Розробка гібридної відновлюваної електростанції з розширеним використанням обладнання гідроакумулюючого блоку

Автор(и)

  • Kostiantyn Makhotilo Національний технічний університет «Харківський політехнічний інститут» вул. Кирпичова, 2, м. Харків, Україна, 61002, Україна https://orcid.org/0000-0001-7081-071X
  • Ivan Chervonenko Національний технічний університет «Харківський політехнічний інститут» вул. Кирпичова, 2, м. Харків, Україна, 61002, Україна https://orcid.org/0000-0002-3856-4966
  • Alaa Halim Saad El Masri Національний технічний університет «Харківський політехнічний інститут» вул. Кирпичова, 2, м. Харків, Україна, 61002, Україна https://orcid.org/0000-0001-8421-9082

DOI:

https://doi.org/10.15587/1729-4061.2019.160531

Ключові слова:

відновлювана енергетика, гібридна електростанція, частотно-регульований привод, асинхронний двигун

Анотація

Запропоновано схему гібридної відновлюваної електричної станції з розширеним використанням встановленого обладнання гідроакумулюючого блока для перетворення постійного струму фотоелектричних та вітрових генераторів в змінний.

Схема базується на наявних компонентах з широко використовуваною відпрацьованою технологією. Для видачі потужності та перетворення постійного струму сонячних та вітрових генераторів в змінний окрім мережевих інверторів використовується синхронний генератор гідроакумулюючого блоку. Для обертання генератора крім гідротурбіни також використовується асинхронний двигун, підключений через частотно-регульований привод до загальної шини постійного струму станції. Крім того, до шини постійного струму підключені електрохімічні акумулятори і батареї конденсаторів.

Проаналізовано можливість використання різних типів електричних машин для приводу синхронного генератора і показано перевагу асинхронного двигуна. Змодельовано реакцію асинхронного двигуна на коливання швидкості обертання і показано його здатність брати участь в регулюванні частоти мережі. На прикладі типового добового графіка навантаження і генерації показано, що запропоноване рішення по перетворенню постійного струму в змінний має ККД, близький до ККД мережевого інвертора.

Запропонована схема гібридної станції дозволяє підвищити надійність роботи відновлюваних джерел енергії і стабільність частоти мережі. Це досягається завдяки збільшенню інерції обертових мас в енергосистемі, можливості управління коефіцієнтом потужності синхронного генератора і властивій асинхронному двигуну реакції на коливання швидкості обертання. Створення таких гібридних станцій відкриває шлях до подальшого збільшення частки відновлюваних джерел в енергосистемі

Біографії авторів

Kostiantyn Makhotilo, Національний технічний університет «Харківський політехнічний інститут» вул. Кирпичова, 2, м. Харків, Україна, 61002

Кандидат технічних наук, професор, старший науковий співробітник

Кафедра електричних станцій

Ivan Chervonenko, Національний технічний університет «Харківський політехнічний інститут» вул. Кирпичова, 2, м. Харків, Україна, 61002

Кандидат технічних наук, доцент

Кафедра електричних станцій

Alaa Halim Saad El Masri, Національний технічний університет «Харківський політехнічний інститут» вул. Кирпичова, 2, м. Харків, Україна, 61002

Аспірант

Кафедра електричних станцій

Посилання

  1. Delille, G., Francois, B., Malarange, G. (2012). Dynamic Frequency Control Support by Energy Storage to Reduce the Impact of Wind and Solar Generation on Isolated Power System's Inertia. IEEE Transactions on Sustainable Energy, 3 (4), 931–939. doi: https://doi.org/10.1109/tste.2012.2205025
  2. Lippert, M. (2017). Optimizing energy storage systems for large wind and solar plants. Saft document, No. 21989-1117-2. Available at: http://www.renewableenergyworld.com/white-papers/2018/01/optimizing-energy-storage-systems-for-large-wind-and-solar-plants.html
  3. Dudurych, I. M. (2010). Statistical analysis of frequency response of island power system under increasing wind penetration. IEEE PES General Meeting. doi: https://doi.org/10.1109/pes.2010.5588079
  4. Kundur, P. (1994). Power System Stability and Control. Mc-Graw-Hill, 1176.
  5. Bomer, J. (2010). All Island TSO Faciliation of Renewables Study – Final Report for Work Package 3 Ecofys. Tech. Rep.
  6. Papaefthymiou, S. V., Karamanou, E. G., Papathanassiou, S. A., Papadopoulos, M. P. (2010). A Wind-Hydro-Pumped Storage Station Leading to High RES Penetration in the Autonomous Island System of Ikaria. IEEE Transactions on Sustainable Energy, 1 (3), 163–172. doi: https://doi.org/10.1109/tste.2010.2059053
  7. Brown, P. D., Peas Lopes, J. A., Matos, M. A. (2008). Optimization of Pumped Storage Capacity in an Isolated Power System With Large Renewable Penetration. IEEE Transactions on Power Systems, 23 (2), 523–531. doi: https://doi.org/10.1109/tpwrs.2008.919419
  8. Delille, G., Francois, B., Malarange, G. (2010). Dynamic frequency control support: A virtual inertia provided by distributed energy storage to isolated power systems. 2010 IEEE PES Innovative Smart Grid Technologies Conference Europe (ISGT Europe). doi: https://doi.org/10.1109/isgteurope.2010.5638887
  9. Kayikci, M., Milanovic, J. V. (2009). Dynamic Contribution of DFIG-Based Wind Plants to System Frequency Disturbances. IEEE Transactions on Power Systems, 24 (2), 859–867. doi: https://doi.org/10.1109/tpwrs.2009.2016062
  10. Yingcheng, X., Nengling, T. (2011). Review of contribution to frequency control through variable speed wind turbine. Renewable Energy, 36 (6), 1671–1677. doi: https://doi.org/10.1016/j.renene.2010.11.009
  11. Ekanayake, J., Jenkins, N. (2004). Comparison of the Response of Doubly Fed and Fixed-Speed Induction Generator Wind Turbines to Changes in Network Frequency. IEEE Transactions on Energy Conversion, 19 (4), 800–802. doi: https://doi.org/10.1109/tec.2004.827712
  12. Miller, J. M. (2007). Electrical and Thermal Performance of the Carbon-carbon Ultracapacitor Under Constant Power Conditions. 2007 IEEE Vehicle Power and Propulsion Conference. doi: https://doi.org/10.1109/vppc.2007.4544186
  13. Atcitty, S. (2006). Electrochemical Capacitor Characterization for Electric Utility Applications. Blacksburg.
  14. Stahlkopf, K. (2006). Taking wind mainstream. IEEE Spectrum. Available at: https://spectrum.ieee.org/energy/renewables/taking-wind-mainstream
  15. Issa, H. (2013). Separately Excited DC Motor Optimal Efficiency Controller. International Journal of Engineering and Innovative Technology (IJEIT), 3 (1), 533–539.
  16. Chau, K. T., Chan, C. C., Liu, C. (2008). Overview of Permanent-Magnet Brushless Drives for Electric and Hybrid Electric Vehicles. IEEE Transactions on Industrial Electronics, 55 (6), 2246–2257. doi: https://doi.org/10.1109/tie.2008.918403
  17. Rosberg, J. (2017). ABB reaches 99.05% efficiency, the highest ever recorded for a synchronous motor. ABB Conversations. Available at: https://www.abb-conversations.com/2017/07/abb-motor-sets-world-record-in-energy-efficiency
  18. Prachyl, S. (2010). Variable Frequency drives and Energy Savings. It's more than just fan and pump applications. Siemens. Available at: https://www.appliedc.com/wp-content/uploads/2017/05/VariableFrequencyDrives_WhitePaper.pdf
  19. LOHER VARIO High Voltage Motors (2015). Siemens. Available at: https://w3app.siemens.com/mcms/infocenter/dokumentencenter/ld/InfocenterLanguagePacks/catalog-d83-2/loher-vario-high-voltage-motors-catalog-d83-2-2015-en.pdf
  20. Caprio, M. T., Buckner, G. D., Weldon, W. F. (2001). Controlling the torque-speed characteristics of a polyphase induction motor using a switched rotor ballast network. Proceedings of the 2001 American Control Conference. (Cat. No. 01CH37148). doi: https://doi.org/10.1109/acc.2001.945529
  21. Mier-Quiroga, L. A., Benítez-Read, J. S., López-Callejas, R., Segovia-de-los-Ríos, J. A. (2015). New Relation to Improve the Speed and Torque Characteristics of Induction Motors. Rev. fac. ing. univ. Antioquia. 2015. Issue 74. P. 37–49. Available at: http://www.scielo.org.co/pdf/rfiua/n74/n74a04.pdf
  22. Mohan, N. (2001). Advanced Electric Drives: Analysis, Control and Modeling Using Simulink. Minneapolis.
  23. Solarenergie Hochrechnung. Available at: https://www.netztransparenz.de/Weitere-Veroeffentlichungen/Solarenergie-Hochrechnung
  24. NEK Ukrenergo Ukraine electricity consumption curved on June 23, 2017. Available at: https://ua.energy/activity/dispatch-information/daily-electricity-production-consumption-schedule
  25. ABB ABB central inverters PVS800 – 500 to 1000 kW. Available at: https://library.e.abb.com/public/4736ece73ecf4e3aa2bb7a6ec7f0ee6d/PVS800_central_inverters_flyer_3AUA0000057380_RevN_EN_lowres.pdf
  26. Sinamics Perfect Harmony GH180 (2016). Siemens. Available at: https://www.industry.siemens.com/drives/global/en/converter/mv-drives/Documents/technical-data-sheets/sinamics-perfect-harmony-gh180-technical-data-en.pdf

##submission.downloads##

Опубліковано

2019-03-22

Як цитувати

Makhotilo, K., Chervonenko, I., & Saad El Masri, A. H. (2019). Розробка гібридної відновлюваної електростанції з розширеним використанням обладнання гідроакумулюючого блоку. Eastern-European Journal of Enterprise Technologies, 2(8 (98), 30–37. https://doi.org/10.15587/1729-4061.2019.160531

Номер

Том 2 № 8 (98) (2019): Енергозберігаючі технології та обладнання

Розділ

Енергозберігаючі технології та обладнання

Ліцензія

Авторське право (c) 2019 Kostiantyn Makhotilo, Ivan Chervonenko, Alaa Halim Saad El Masri

Creative Commons License

Ця робота ліцензується відповідно до Creative Commons Attribution 4.0 International License.

Закріплення та умови передачі авторських прав (ідентифікація авторства) здійснюється у Ліцензійному договорі. Зокрема, автори залишають за собою право на авторство свого рукопису та передають журналу право першої публікації цієї роботи на умовах ліцензії Creative Commons CC BY. При цьому вони мають право укладати самостійно додаткові угоди, що стосуються неексклюзивного поширення роботи у тому вигляді, в якому вона була опублікована цим журналом, але за умови збереження посилання на першу публікацію статті в цьому журналі.

Ліцензійний договір – це документ, в якому автор гарантує, що володіє усіма авторськими правами на твір (рукопис, статтю, тощо).
Автори, підписуючи Ліцензійний договір з ПП «ТЕХНОЛОГІЧНИЙ ЦЕНТР», мають усі права на подальше використання свого твору за умови посилання на наше видання, в якому твір опублікований. Відповідно до умов Ліцензійного договору, Видавець ПП «ТЕХНОЛОГІЧНИЙ ЦЕНТР» не забирає ваші авторські права та отримує від авторів дозвіл на використання та розповсюдження публікації через світові наукові ресурси (власні електронні ресурси, наукометричні бази даних, репозитарії, бібліотеки тощо).
За відсутності підписаного Ліцензійного договору або за відсутністю вказаних в цьому договорі ідентифікаторів, що дають змогу ідентифікувати особу автора, редакція не має права працювати з рукописом.
Важливо пам’ятати, що існує і інший тип угоди між авторами та видавцями – коли авторські права передаються від авторів до видавця. В такому разі автори втрачають права власності на свій твір та не можуть його використовувати в будь-який спосіб.