Использование однофазного синхронного многообмоточного генератора с постоянными магнитами для электроснабжения автономного потребителя

ЦЕЛЬ. Рассмотреть существующие способы использования электромеханических преобразователей для электроснабжения автономного потребителя. Провести сравнительный анализ электромеханических преобразователей, сценариев и условий их использования при электроснабжении автономного потребителя. Разработать предложения по устранению недостатков в существующих моделях синхронных генераторов с целью увеличения управляемости ими. Провести разработку математического описания синхронного генератора с магнитоэлектрическим возбуждением от постоянных магнитов однофазного типа с упрощенной конструкцией в качестве универсального примера функционирования всей предложенной линейки синхронных генераторов. Провести математическое моделирование генератора для подтверждения рассматриваемого способа регулирования генерируемых параметров, таких как ток и напряжение, без необходимости изменения скорости вращения вала генератора.

МЕТОДЫ. При решении поставленной задачи применялся метод описания электрической машины в dq-системе координат с использованием многообмоточного описания машины, для подтверждения предложенного способа регулирования использовалось математическое моделирование в среде SimInTech.

РЕЗУЛЬТАТЫ. В статье описана актуальность темы, рассмотрены особенности эксплуатации различных электромеханических преобразователей для электроснабжения автономного потребителя, указаны условия применения того или иного типа архитектуры системы электроснабжения в связке с электромеханическими преобразователями. Предложена линейка синхронных генераторов с магнитоэлектрическим возбуждением с целью улучшения управляемости ими, а именно, возможностью регулирования выходных генерируемых параметров.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ. Использование предложенных синхронных генераторов с возбуждением от постоянных магнитов позволит производить дополнительное регулирование генерируемых параметров, Данный способ даст возможность полностью или частично исключить дополнительную полупроводниковую преобразовательную технику, благодаря чему снизит потери при преобразовании электрической энергии. При чем существует возможность регулировать генерируемые ток и напряжение дискретно в два раза увеличив одну из этих величин. Выбранный способ регулирования зависит от конструкции генератора. 

1. Суслов К.В., Шушпанов И.Н., Воронцов Д.В. Использование возобновляемых источников энергии для питания собственных нужд нефтепровода. Известия высших учебных заведений. Проблемы энергетики. 2018. Т.20. № (1-2). С. 70-79.

2. Стенников В.А., Барахтенко Е.А., Майоров Г.С. Применение мультиагентного подхода для моделирования интегрированных энергетических систем. Известия высших учебных заведений. ПРОБЛЕМЫ ЭНЕРГЕТИКИ. 2020. Т.22. №(6). С. 29-42.

3. Городнов А.Г. Построение энергоэффективных электротехнических комплексов с автономной системой электроснабжения. Известия высших учебных заведений. ПРОБЛЕМЫ ЭНЕРГЕТИКИ. 2020. Т.22. №(4). С. 64-78.

4. Савенко А.Е., Савенко П.С. Влияние постоянных времени регуляторов частоты на амплитуду обменных колебаний мощности в автономных дизельных электростанциях. Известия высших учебных заведений. Проблемы энергетики. 2020. Т.22. № (1).С. 36-144.

5. Золотов И.И., Шевцов А.А. Влияние потребителей электроэнергии на форму питающего напряжения автономных систем электроснабжения. Известия высших учебных заведений. Проблемы энергетики. 2019. Т. 21. №(1-2). С.131-140.

6. Мехтиев А.Д., Алькина А.Д., Югай В.В., и др. Сравнительный анализ и перспективы использования многотопливных микро тепловых электростанций на основе двигателя стирлинга для сельских районов. Известия высших учебных заведений. Проблемы энергетики. 2020. Т.22. №(5). С. 3-17.

7. Фишов А.Г., Мурашкина И.С., Марченко А.И., и др. Исследование влияния электронной генерации на статическую апериодическую устойчивость электроэнергетической системы. Известия высших учебных заведений. Проблемы энергетики. 2020. Т.22. №(2). С. 51-64.

8. Сафин А.Р., Ившин И.В., Грачева Е.И., и др. Разработка математической модели автономного источника электроснабжения с свободно-поршневым двигателем на базе синхронной электрической машины возвратно-поступательного действия с постоянными магнитами. Известия высших учебных заведений. Проблемы энергетики. 2020. Т.22. №(1). С.38-48.

9. Kotin D., Tolstobrova L., and Ivanov I. Mathematical modeling of multi-winding synchronous generators with permanent magnets for autonomous consumers, 2021 18th International Scientific Technical Conference Alternating Current Electric Drives, ACED 2021 - Proceedings, May 2021.

10. Kotin D., Ivanov I., and Shtukkert S. Modified Permanent Magnet Synchronous Generators for Using in Energy Supply System for Autonomous Consumer. Energies 2021, V. 14, no. 21. p. 7196. Nov. 2021.

11. Kotin D. and Ivanov I. New type single-phase generator for autonomous consumer. Proceedings - 2020 International Conference on Industrial Engineering, Applications and Manufacturing, ICIEAM 2020, May 2020.

12. Halina T., Ivanov I., and Stalnaya M. Sine-cosine Generator. 2019 International Multi-Conference on Industrial Engineering and Modern Technologies, FarEastCon 2019, Oct. 2019.

13. Bulatov YuN., Kryukov AV and Nguyen V.H. Modeling a gas-turbine unit with prognostic regulators of voltage and speed. Power engineering: research, equipment, technology, V. 22. no. 3. pp. 60–67. Sep. 2020.

14. Ачитаев А.А., Жидков А.А., Митрофанов С.В. Исследование управляемой гибкой связи турбины и генератора микроГЭС в автономной электроэнергетической системе // Электричество. 2020. № 1. С. 25-31.

15. Fedorov T. Synchronous generators for traction mechanisms. IOP Conference Series: Materials Science and Engineering. V. 918. no. 1. Oct. 2020.

16. Chen J., Liu M., and O’Donnell T. Replacement of Synchronous Generator by Virtual Synchronous Generator in the Conventional Power System. IEEE Power and Energy Society General Meeting. V. 2019-August, Aug. 2019.

17. Yan X., Mohamed S.Y.A., Li D., and Gadalla A. S. Parallel operation of virtual synchronous generators and synchronous generators in a microgrid. The Journal of Engineering. V. 2019. no. 16. pp. 2635–2642, Mar. 2019.

18. Shi Q., Wang G., Fu L., et al. A design method of simulative synchronous generator based on virtual synchronous generator theory. Dianwang Jishu/Power System Technology. V. 39. no. 3. pp. 783–790. Mar. 2015.

19. Popovski P., Veljanovski G., Arapinovski B., et al. Electomagnetic Analysis of Synchronous Generator. 2021 56th International Scientific Conference on Information, Communication and Energy Systems and Technologies, ICEST 2021 - Proceedings, pp. 189– 192, Jun. 2021.

20. Chen X., Zhang C., Huang Q., et al. Small signal modeling for virtual synchronous generator consistent with synchronous generator and analysis. Dianli Zidonghua Shebei/Electric Power Automation Equipment. V. 37. no. 11. pp. 78–85. Nov. 2017.