Файл: Отчет по практике Наименование практики Производственная практика проектная практика студент.docx
ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 25.10.2023
Просмотров: 346
Скачиваний: 3
ВНИМАНИЕ! Если данный файл нарушает Ваши авторские права, то обязательно сообщите нам.
СОДЕРЖАНИЕ
1. Описание профильной организации
2. Результаты выполнения индивидуального задания
1. Обзор рынка реализуемых на территории РФ систем
2. Наличие ветровых и солнечных электрогенерирующих систем из 100% отечественных комплектующих
3. Затраты на строительно-монтажные работы
4. Диапазоны регулировки номинальной мощности
5. Ограничения применения технологии (климатическое исполнение)
7. Габаритные размеры/необходимая площадь размещения
8. Годовые затраты на обслуживание (материалы, техническое обслуживание, эксплуатационный персонал)
9. Обзор технологий аккумулирования электроэнергии вырабатываемой на солнечных и ветрогенераторах
кВт*ч/(м2*день) , а территории Северного Кавказа и Восточной Сибири располагают меньшей суммой солнечной энергии – 4.0-4.5 кВт*ч/(м2*день).
Чтобы электростанция работала наиболее эффективно, панели не должны затенять друг друга, поэтому расстояние между рядами панелей будет определяться минимальным углом падения солнечных лучей на данной широте, который в северном полушарии Земли достигается в день зимнего солнцестояния, около 22-го декабря, а в южном — в день летнего солнцестояния, около 22-го июня.
Для оценки максимальной среднегодовой удельной электрической мощности воспользуемся формулой: ρ = E·η·cos(φ + ε)/cos ε, где ε ≈ 23.5° — угол наклона небесного экватора к плоскости эклиптики, Е - среднегодовая энергетическая освещённость панелей, а η - КПД электростанции. Пренебрегая потерями в электросетях, преобразователях и накопителях электроэнергии, примем η = 0.46. Тогда для широты 50° максимально возможная удельная мощность солнечной электростанции в России составит 30 Вт/м2. Для следящих поверхностей в наиболее солнечных районах России энергетическая освещённость может достигать 292 Вт/м2 (при среднегодовой суточной инсоляции 7 кВт·ч/м2 [5]), поэтому при использовании следящих солнечных панелей потенциальная удельная мощность электростанции составит 42 Вт/м2. Но стоит заметить, что пока по экономическим соображениям на практике применяются гораздо менее эффективные солнечные элементы, а также предпочтение отдаётся стационарным солнечным панелям. Кроме того часть энергии теряется в сетях и различных устройствах (аккумуляторах, инверторах, распределителях и т.п.), поэтому реальные значения удельной мощности будут значительно меньше потенциально возможного уровня.
Также большую роль играет время года, так как зимой количество солнечных дней и количество часов намного меньше чем в другие времена года.
На рис. 7 изображена карта распределения среднегодовой скорости ветра на территории России.
Рис.7. Карта распределения среднегодовой скорости ветра на территории России [12]
Опыт показывает, что для промышленного применения ветряных электростанций (ВЭС) требуется среднегодовая скорость ветра от 6.95 м/с [13], а для обеспечения самоокупаемости ВЭС требуется среднегодовая скорость ветра от 5 м/с [14]. Как видно из рис. 7, на большей части территории России применение ВЭС нецелесообразно. Наиболее благоприятными для промышленного применения ВЭС являются территории, примыкающие к побережьям северных и восточных морей России, а также Чёрного и Азовского морей. Наибольший интерес ветряная энергетика может представлять для прибрежных
территорий от Карского до Охотского моря, вне зоны централизованного энергоснабжения.
Использование СЭС при параллельной работе с энергосистемой (ЭС) позволяет повысить надежность в электроснабжении потребителей. ЭС может принимать вырабатываемую СЭС мощность и компенсировать ее работу при отсутствии солнечного излучения.
Важным компонентом СЭС является преобразователь, который имеет в своем составе повышающий преобразователь напряжения (DC/DC-преобразователь) от 200 до 700 В, трехфазный инвертор, выполненный на основе IGBT-модулей по трехфазной мостовой схеме, пропорционально-интегральные регуляторы тока и напряжения (ПИ). Время открытия и закрытия IGBT-модулей составляет несколько миллисекунд, что позволяет эффективно использовать принцип широтно-импульсной модуляции для получения синусоидальных напряжений на выходе инвертора.
Важным компонентом СЭС является преобразователь, который имеет в своем составе повышающий преобразователь напряжения (DC/DC-преобразователь) от 200 до 700 В, трехфазный инвертор, выполненный на основе IGBT-модулей по трехфазной мостовой схеме, пропорционально-интегральные регуляторы тока и напряжения (ПИ). Время открытия и закрытия IGBT-модулей составляет несколько миллисекунд, что позволяет эффективно использовать принцип широтно-импульсной модуляции для получения синусоидальных напряжений на выходе инвертора.
Рис. 8 Модель подключения СЭС и ЭС при их параллельной работе в ПК MATLAB [14]
Исследование режимов при параллельной работе СЭС с ЭС производится на основе анализа электромагнитных переходных процессов (ЭМПП) на инверторе. Структурная схема подключения инвертора при параллельной работе СЭС и ЭС представлена на рис. 8. Система управления инвертором состоит из следующих компонентов: – алгоритм синхронизации с сетью; – ПИ – регуляторы тока; – ПИ – регуляторы напряжения; – система управления точкой максимальной мощности СЭС (MaximumPowerPointTrackingSystem(MPPT)).
Рис. 9. Оссциллограмма напряжений и токов на выходе инвертора при трехфазном коротком замыкании продолжительностью 40 мс
На рис. 9 приведены осциллограммы напряжений и токов на выходе инвертора при трехфазных кротких замыканиях длительностью 40мс в ЭС. В начальный момент короткого замыкания происходит разряд высокочастотных конденсаторов LC-фильтра инвертора через короткозамкнутую цепь. Продолжительность процесса разряда составляет четверть периода частоты сети (5 мс) при достаточно большой постоянной времени сопровождаются броском тока, превышающем амплитуду периодической составляющей тока короткого замыкания. Значение периодической составляющей тока короткого замыкания определяется не сопротивлением цепи короткого замыкания, а настройкой регуляторов инвертора. Как правило, выходной ток инвертора ограничен значением трехкратного номинального тока. Короткое замыкание отключается автоматическим выключателем поврежденной кабельной линии. Из-за несвоевременной работы его полюсов могут возникать перенапряжения. В этом случае после отключения одной фазы поврежденной цепи трехфазное короткое замыкание сначала переходит в двухфазное, а затем отключаются остальные фазы. Перенапряжение и его продолжительность зависит от системы регулирования инвертора. Наилучшее качество ЭМПП обеспечивают инверторы с высокой базовой частотой и быстродействующими цифровыми регуляторами. Возникновение трехфазного короткого замыкания на выходе инвертора приводит к режиму холостого хода на его входе. С точки зрения баланса входной и выходной активных мощностей такой режим вполне естественен, так как при трехфазном коротком замыкании потребление активной мощности на выходных цепях инвертора резко уменьшается и соответственно снижается постоянный ток на входе инвертора.
При параллельной работе ВЭС с ЭС 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.10) или подключения статического преобразователя частоты (СПЧ) в цепь статора ВЭУ. 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.10 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.
Основным требованием по выработке мощности ВЭС является организация более или менее равномерной мощности, что обеспечивается большим количеством агрегатов. В общем случае, мощность ВЭС является равномерной, склонной к колебаниям только при сезонных изменениях ветра. Сезонные же колебания мощности ВЭС практически неустранимы.
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.
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. [16]
Чтобы электростанция работала наиболее эффективно, панели не должны затенять друг друга, поэтому расстояние между рядами панелей будет определяться минимальным углом падения солнечных лучей на данной широте, который в северном полушарии Земли достигается в день зимнего солнцестояния, около 22-го декабря, а в южном — в день летнего солнцестояния, около 22-го июня.
Для оценки максимальной среднегодовой удельной электрической мощности воспользуемся формулой: ρ = E·η·cos(φ + ε)/cos ε, где ε ≈ 23.5° — угол наклона небесного экватора к плоскости эклиптики, Е - среднегодовая энергетическая освещённость панелей, а η - КПД электростанции. Пренебрегая потерями в электросетях, преобразователях и накопителях электроэнергии, примем η = 0.46. Тогда для широты 50° максимально возможная удельная мощность солнечной электростанции в России составит 30 Вт/м2. Для следящих поверхностей в наиболее солнечных районах России энергетическая освещённость может достигать 292 Вт/м2 (при среднегодовой суточной инсоляции 7 кВт·ч/м2 [5]), поэтому при использовании следящих солнечных панелей потенциальная удельная мощность электростанции составит 42 Вт/м2. Но стоит заметить, что пока по экономическим соображениям на практике применяются гораздо менее эффективные солнечные элементы, а также предпочтение отдаётся стационарным солнечным панелям. Кроме того часть энергии теряется в сетях и различных устройствах (аккумуляторах, инверторах, распределителях и т.п.), поэтому реальные значения удельной мощности будут значительно меньше потенциально возможного уровня.
Также большую роль играет время года, так как зимой количество солнечных дней и количество часов намного меньше чем в другие времена года.
5.2 Ограничения для ветряной электрогенерирующей установки
На рис. 7 изображена карта распределения среднегодовой скорости ветра на территории России.
Рис.7. Карта распределения среднегодовой скорости ветра на территории России [12]
Опыт показывает, что для промышленного применения ветряных электростанций (ВЭС) требуется среднегодовая скорость ветра от 6.95 м/с [13], а для обеспечения самоокупаемости ВЭС требуется среднегодовая скорость ветра от 5 м/с [14]. Как видно из рис. 7, на большей части территории России применение ВЭС нецелесообразно. Наиболее благоприятными для промышленного применения ВЭС являются территории, примыкающие к побережьям северных и восточных морей России, а также Чёрного и Азовского морей. Наибольший интерес ветряная энергетика может представлять для прибрежных
территорий от Карского до Охотского моря, вне зоны централизованного энергоснабжения.
6. Возможность и схемы работы параллельно с внешней электросетью (состав оборудования электростанции: солнечный/ветровой генератор, синхронизация с сетью)
6.1 Работа солнечной электростанции при параллельной работе с энергосистемой
Использование СЭС при параллельной работе с энергосистемой (ЭС) позволяет повысить надежность в электроснабжении потребителей. ЭС может принимать вырабатываемую СЭС мощность и компенсировать ее работу при отсутствии солнечного излучения.
Важным компонентом СЭС является преобразователь, который имеет в своем составе повышающий преобразователь напряжения (DC/DC-преобразователь) от 200 до 700 В, трехфазный инвертор, выполненный на основе IGBT-модулей по трехфазной мостовой схеме, пропорционально-интегральные регуляторы тока и напряжения (ПИ). Время открытия и закрытия IGBT-модулей составляет несколько миллисекунд, что позволяет эффективно использовать принцип широтно-импульсной модуляции для получения синусоидальных напряжений на выходе инвертора.
Важным компонентом СЭС является преобразователь, который имеет в своем составе повышающий преобразователь напряжения (DC/DC-преобразователь) от 200 до 700 В, трехфазный инвертор, выполненный на основе IGBT-модулей по трехфазной мостовой схеме, пропорционально-интегральные регуляторы тока и напряжения (ПИ). Время открытия и закрытия IGBT-модулей составляет несколько миллисекунд, что позволяет эффективно использовать принцип широтно-импульсной модуляции для получения синусоидальных напряжений на выходе инвертора.
Рис. 8 Модель подключения СЭС и ЭС при их параллельной работе в ПК MATLAB [14]
Исследование режимов при параллельной работе СЭС с ЭС производится на основе анализа электромагнитных переходных процессов (ЭМПП) на инверторе. Структурная схема подключения инвертора при параллельной работе СЭС и ЭС представлена на рис. 8. Система управления инвертором состоит из следующих компонентов: – алгоритм синхронизации с сетью; – ПИ – регуляторы тока; – ПИ – регуляторы напряжения; – система управления точкой максимальной мощности СЭС (MaximumPowerPointTrackingSystem(MPPT)).
Рис. 9. Оссциллограмма напряжений и токов на выходе инвертора при трехфазном коротком замыкании продолжительностью 40 мс
На рис. 9 приведены осциллограммы напряжений и токов на выходе инвертора при трехфазных кротких замыканиях длительностью 40мс в ЭС. В начальный момент короткого замыкания происходит разряд высокочастотных конденсаторов LC-фильтра инвертора через короткозамкнутую цепь. Продолжительность процесса разряда составляет четверть периода частоты сети (5 мс) при достаточно большой постоянной времени сопровождаются броском тока, превышающем амплитуду периодической составляющей тока короткого замыкания. Значение периодической составляющей тока короткого замыкания определяется не сопротивлением цепи короткого замыкания, а настройкой регуляторов инвертора. Как правило, выходной ток инвертора ограничен значением трехкратного номинального тока. Короткое замыкание отключается автоматическим выключателем поврежденной кабельной линии. Из-за несвоевременной работы его полюсов могут возникать перенапряжения. В этом случае после отключения одной фазы поврежденной цепи трехфазное короткое замыкание сначала переходит в двухфазное, а затем отключаются остальные фазы. Перенапряжение и его продолжительность зависит от системы регулирования инвертора. Наилучшее качество ЭМПП обеспечивают инверторы с высокой базовой частотой и быстродействующими цифровыми регуляторами. Возникновение трехфазного короткого замыкания на выходе инвертора приводит к режиму холостого хода на его входе. С точки зрения баланса входной и выходной активных мощностей такой режим вполне естественен, так как при трехфазном коротком замыкании потребление активной мощности на выходных цепях инвертора резко уменьшается и соответственно снижается постоянный ток на входе инвертора.
6.2 Работа ветряной электростанции при параллельной работе с энергосистемой
При параллельной работе ВЭС с ЭС 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.10) или подключения статического преобразователя частоты (СПЧ) в цепь статора ВЭУ. 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.10 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.
Основным требованием по выработке мощности ВЭС является организация более или менее равномерной мощности, что обеспечивается большим количеством агрегатов. В общем случае, мощность ВЭС является равномерной, склонной к колебаниям только при сезонных изменениях ветра. Сезонные же колебания мощности ВЭС практически неустранимы.
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.
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. [16]