+ All Categories
Home > Documents > Modulul 6: Energia Eoliană - ro-bul-ret.eu · PDF fileModulul 6: Energia eoliană 116 ......

Modulul 6: Energia Eoliană - ro-bul-ret.eu · PDF fileModulul 6: Energia eoliană 116 ......

Date post: 06-Feb-2018
Category:
Upload: doanminh
View: 223 times
Download: 1 times
Share this document with a friend
13
Modulul 6: Energia eoliană 116 Modulul 6 ENERGIA EOLIANĂ Cuprins: Obiective………………………………………………………………………….........116 Unitatea de învăţare 13. Introducere. Eoliene cu viteză fixă ……………...…...........117 Funcţionarea în mod autonom Funcţionarea în mod reţea Maşină asincronă cu rotor în scurtcircuit conectată direct la reţea + multiplicator. Maşină asincronă cu stator dublu Unitatea de învăţare 14. Eoliene cu viteză variabilă …………………………............122 Convertoare statice de tensiune şi frecvenţă (CSTF) Generator cu număr variabil de poli Maşină asincronă (MAS) şi reostat în circuitul rotoric Maşină asincronă cu dublă alimentare (MADA) Maşină asincronă (MAS) cu rotor în scurtcircuit Maşină sincronă (MS) cu multiplicator şi convertor în stator Maşină sincronă cu rotorul bobinat Maşină sincronă cu rotor cu magneţi permanenţi Conectarea la reţea Teste de autoevaluare……………………………………………….……......121;128 Lucrare de verificare…………………………………………………….…...121;128 OBIECTIVELE MODULULUI 6 -să definească energia eoliană; -să enumere avantajele şi dezavantajele folosirii energiei eoliene; - să indice modurile de funcţionare a unei eoliene; - explice schemele de conectare a unei eoliene la reţea; -să explice particularităţile eolienei cu viteză variabilă; -să descrie şi să clasifice convertoarele statice de tensiune şi frecvenţă; -să enumere lanţul de conversie al unei instalaţii eoliene cu viteză variabilă; - să definească şi să explice schemele de conectare a instalaţiilor eoliene cu viteză variabilă.
Transcript
Page 1: Modulul 6: Energia Eoliană - ro-bul-ret.eu · PDF fileModulul 6: Energia eoliană 116 ... Eoliana funcţionează la o anumită viteză de rotaţie, pentru un domeniu restrâns de

Modulul 6: Energia eoliană

116

Modulul 6 ENERGIA EOLIANĂ

Cuprins:

Obiective………………………………………………………………………….........116

Unitatea de învăţare 13. Introducere. Eoliene cu viteză fixă ……………...…...........117

Funcţionarea în mod autonom

Funcţionarea în mod reţea

Maşină asincronă cu rotor în scurtcircuit conectată direct la reţea + multiplicator.

Maşină asincronă cu stator dublu

Unitatea de învăţare 14. Eoliene cu viteză variabilă …………………………............122

Convertoare statice de tensiune şi frecvenţă (CSTF)

Generator cu număr variabil de poli

Maşină asincronă (MAS) şi reostat în circuitul rotoric

Maşină asincronă cu dublă alimentare (MADA)

Maşină asincronă (MAS) cu rotor în scurtcircuit

Maşină sincronă (MS) cu multiplicator şi convertor în stator

Maşină sincronă cu rotorul bobinat

Maşină sincronă cu rotor cu magneţi permanenţi

Conectarea la reţea

Teste de autoevaluare……………………………………………….……......121;128

Lucrare de verificare…………………………………………………….…...121;128

OBIECTIVELE MODULULUI 6

-să definească energia eoliană;

-să enumere avantajele şi dezavantajele folosirii energiei eoliene;

- să indice modurile de funcţionare a unei eoliene;

- să explice schemele de conectare a unei eoliene la reţea;

-să explice particularităţile eolienei cu viteză variabilă;

-să descrie şi să clasifice convertoarele statice de tensiune şi frecvenţă;

-să enumere lanţul de conversie al unei instalaţii eoliene cu viteză variabilă;

- să definească şi să explice schemele de conectare a instalaţiilor eoliene cu viteză variabilă.

Page 2: Modulul 6: Energia Eoliană - ro-bul-ret.eu · PDF fileModulul 6: Energia eoliană 116 ... Eoliana funcţionează la o anumită viteză de rotaţie, pentru un domeniu restrâns de

Modulul 6: Energia eoliană

117

Unitatea de învăţare 13

Cuprins

13.1. Obiective

13.2. Test de autoevaluare

13.3. Lucrare de verificare

13.1 OBIECTIVELE UNITĂŢII DE STUDIU -să definească energia eoliană;

-să enumere avantajele şi dezavantajele folosirii energiei eoliene;

- să indice modurile de funcţionare a unei eoliene;

- să explice schemele de conectare a unei eoliene la reţea;

Introducere. Eoliene cu viteză fixă

Funcţionarea în mod autonom

Funcţionarea în mod reţea

Maşină asincronă cu rotor în scurtcircuit conectată direct la reţea + multiplicator.

Maşină asincronă cu stator dublu

Energia eoliană este generată prin transferul energiei vântului unei turbine

eoliene. Vânturile se formează datorită încălzirii neuniforme a suprafeţei Pământului de către

energia radiată de Soare care ajunge la suprafaţa planetei noastre. Această încălzire variabilă

a straturilor de aer produce zone de aer de densităţi diferite, fapt care creează diferite mişcări

ale aerului. Energia cinetică a vântului poate fi folosită la antrenarea elicelor turbinelor, care

sunt capabile de a genera electricitate. Unele turbine eoliene sunt capabile de a produce până

la 5 MW de energie electrică, deşi acestea necesită o viteză constantă a vântului de

aproximativ 5,5 m/s sau 20 kilometri pe oră.Singurul dezavantaj al energiei eoliene este că

necesită service datorită uzurii.

Principalul avantaj al energiei eoliene este emisia zero de substanţe poluante şi gaze

cu efect de seră, datorită faptului că nu se ard combustibili.

Nu se produc deşeuri. Producerea de energie eoliană nu implică producerea nici a

unui fel de deşeuri.

Costuri reduse pe unitate de energie produsă. Costul energiei electrice produse în

centralele eoliene moderne a scăzut substanţial în ultimii ani, ajungând în S.U.A. să

fie chiar mai mici decât în cazul energiei generate din combustibili, chiar dacă nu se

iau în considerare externalităţile negative inerente utilizării combustibililor clasici.

Costuri reduse de scoatere din funcţiune. Spre deosebire de centralele nucleare, de

exemplu, unde costurile de scoatere din funcţiune pot fi de câteva ori mai mari decât

costurile centralei, în cazul generatoarelor eoliene, costurile de scoatere din funcţiune,

la capătul perioadei normale de funcţionare sunt minime, acestea putând fi integral

reciclate.

Dezavantaje - preţul destul de mare de producere a energiei şi fiabilitatea relativ redusă a

turbinelor. În ultimii ani însă, preţul de producţie pe unitate de energie electrică a scăzut

Page 3: Modulul 6: Energia Eoliană - ro-bul-ret.eu · PDF fileModulul 6: Energia eoliană 116 ... Eoliana funcţionează la o anumită viteză de rotaţie, pentru un domeniu restrâns de

Modulul 6: Energia eoliană

118

drastic, ajungând până la cifre de ordinul 3-4 eurocenţi pe kilowatt oră, prin îmbunătăţirea

parametrilor tehnici ai turbinelor.

- poluarea vizuală- adică, au o apariţie neplăcută - şi produc "poluare sonoră".

- afectează mediul şi ecosistemele din împrejurimi, omorând păsări şi necesitând

terenuri mari virane pentru instalarea lor

- practic depind de variaţia vitezei vântului.

Analizăm diferite tehnologii de construcţie şi exploatare pentru sistemele eoliene,

respectiv cele care funcţionează cu viteza fixă şi cele cu viteza variabilă.

NOŢIUNI GENERALE

Elementele lanţului de conversie sunt: o turbină eoliană, un generator trifazat, un

dispozitiv de interconectare, ce realizează conectarea generatorului la reţeaua de distribuţie

sau la o sarcină izolată - fig.13.1

Fig.13.1 Structura generală a unui sistem de conversie a energiei eoliene

Maşinile cele mai utilizate pentru realizarea eolienelor sunt cele asincrone cu rotorul

în scurtcircuit.Generatoarele asincrone cu rotor bobinat s-au dezvoltat în ultimii ani.

Eoliene cu viteză fixă

În cazul maşinilor sincrone clasice şi asincrone cu rotorul în scurtcircuit, viteza de

rotaţie depinde direct şi strict de frecvenţa curenţilor ce parcurg înfăşurările statorice.

Maşina asincronă cu rotorul în scurtcircuit, având un număr fix de perechi de poli,

poate funcţiona într-un domeniu restrâns de viteze: alunecarea este de ordinul a câtorva

procente.Maşina sincronă funcţionează strict cu viteză fixă.

Funcţionarea în mod autonom

Eolienele neconectate la reţea funcţionează în mod autonom, alimentând sarcini

izolate ce au unul sau mai multe grupuri electrogene în tampon. Pentru acest tip de

configuraţie, utilizarea unui sistem de stocare prezintă un interes deosebit, mai ales în absenţa

grupurilor electrogene, pentru situaţia când vântul este slab(figura 13.2).

Utilizarea bateriilor de acumulatoare reprezintă o soluţie pentru stocarea pe o durată

mai mare. Există însă şi alte sisteme de stocare, cum ar fi cel inerţial, pentru stocarea pe

durate scurte. Acest tip de stocare evită utilizarea bateriilor de acumulatoare, care prezintă

pentru mediu un caracter poluant.

Page 4: Modulul 6: Energia Eoliană - ro-bul-ret.eu · PDF fileModulul 6: Energia eoliană 116 ... Eoliana funcţionează la o anumită viteză de rotaţie, pentru un domeniu restrâns de

Modulul 6: Energia eoliană

119

Energia este stocată sub formă de energie cinetică a unui volant.

Generatorul poate fi o maşină sincronă cu magneţi permanenţi sau o maşină asincronă

cu rotor în scurtcircuit, prevăzută neapărat cu condensatoare necesare asigurării energiei

reactive, de magnetizare.

Fig.13.2 Schema generală a unei eoliene cu viteză fixă, în mod autonom

Funcţionarea în mod reţea

În cazul în care eoliana este conectată la reţea, viteza de rotaţie a maşinii asincrone

trebuie să rămână practic constantă, apropiată de viteza de sincronism, pentru a asigura

funcţionarea stabilă a generatorului. Frecvenţa reţelei impune viteza de rotaţie a maşinii.

Generatorul cu viteză fixă, conectat direct la reţea, trebuie neapărat prevăzut cu un

multiplicator de viteză.

Eoliana funcţionează la o anumită viteză de rotaţie, pentru un domeniu restrâns de

viteze ale vântului. Din acest motiv, aplicaţiile sunt limitate.

• Exemplu de montaj cu multiplicator şi maşină asincronă cu rotor în scurtcircuit

conectată direct la reţea.

Maşina asincronă cu rotor în scurtcircuit conectată direct la reţea + multiplicator

Pentru conectarea unei eoliene cu o astfel de structură la reţea, presupune două

etape(figura 3):

O primă etapă constă în conectarea înfăşurării statorice la reţea cu rezistenţe înseriate,

pentru a se reduce curenţii statorici tranzitorii. Pe durata acestei etape, palele turbinei sunt

orientate astfel încât cuplul dezvoltat să fie nul.

După câteva secunde, rezistenţele din circuitul statoric sunt scurtcircuitate (eliminate),

apoi sistemul de reglare comandă orientarea palelor în scopul creşterii puterii.

Regimul tranzitoriu la conectare determină apariţia unor curenţi importanţi, ce sunt

limitaţi de către rezistenţe. Rezistenţele pot fi înlocuite cu variatoare de tensiune alternativă

(VTA), prin modificarea unghiului de comandă, reglându-se tensiunea de alimentare, astfel

încât curentul să nu se atingă valori periculoase pe durata etapei de conectare.

Page 5: Modulul 6: Energia Eoliană - ro-bul-ret.eu · PDF fileModulul 6: Energia eoliană 116 ... Eoliana funcţionează la o anumită viteză de rotaţie, pentru un domeniu restrâns de

Modulul 6: Energia eoliană

120

Fig. 13.3 Schema de conectare directă la reţea a unei eoliene cu maşină asincronă, cu rotor în scurtcircuit

Maşină asincronă cu stator dublu

Această configuraţie oferă posibilitatea funcţionării eolienei cu două viteze(figura 4)..

Statorul este realizat din două bobinaje, care determină un număr variabil de poli şi

deci domenii diferite de viteză. Se pot impune două viteze de sincronism, prin schimbarea

numărului de perechi de poli.

Pe de o parte, pe stator există un bobinaj de mică putere, dar care creează un număr

mare de poli, care este utilizat la viteze mici ale vântului.

Puterea debitată în reţea este:

strP (13.1)

în care:

trP - este puterea transmisă de generator în reţea

- este cuplul electromagnetic

s - este viteza de sincronism

p

s

(13.2)

cu pulsaţia reţelei, iar p numărul de perechi de poli.

La viteze reduse ale vântului, puterea recuperată de eoliană este mică. De asemenea,

datorită numărului mare de poli, şi viteza de sincronism este mică, aşa cum evidenţiază relaţia

de mai sus.

Pe de altă parte, statorul mai este dotat cu o înfăşurare de putere mai mare, dar cu

număr mai mic de poli, care este utilizată atunci când viteza vântului este suficient de mare.

La viteze mari ale vântului, puterea recuperată, ca şi viteza turbinei sunt mai mari.

Page 6: Modulul 6: Energia Eoliană - ro-bul-ret.eu · PDF fileModulul 6: Energia eoliană 116 ... Eoliana funcţionează la o anumită viteză de rotaţie, pentru un domeniu restrâns de

Modulul 6: Energia eoliană

121

Fig.13.4 Schema de conectare la reţea a unei eoliene cu maşină asincronă cu stator dublu

13.2 Test de evaluare

1.Elementele lanţului de conversie a energiei eoliene în cea electrică sunt:

a) turbina eoliană, generator trifazat şi dispozitiv de interconectare;

b) turbina eoliană, generator trifazat, conductoare de legătură la reţeaua de

distribuţie;

c) vântul, turbina eoliană, dispozitivul de interconectare.

2.Maşina sincronă folosită la eolienele cu viteză fixă:

a) funcţionează cu viteză constantă;

b) alunecarea este mică;

c) funcţionează într-un domeniu larg de viteze.

3.Eolienele ce funcţionează în mod autonom au:

a) generatorul cu magneţi permanenţi, ca maşină sincronă;

b) generatorul cu rotorul în scurtcircuit, ca maşină asincronă;

c) condensatoare pentru asigurarea energiei reactive de magnetizare.

13.3 Lucrare de verificare

1. Care sunt avantajele şi dezavantajele folosirii energiei eoliene?

2. Explicaţi funcţionarea unei eoliene cu viteză fixă în mod autonom.

3. Cum se realizează funcţionarea unei eoliene care este conectată la reţea?

RĂSPUNSURI LA TESTUL DE AUTOEVALUARE

1. A; 2. A, B; 3. A, B, C.

Page 7: Modulul 6: Energia Eoliană - ro-bul-ret.eu · PDF fileModulul 6: Energia eoliană 116 ... Eoliana funcţionează la o anumită viteză de rotaţie, pentru un domeniu restrâns de

Modulul 6: Energia eoliană

122

Unitatea de învăţare 14

EOLIENE CU VITEZĂ VARIABILĂ

Unitatea de studiu 14.1

Eoliene cu viteză variabilă

Cuprins

convertoare statice de tensiune şi frecvenţă (CSTF)

generator cu număr variabil de poli

maşină asincronă (MAS) şi reostat în circuitul rotoric

maşină asincronă cu dublă alimentare (MADA)

maşină asincronă (MAS) cu rotor în scurtcircuit

maşină sincronă (MS) cu multiplicator şi convertor în stator

maşină sincronă cu rotorul bobinat

maşină sincronă cu rotor cu magneţi permanenţi

conectarea la reţea

OBIECTIVELE UNITĂŢII DE STUDIU 14.1

-să explice particularităţile eolienei cu viteză variabilă;

-să descrie şi să clasifice convertoarele statice de tensiune şi frecvenţă;

-să enumere lanţul de conversie al unei instalaţii eoliene cu viteză variabilă;

- să definească şi să explice schemele de conectare a instalaţiilor eoliene cu viteză variabilă.

Eoliene cu viteză variabilă

Pentru optimizarea puterii debitate în reţea, în funcţie de viteza vântului, este de dorit

ca să se poată regla viteza de rotaţie a eolienei. Pentru aceasta ne propunem să realizăm un

generator cu frecvenţă fixă, dar cu viteză variabilă. Generatorul cu viteză variabilă permite

funcţionarea pentru o gamă largă a vitezei vântului, deci recuperarea unei cantităţi mai mari

din energia vântului, reducând în acelaşi timp zgomotul pe durata intervalelor cu vânt slab. În

cazul eolienelor cu viteză variabilă, sistemul este reglat astfel încât, pentru fiecare viteză a

vântului, eoliana să funcţioneze la puterea maximă - Maximum Power Point Tracking

(MPPT). Pentru o anumită viteză de rotaţie a eolienei, puterea maximă se obţine în

concordanţă cu caracteristica eolienei P(Q) (figura 1).

Page 8: Modulul 6: Energia Eoliană - ro-bul-ret.eu · PDF fileModulul 6: Energia eoliană 116 ... Eoliana funcţionează la o anumită viteză de rotaţie, pentru un domeniu restrâns de

Modulul 6: Energia eoliană

123

Fig.14.1 Caracteristica puterii în funcţie de viteza de rotaţie

Viteza de rotaţie se poate modifica în limite largi prin modificarea frecvenţei de

alimentare a maşinii.

Sistemele eoliene cu viteză variabilă ce funcţionează conectate la reţea utilizează

convertoare statice de tensiune şi frecvenţă (CSTF).

Convertoare statice de tensiune şi frecvenţă (CSTF)

Prin modificarea vitezei, frecvenţa şi amplitudinea tensiunii la ieşirea generatorului

sunt variabile. Pentru conectarea la reţea, energia electrică trebuie transformată şi adusă la

parametrii constanţi ai reţelei. În acest scop se utilizează convertoare statice de tensiune şi

frecvenţă, interpuse între generator (sincron sau asincron) şi reţea. Acesta transformă energia

de curent alternativ în curent continuu, generează energie de curent alternativ, care este

filtrată pentru a asigura conectarea cu reţeaua de distribuţie, fără a produce perturbarea

acesteia. Generatoarele astfel echipate pot suporta rafale ale vântului, reducând solicitările

mecanice.

Lanţul de conversie va cuprinde(figura 2):

generatorul

convertorul static de tensiune şi frecvenţă, compus din:

convertor c.a.-c.c. (redresor) (1)

Se utilizează redresoare necomandate, cu diode, în cazul generatoarelor sincrone. Acestea

sunt convertoare unidirecţionale.

În cazul generatoarelor asincrone, se utilizează redresoare cu comandă în durată. Acestea pot

furniza şi energia reactivă necesară magnetizării.

convertor c.c.-c.a. (invertor) (2)

Prin comanda acestuia, se poate regla frecvenţa şi valoarea eficace a energiei, astfel încât să

se poată realiza conectarea la reţea. Se utilizează invertoarele cu modulaţie în durată,

deoarece calitatea energiei furnizate este mai bună (conţinut mai redus de armonici).

Page 9: Modulul 6: Energia Eoliană - ro-bul-ret.eu · PDF fileModulul 6: Energia eoliană 116 ... Eoliana funcţionează la o anumită viteză de rotaţie, pentru un domeniu restrâns de

Modulul 6: Energia eoliană

124

Fig.14.2 Schema lanţului de conversie

Comanda acestor convertoare se realizează cu plăci de comandă numerice

specializate, implantate în PC.

Controlul transferului de putere între redresorul cu modulaţie în durată şi invertor se

realizează prin controlul circuitului intermediar de c.c. Acesta conţine un condensator de

valoare important, ce asigură atât filtrarea tensiunii, cât şi caracterul de sursă de tensiune al

circuitului intermediar.

Sistemele cu viteză variabilă, se urmăreşte:

Montarea a două generatoare

Generator cu număr variabil de poli

Montarea a două generatoare

Pentru viteze slabe ale vântului, se utilizează un generator de mică putere şi număr

mare de poli, iar pentru vânt puternic, se utilizează un generator de putere mare şi număr de

poli mai mic. Montajul poate fi utilizat atât cu maşini sincrone, cât şi asincrone.

Generator cu număr variabil de poli

Se poate modifica conectarea înfăşurărilor statorice ale generatoarelor sincrone şi

asincrone, pentru a obţine diferite numere de perechi de poli şi deci, diferite viteze de rotaţie,

în funcţie de condiţiile de vânt.

Această soluţie se bazează pe expresia vitezei de sincronism s :

p

s

(14.1)

în care pulsaţia reţelei, iar p numărul de perechi de poli, care se modifică.

Soluţia nu permite însă decât modificarea în trepte, numărul acestora fiind limitat.

În cazul generatoarelor asincrone, datorita alunecării, există posibilitatea

funcţionării acestora cu uşoare variaţii de viteză. Sunt posibile mai multe

configuraţii:

maşină asincronă (MAS) şi reostat în circuitul rotoric

Maşină asincronă (MAS) şi reostat în circuitul rotoric

Această soluţie exploatează faptul că alunecarea depinde de rezistenţa rotorică, care

exprimă în schema echivalentă prin Rr/s. Prin adăugarea de rezistenţe suplimentare în

circuitul rotoric, se poate regla alunecarea, şi deci viteza rotorului, în funcţie de condiţiile de

vânt. În consecinţă, pulsaţia rotorică wr este dată de relaţia:

sr (14.2)

în care este pulsaţia fixă a reţelei, iar s alunecarea.

Page 10: Modulul 6: Energia Eoliană - ro-bul-ret.eu · PDF fileModulul 6: Energia eoliană 116 ... Eoliana funcţionează la o anumită viteză de rotaţie, pentru un domeniu restrâns de

Modulul 6: Energia eoliană

125

Rezultă:

p

r

s

(14.3)

dacă s<0, în care s - este viteza de sincronism.Variaţia maximă a alunecării poate fi de

10%, sau chiar mai mare.

Generatorul utilizat este MADA (Maşina Asincronă cu Dublă Alimentare), sau MAS cu rotor

bobinat. Schema de principiu a acestui tip de sistem este prezentată în figura de mai

jos(figura 3).

Fig. 14.3 Schema de conectare la reţea a unei eoliene cu maşină asincronă şi reostat în circuitul rotoric

maşină asincronă cu dublă alimentare (MADA) şi convertor dublu cu

modulaţie în durată

Maşină asincronă cu dublă alimentare (MADA)-maşină asincronă cu rotor bobinat,

asociată cu un convertor indirect de tensiune şi frecvenţă cu modulaţie în durată (structura

Scherbius) cu tranzistoare IGBT(figura 4).

Noţiunea de dublă alimentare se referă la faptul că statorul este conectat direct la

reţea, iar rotorul este conectat la convertorul static de tensiune şi frecvenţă.

Acest tip de structură se utilizează pentru eolienele de mare putere. Viteza de rotaţie

se poate modifica în gama destul de mare (de la simplu la dublu). Convertorul static de

tensiune şi frecvenţă este bidirecţional, putând asigura deci ambele sensuri de circulaţie a

energiei în rotor. Prin comanda acestuia se realizează reglajul de viteză şi controlul puterilor

activă şi reactivă vehiculate între maşină şi reţea.

Fig.14.4 Schema de conectare la reţea a unei eoliene cu maşină asincronă cu dublă alimentare

Page 11: Modulul 6: Energia Eoliană - ro-bul-ret.eu · PDF fileModulul 6: Energia eoliană 116 ... Eoliana funcţionează la o anumită viteză de rotaţie, pentru un domeniu restrâns de

Modulul 6: Energia eoliană

126

În principiu, viteza se reglează prin intermediul frecvenţei de alimentare a

înfăşurărilor statorice. Bidirecţionalitatea CSTF asigură funcţionarea atât în zona

hiposincronă (sub caracteristica mecanică naturală), cât şi în cea hipersincronă (deasupra

caracteristicii mecanice naturale) şi controlul energiei reactive vehiculate cu reţeaua de

distribuţie.

maşină asincronă (MAS) cu rotor în scurtcircuit

Maşină asincrona (MAS) cu rotor în scurtcircuit asociată cu un convertor static de

tensiune şi frecvenţă (CSTF) indirect(figura 15.5).

Fig.14.5 Schema de conectare la reţea a unei eoliene cu maşină asincronă cu rotor în scurtcircuit

Pentru generatoarele sincrone:

maşină sincronă (MS) cu multiplicator şi convertor în stator

Maşină sincronă (MS) cu multiplicator şi convertor în stator

În cazul maşinii sincrone, amplitudinea şi frecvenţa tensiunii la borne, depind de

viteză. Din acest motiv, conectarea la reţea trebuie să se realizeze prin intermediul unui

convertor static de tensiune şi frecvenţă (CSTF) indirect, compus dintr-un redresor, un circuit

intermediar de c.c. şi un invertor(figura 14.6).

Fig.14.6 Schema de conectare la reţea a unei eoliene cu maşină asincronă cu multiplicator şi

convertor în stator

Page 12: Modulul 6: Energia Eoliană - ro-bul-ret.eu · PDF fileModulul 6: Energia eoliană 116 ... Eoliana funcţionează la o anumită viteză de rotaţie, pentru un domeniu restrâns de

Modulul 6: Energia eoliană

127

Se poate renunţa la multiplicatorul mecanic, dacă se utilizează un generator sincron cu

număr mare de poli (turaţie mică de sincronism). Amintim că, pentru maşina sincronă:

p

s

(14.4)

Sunt posibile două soluţii, ambele referitoare la tehnologia de realizare a rotorului:

rotorul bobinat

Maşină sincronă cu rotorul bobinat

O maşină cu număr mare de poli (turaţie de sincronism redusă) implică un stator cu

gabarit mare.

În aceasta variantă, nu se mai utilizează multiplicatorul de viteză, dar maşina este

conectată la reţea prin intermediul unui convertor static de tensiune şi frecvenţă, care

transformă energia de c.a. de frecvenţă variabilă, generată de maşina în energie de c.a. cu

tensiunea şi frecvenţa reţelei de distribuţie.

rotorul cu magneţi permanenţi

Maşina sincronă cu rotor cu magneţi permanenţi

Rotorul este realizat cu magneţi permanenţi cu flux axial, rezultând o maşină

compactă - Maşina Sincronă cu Magneţi Permanenţi (MSMP).

În această variantă, nu se mai utilizează multiplicatorul de viteză, dar maşina este

conectată la reţea prin intermediul unui convertor static de tensiune şi frecvenţă, care

transformă energia de c.a. de frecvenţă variabilă, generată de maşină în energie de c.a. cu

tensiunea şi frecvenţa reţelei de distribuţie.

Conectarea la reţea

Reţeaua de distribuţie impune stabilitatea tensiunii şi frecvenţei. Din acest motiv,

trebuie luate măsuri speciale în ceea ce priveşte etapele tranzitorii de funcţionare ale

eolienelor, cum ar fi pornirea, oprirea sau absorbţia rafalelor.

Pornirea se va realiză cu ajutorul unor variatoare de tensiune alternativ (VTA) cu

tiristoare. Prin modificarea unghiului de comandă ale acestora, se reglează tensiunea de

alimentare a maşinilor, acestea pornind pe caracteristici artificiale de tensiune.

Eolienele trebuie să genereze cât mai puţine armonici. Acestea sunt cauzate de convertoarele

statice de tensiune şi frecvenţă utilizate pentru conectarea generatoarelor la reţeaua de

distribuţie. Pentru acest lucru se urmăreşte ameliorarea acestora şi utilizarea filtrelor. Trebuie

asigurată şi energia reactivă necesară magnetizării maşinilor.

Stabilitatea parametrilor reţelei de distribuţie (frecvenţa, valoarea eficace) poate fi

influenţată de eoliene, care sunt de puteri din ce în ce mai mari.

Pentru a satisface exigenţele reţelei, trebuiesc instalate diferite echipamente care

concură la conectarea eolienei:

Transformatorul ridicător de tensiune

Generatoarele eolienelor au tensiunea nominală, în general, de ordinul a 690 V.

Transformatoarele asigură conectarea acestora la reţeaua de distribuţie, care de cele mai

multe ori este de 20 kV. În prezent, nu există nicio eoliană care să fie conectată direct la

reţea, fără utilizarea unui transformator ridicător.

Bateriile de condensatoare

Page 13: Modulul 6: Energia Eoliană - ro-bul-ret.eu · PDF fileModulul 6: Energia eoliană 116 ... Eoliana funcţionează la o anumită viteză de rotaţie, pentru un domeniu restrâns de

Modulul 6: Energia eoliană

128

Pentru ameliorare factorului de putere al instalaţiei, se conectează baterii de

condensatoare, ce sunt constitute din trei baterii de condensatoare monofazate, conectate în

triunghi.

Bateriile de condensatoare asigură şi compensarea puterii reactive consumate (ca o

medie, ţinând cont de neregularităţile vântului).

Energia reactivă este necesară maşinilor asincrone pentru magnetizare. Astfel,

bateriile de condensatoare (surse de energie reactivă) asigură local energia necesară

magnetizării, ameliorând astfel factorul de putere global al eolienei. În cazul funcţionării

autonome a eolienelor, bateriile de condensatoare sunt indispensabile pentru asigurarea

energiei reactive necesare magnetizării maşinii.

14.2.Test de autoevaluare

1.Convertorul static de tensiune şi frecvenţă este compus din:

a) redresor

b) invertor

c) tiristor

2.Pentru viteze mici ale vântului se utilizează:

a) generator de putere mică cu număr mic de poli;

b) generator de putere mică cu număr mare de poli;

c) generator de putere mare cu număr mic de poli;

3.La maşina asincronă şi reostat în circuitul rotoric se introduc rezistenţe suplimentare

pentru:

a) a regla alunecarea şi viteza rotorului;

b) a regla viteza vântului;

c) a asigura ambele sensuri de circulaţie a energiei în rotor.

14.3.Lucrare de verificare

1. Cum se realizează conectarea la reţea a unei instalaţii eoliene?

2. Explicaţi funcţionarea schemei de conectare la reţea a unei eoliene cu maşină sincronă şi reostat în

circuitul rotoric.

3. Explicaţi rolul convertoarelor statice de tensiune şi frecvenţă într-o instalaţie eoliană.

RĂSPUNSURI LA TESTUL DE AUTOEVALUARE

1. A, B ; 2. B ; 3. A.


Recommended