

Возможны различные схемы подключения ветрогенератора. Основная коммутация остается неизменной, варианты касаются только присутствия дополнительного источника энергии. Различают:

• питание только от ветроустановки
• ветрогенератор работает в паре с сетевым электричеством. При разряде аккумуляторов происходит переключение на сетевые ресурсы, после зарядки батарей установка вновь переключается на обеспечение потребителей
• подключение параллельно с бензогенератором. Разряд батарей инициирует запуск бензогенератора, затем обратное подключение ветряка
• параллельное подключение с солнечными батареями. Один из наиболее часто встречающихся комплектов. Используются солнечные батареи, работающие параллельно с ветряком и, по необходимости, берущие на себя основное обеспечение потребителей
• на Западе излишки выработанной энергии сбрасываются в сеть, за что владелец ветряка получает некоторую плату. В России такого оборудования пока не имеется, поэтому излишки попросту утилизируются с помощью балластных сопротивлений.

Сетевая схема подключения

Сетевая схема представлена в двух вариантах:

• сетевая схема без аккумуляторов. Выработанная энергия отдается в сеть, а потребители питаются из нее. Владелец платит только за разницу между выработанной и потребленной энергией. В России такой вариант не реализован
• сетевая схема с аккумуляторами. В данном случае подключение к сети используется только при разряде аккумуляторов, т.е. сетевые ресурсы используются как гарантия.

Такая схема подключения имеет свои достоинства и недостатки, но для того, чтобы она была действительно выгодной, надо, чтобы выработанной энергии хватало на обеспечение большого количества потребителей, а оборудование стоило довольно дешево. В противном случае проще постоянно пользоваться сетевой энергией, а ветряк держать на случай внезапных перебоев. Так будет надежнее, проще и появится возможность увеличить срок службы ветрогенератора.

Как подключить контроллер к ветрогенератору?

Контроллер — это самый первый прибор, на который подается напряжение, выработанное генератором. Подключение контроллера производится посредством специальных клемм. Генератор подключается ко входу, а выходные клеммы соединяются с аккумуляторными батареями.

Функции контроллера могут быть значительно расширены, он способен производить мониторинг состояния аккумуляторов, следить за напряжением от генератора и вовремя переключать систему на сетевое питание.

Функционал контроллера полностью зависит от того, кто его собирал (заводское исполнение или самоделка), от типа конструкции, модели и т.д.

Существует множество схем для самостоятельного изготовления, в которых всего несколько простых деталей. Такие схемы легко реализуются даже людьми с начальной подготовкой, они надежны и нетребовательны. При самостоятельном изготовлении ветряка такие схемы обеспечивают полноценное функционирование, а отсутствие каких-то дополнительных возможностей не является значительным минусом. Чем меньше элементов в схеме, тем она надежнее и меньше подвержена отказам или поломкам, поэтому вариант наиболее удачный.

Подключение ветряка к аккумулятору

Подключение аккумулятора к генератору производится через выпрямитель — диодный мост. Аккумуляторные батареи нуждаются в постоянном токе, а генератор ветряка выдает переменку, причем, весьма нестабильную по амплитуде. Выпрямитель изменяет переменный ток, модифицируя его в постоянный. Если генератор трехфазный, то необходимо использовать трехфазный выпрямитель, на это надо обращать особенное внимание.

Прямое подключение ветряка к аккумулятору — опасное решение, поскольку параметры напряжения, выдаваемого ветряком, не имеют стабильности. Резкое повышение напряжения, выходящее за пределы номинала батарей, способно вывести их из строя.

Аккумуляторы обычно не новые, они способны закипеть. Поэтому настоятельно рекомендуется использовать хотя бы простенький контроллер, изготовленный из реле-регулятора. Он вовремя отключит зарядку и сохранит работоспособность аккумуляторных батарей. В любом случае не следует экономить на оборудовании и сокращать состав комплекта, так как от него зависит полноценная работа всей ветроустановки.

Подключение однофазного ветрогенератора к трехфазному контроллеру

Однофазный генератор может быть подключен к трехфазному контроллеру либо на одну фазу, либо параллельно на все три. Более правильным вариантом считается использование одной фазы, т. е. ветряк подключается к двум контактам — защемляющему и одному фазному. Это обеспечит правильную обработку напряжения и выдачу его на приборы потребления.

В целом, использование таких разнородных устройств нецелесообразно. Кроме того, путаница с вариантами подключения способна создать значительную угрозу целостности оборудования, что недопустимо. При сборке комплекта надо сразу определиться с его составом и типом смежных приборов, чтобы не допустить использования разноплановых устройств в единой связке. Допускать рискованные соединения можно только подготовленным людям, являющимися специалистами в электротехнике, хотя сами они подобные действия решительно отвергают.

Источник

Особенности параллельной работы ветроэлектростанций и электроэнергетических систем

ОСОБЕННОСТИ ПАРАЛЛЕЛЬНОЙ РАБОТЫ ВЕТРОЭЛЕКТРОСТАНЦИЙ И ЭЛЕКТРОЭНЕРГЕТИЧЕСКИХ СИСТЕМ

научный руководитель д-р техн. наук проф.

ГОУ ВПО «Новосибирский государственный технический университет»

Ветроэнергетические установки (ВЭУ) в настоящее время классифицируются по разным параметрам, одним из которых является возможность работы параллельно с электроэнергетической системой (ЭЭС). В этом случае требование выработки электроэнергии заданного качества для выдачи в ЭЭС выполняется механическими и электрическими способами. Механическими способами является поддержание определенной скорости вращения ротора, которое достигается работой ВЭУ в зоне ограничения мощности. Очевидно, что большую часть времени ВЭУ простаивает в ожидании ветров выше номинального значения. В таком режиме работали ВЭУ, введенные в эксплуатацию после энергетического кризиса семидесятых годов двадцатого века. В настоящее время используется электрический способ, который заключается в использовании машино — вентильных систем с асинхронизированными синхронными генераторами (рис.1) или подключения статического преобразователя частоты (СПЧ) в цепь статора ВЭУ

Рис.1. Схема подключения ВЭС к сети

При работе группы ветроэнергетических установок в составе ветроэлектрической станции (ВЭС) параллельно с сетью возможны взаимные колебания ВЭУ при использовании синхронных генераторов. Так же труднореализуемой задачей является точная синхронизация ВЭУ с сетью, учитывая переменный характер ветра и большие массы ветроколеса.

Основные технические требования, предъявляемые к системе управления ВЭУ при параллельной работе с сетью, представлены ниже:

— работоспособность при заданных эксплуатационных условиях;

— автоматический пуск и последующая синхронизация;

— регулирование мощности и частоты вращения ротора;

— контроль собственных подсистем и оборудования ВЭУ, периодический самоконтроль и диагностика систем и оборудования ВЭУ с определением места неисправности;

— формирование и выдача команд для управления элементными системами ВЭУ.

В случае работы ВЭУ на шины бесконечной мощности каждый ветрогенератор ВЭС можно рассматривать как одиночную установку, работающую параллельно с сетью. При соизмеримой мощности ЭЭС и ВЭС требуется использование точного группового регулирования для поддержания заданного напряжения на шинах ВЭС. Параллельная работа с сетью ВЭУ с асинхронными генераторами осуществляется довольно просто.

В современных ВЭУ применяется, в основном, машино – вентильные системы с использованием асинхронизированных синхронных генераторов (АСГ). Следует отметить, что асинхронизированная машина в общем случае является электромеханическим комплексом, который состоит из электрической машины и системы возбуждения. Статор генератора с трехфазной симметричной обмоткой подключается непосредственно к сети, а к обмотке ротора подключается система возбуждения (рис.2). Частота подаваемого к обмотке ротора напряжения изменяется по заданному закону и равна в установившемся режиме разности круговых частот вращения поля статора и ротора (частоте скольжения) машины. Можно утверждать, что возбудитель такой машины является в общем случае преобразователем частоты напряжения источника питания в частоту скольжения.

Асинхронизированная машина позволяет регулировать реактивную мощность и может работать в нормальном установившемся режиме с различной частотой вращения ротора. Она сохраняет устойчивость в тех аварийных режимах, которые недопустимы для обычной синхронной машины.

Рис.2. Структурная схема асинхронизированного синхронного генератора

Мировой опыт показал, что при параллельной работе ВЭС и ЭЭС необходимо уделять внимание следующим вопросам:

— поддержание качества электрической энергии;

— снижение потерь в сетях, содержащих ВЭС;

— решение вопроса компенсации реактивной мощности, если в состав ВЭУ входят асинхронные генераторы;

— устранение гармоник, генерируемых инверторами, если ВЭУ содержит преобразователи частоты (ПЧ);

— наличие интеллектуальной системы управления.

— защита ВЭУ от нештатных ситуаций (короткое замыкание, отключение ПЧ и т. д.).

Достаточно серьезным сдерживающим фактором развития ветроэнергетики в России является отсутствие нормативных документов, регламентирующих порядок подключения ВЭС к существующим распределительным сетям. На данный момент в России действуют три ГОСТ в области ветроэнергетики, в которых даются общие термины и определения ВЭУ (ГОСТ Р ), классификация видов ВЭУ (ГОСТ Р ), общие технические требования (ГОСТ Р ).

Первый сетевой кодекс (Grid Code) в мире, регламентирующий порядок подключения ВЭС в сеть, начал действовать в Германии 2003 году. Основные положения данного документа следующие:

— нахождение ВЭС в сети во время КЗ;

— создание интеллектуальной системы для возможности разделения групп ВЭУ внутри ВЭС на отдельную нагрузку (операция «образование островков»);

— обратное включение в единую ВЭС с минимальными отклонениями напряжения и частоты;

— минимизации потерь мощности ВЭС.

На данный момент в каждой европейской энергосистеме (UCTE, Nordel, UK, Ireland) существуют отдельные технические требования по подключению ВЭС в сеть. Единых требований по оценке возможности параллельной работы ВЭС и ЭЭС не выработано, но при этом в каждом документе есть определенные общие требования. Данные документы обычно классифицируют по напряжению сетей, к которым подключаются ВЭС. К первой группе относят документы, регламентирующие подключение ВЭС к сетям напряжением менее 100 кВ, ко второй группе – напряжением более 100 кВ.

Ниже приведены основные требования:

-поддержание частоты (активная мощность);

-поддержание напряжения (реактивная мощность);

-показатели качества электрической энергии;

— защита и автоматика ВЭС.

При рассмотрении вышеперечисленных требований необходимо учитывать, что ветер характеризуется непостоянством величины и направления, поэтому пульсации мощности единичной ВЭУ (рис.3) должны сглаживаться большим количеством агрегатов.

Рис.3. Колебания мощности ВЭУ

Основным требованием по выработке мощности ВЭС является организация более или менее равномерной мощности. В общем случае, мощность ВЭС является равномерной, склонной к колебаниям только при сезонных изменениях ветра. Сезонные же колебания мощности ВЭС практически неустранимы.

Если доля ВЭС в выработке мощности достигает 15-20% установленной мощности энергосистемы, то колебания мощности ВЭС способны влиять на динамическую устойчивость ЭЭС. В некоторых странах Европы доля ВЭС превышает 30% мощности ЭЭС (Дания), поэтому вопросам поддержания частоты при колебаниях мощности ВЭС уделяется большое значение. Основные требования к ВЭС по частоте заключается в поддержании частоты в пределах f=50±0,5 Гц в течение 97% времени.

Исследование динамической устойчивости ЭЭС с высокой долей ВЭС показало необходимость наличия резерв мощности на традиционных электростанциях, соизмеримой с полной мощностью ВЭС. Традиционные электростанции должны быть в состоянии оперативно набирать мощность, для этих целей предполагается использовать ГЭС. Таким образом, гарантируемая мощность ВЭС считается равной нулю.

Напряжение в ЭЭС характеризуется колебаниями, вызванные неравномерностью выработки и потребления реактивной мощности. Напряжение в узлах сети зависит от баланса реактивной мощности. Необходимо отметить, что ВЭУ на базе асинхронизированного синхронного генератора (АСГ) и синхронного генератора (СГ) вырабатывают реактивную мощность, тем самым регулируя напряжение в точке подключения к сети. Асинхронные генераторы реактивную мощность потребляют, поэтому требуют установки на выходе ВЭУ статических батарей конденсаторов. Технические документы по параллельной работе ВЭС с сетью регламентируют возможность регулирования напряжения на выходе ВЭУ в пределах ± 10% от номинального значения. Регулирование напряжения возможно трансформаторами, оснащенными устройствами РПН.

Регламентирование показателей качества электрической энергии (ПКЭЭ) включает в себя определение предельной дозы фликера, наличия гармоник и посадок напряжения.

Согласно техническим документам европейских энергосистем, доза фликера, наличие гармоник и несимметричность напряжения регламентируется европейским стандартом EN 50160. Предельные посадки напряжения в сети также определяются исходя из стандарта EN50160.

В результате исследования российских и европейских технических документов можно сделать вывод о том, что нет единых требований по подключению ВЭС в сеть. Данный факт объясняется неравномерностью развития ветроэнергетики по странам: доля ВЭС в ЭЭС, виды ВЭУ и т. д. Тем не менее, во всех технических документах есть одинаковые требования:

— обеспечение работы ВЭУ при заданных условиях;

— регулирование мощности и частоты вращения ротора;

— регулирование активной и реактивной мощности в определенных диапазонах.

В результате можно сделать вывод о необходимости создания документов, регламентирующих порядок подключения и параллельной работы ВЭС с сетью. Учитывая, что около 70% территории России относится к зонам децентрализованного электроснабжения с высокой себестоимостью электроэнергии, можно говорить о возможности строительства совместных ветро-дизельных станций на данных территориях. Особенно важной частью данного строительства будет, вероятно, организация параллельной работы ветроэлектростанции и дизельных генераторов соизмеримой мощности.

Источник