Електронни устройства за преобразуване на енергията в хибридни системи Ключови думи



Дата06.10.2017
Размер68.18 Kb.

Електронни устройства за преобразуване на енергията в хибридни системи

Ключови думи


Хибридни ВЕИ системи, комбинирани системи на база на ветрова и слънчева енергия

Цел


Настоящата тема има за цел да запознае студентите със различните структури на хибридни системи базирани на ВЕИ. Разглеждат се системи комбиниращи ветрова и слънчева енергия, както и системи включващи резервни генератори базирани на фосилни горива - в случая дизелови генератори.

Въведение


Непостоянният характер на ВЕИ, свързан с невъзможността за управление на първичният източник - в случая с разглежданите досега инсталации, ветровата или слънчева енергия - налага разработването на комплексни системи, които чрез комбиниране на различни източници и технологии могат да осигурят по-голяма и постоянна мощност. Тези инсталации в практиката се наричат хибридни системи за генериране на енергия от ВЕИ. Най-чести комбинации включват едновременното използване на енергия генерирана от ветрова и слънчева енергия, като в някой случай за осигуряване на непрекъснатост на захранващото напрежение в системата се включва и електрически генератор чийто първичен източник е базиран на фосилно гориво с голяма плътност на мощността - в случая с най-често срещаните системи дизелово гориво.

Настоящата тема разглежда структурите на няколко такива системи, като се прави аналогия с тези разгледани в следващите теми. Обясняват се основните принципи на действие и режими на работа.


Информационен блок


1. Хибридни ситеми - описание, основни дефиниции

Хибридните системи за ВЕИ включват едновременното използване на два или повече първични енергийни източника. Най-често при хибридните системи се използва едновременно извличане на енергия от слънцето и вятъра. В хибридните системи не е задължително всичките използвани източници да са възобновяеми - много често в те включват допълнителни енергийни източници базирани на горива с голяма енергийна плътност Най-често става дума за течни фосилни горива - дизелово гориво или бензин - захранващи двигатели с вътрешно горене към които са включени електрически машини генериращи електрическа енергия с мрежова честота.

Хибридните системи могат да бъдат както мрежовосъврзани така и автономни. При мрежово свързаните системи изходът е променливотоков, като не е необходимо включването на акумулаторна батерия или резервен генератор. Хибридните мрежово свързани системи могат да се разгледат като съвкупност от източници базирани на структурите разгледани в Тема 10 и Тема 11, като енергията от променливотоковите изходи на тези схеми се отдава директно в електрическата мрежа.

По интересен представлява случаят с хибридните автономни системи (автономни системи са подробно разгледани и дефинирани в Тема 13), където е необходимо свързването както на акумулаторна батерия, която да служи за буфер, така и на допълнителен генератор който да осигури енергия в случай не неостатъчна такава произведена от възобновяемите източници.



2. Основни структури на хибридните системи за генериране на енергия от ВЕИ

Три основни и често използвани схеми за включване на ВЕИ в хибридни системи са показани съответно на фигури 1, и 2. И трите структури комбинират енергийни източници базирани на вятъра и слънцето. Разликата в двете е типа на енергийните изходи. Структурата от фигура 1 включва само променливотоков изход, докато структурата от фигура 2 комбинира променливотоков и постояннотоков изход. Приложението на коя да от схеми зависи от наличните товари и електроенергийни нужди.

Основните блокове в тези системи могат да бъдат разгледани като:

• Ветрогенератор - най-често реализиран на базата на маломощна многополюсна синхронна електрическа машина. Често тези генератори имат проста конструкция, която не включва механични системи за управление като механична спирачка или "stall", "pitch" и "yaw" контрол.

• Токоизрпавител - най-често трифазна мостова схема (Тема 3) - включва се директно в електрическият изход на ветрогенератора. Енергията от ветрогенератора се отдава директно към акумулаторната батерия, като при необходимост от ограничаване на зарядният ток се включва електрическата спирачка.

• Електрическа спирачка - представлява електронен ключ с баластен товар. Осигурява възможност за разсейване на електрическата енергия при заредена акумулаторна батерия и/или при липса на достатъчно голям товар в изхода. Този вид баласт е характерен за малки ветрогенераторни системи който както вече беше споменато нямат механична спирачка и при работа на празен ход могат генерират опасни пренапрежения.

• PV модул или PV стринг - в зависимост от желаното работотно напжение и вида на DC/DC преобразувателя включен като следващо звено.

• Контролер на заряда на акумулаторната батерия - charge контролерите за заряд на акумулаторни батерии при работа с фотоволтаични модули са подробно разгледани в следващата тема. Тук трябва да се отбележи обаче че за контролер на заряда е необходимо използването на постояннотоков преобразувател, който съгласува работата на фотоволтаичният модул с тази на ветрогенератора и напрежението на акумулаторната батерия - в противен случай частично засенчване на фотоволтаика може да доведе до неговата изолация от системата. За реализиране на този блок е възможно използването на различни безтрансформаторни преобразуватели сред които най-често се прилагат: прав понижаващ, обратен повишаващ или комбиниран повишаващ-понижаващ преобразувател (Тема 4).

• Акумулаторна батерия - буфер между източника и товара - използва се последователно свързване на акумулаторни батерии за получаване на желаното напрежение. Различните акумулаторни батерии и техните характеристики са описани в детайли в Тема 14.

• Инвертор - най-често еднофазен инвертор включващ необходимите филтри. Инверторът може да бъде мостов - при достатъчно високо напрежение на акумулаторната батерия и стринговете или противотактен (Тема 6) в случаи на ниско напрежение на акумулаторната батерия и стринговете. В случай на мостов инвертор е препоръчително включването му да става трансформаторно.



Фигура 1. Хибридна система с променливотоков електрически изход базирана на ветрова и слънчева енергия

• Изходен постояннотоков преобразувател (само за схемата от фигура 2)- постояннотоков регулатор който позволява управление на напрежението от постояннотоковата линия и съответно включването на постояннотокови товари.

Фигура 2. Хибридна система с променливотоков и постояннотоков електрически изход базирана на ветрова и слънчева енергия

В така разгледаните схеми се използва само комбинираното включване на повече от един източник. Това създава диверсификация на първичните източници и позволява по-независимо генериране. Същинското предмостово на хибридните системи обаче е използването на резервен генератор, който не зависи от външни фактори и е гарант за поддържането на електрическа генерация дори при недостатъчна енергия от първичните ВЕИ. Такива схеми са разгледани в следващата секция.

3. Комплексни структури на хирбидни системи за генеране на енергия от ВЕИ с включен дизелов генератор.

Фигура 3 представя хибридна система с променливотоков електрически изход базирана на ветрова и слънчева енергия с включен резервен дизелов генератор. Схемата и блоковете и са сходни с тези на структурата показана на фигура 1. Изключение прави допълнителното включване на дизеловият генратор. Генератора е най-често машина работеща на мрежова честота която може да бъде директно свързана към електрическата мрежа. Интерес в случая представлява принципа на действие на разглежданата система и нейните режими на работа. Те са детайлно представени на фигура 4.



Фигура 3. Хибридна система с променливотоков електрически изход базирана на ветрова и слънчева енергия с включен резервен дизелов генератор

Работата на този тип системи може да се разгледа в шест дефинирани режима. Режимите се определят от напрежението върху постояннотоковата линия.

• Режим I - Напрежението на системата е ниско - няма генерация от първичните ВЕИ, батерията е разредена - включва се резервният дизел генератор

• Режим II - Напрежението на системата спада - няма генерация от първичните източните ВЕИ, акумулаторната батерията е заредена - заряда и се използва се за оригване на електрическа енергия.

• Режим III - Напрежението на системата е установено - енергията от първичните ВЕИ е достатъчна за захранване на товарите.

• Режим IV - Напрежението на системата е високо - енергията от първичните ВЕИ е достатъчна за захранване на товарите, като има остатък с който се зарежда акумулаторната батерия.

• Режим V - Напрежението на системата е високо - енергията от първичните ВЕИ захранва товарите и зарежда акумулаторната батерия

• Режим VI- Получава се пренапрежение - възможно е: прекомерна генерация от първичните ВЕИ - входният ток е по-голям от зарядният ток на акумулаторната батерия и товара; товарът е разкрачен или входният му ток е много малък, акумулаторната батерия е заредена. Този режим налага спирането на charge контролера на PV модула и/или включване на баластният резистор на ветрогенератора.

Фигура 4. Работни режими на хибридна система базирана на ветрова и слънчева енергия с включен дизелов генератор


Речник


  • Хибридна система - система комбинираща повече от един ВЕИ или включваща резервни генератори работещи на фосилни горива.

Резюме


Настоящата тема разглежда различни структури на хибридни системи за генериране на електрическа енергия базирана на ВЕИ. Акцентира се върху най-популярните системи, а именно такива базирани на ветрова и слънчева енергия. Разглеждат се режимите на работа на хибридна система използваща резервен дизелов генератор

Литература





  1. Браун М., Токозахранващи устройства, Техника, София, 1997, ISBN 954 030 494 6

  2. Юдов Д., В. Вълчев, Преобразувателна техника, Онгъл, Варна 2005

  3. Юдов Д., В. Вълчев, Тозахранващи устройства, Онгъл, Варна 2008

  4. Mohan N., T. Undeland, P. Robbins, Power Electronics: Converters, applications and design, John Wiley and Sons, New York, 2003.

  5. Underland T., W. Robbins, Power electronics, IEEE Press, 1996, ISBN 0-471-58408-8

Блок за контрол на знанията

Примери:


  1. Текст

Решени задачи:


Текст

Задачи за решаване:


Текст

Тест


Въпрос тип 1 - ДА/НЕ:

Текст


Въпрос тип 2- „един верен от много”

Текст


Въпрос тип 3- „подреждане на отговори”:

Текст


Въпрос тип 4 - „Изображение – въпрос”:

Текст


straight connector 17



Ангел Маринов

кат. ЕТМ




База данных защищена авторским правом ©obuch.info 2016
отнасят до администрацията

    Начална страница