Введение
Раздел 1. Проблемы, перспективы и особенности электроэнергетики на базе нетрадиционных возобновляемых источников энергии 11
1.1 Состояние электроэнергетики России и проблемы электроснабжения сельскохозяйственных потребителей в удаленных и децентрализованных районах 11
1.2 Перспективы развития электроэнергетики на основе возобновляемой энергии Солнца, ветра, биомассы и малых рек 16
1.3 Анализ показателей эффективности и особенности АЭЭС 18
1.3.1 Схема типового блока АЭЭС 18
1.3.2 Критерии оптимизации АЭЭС 20
1.3.3 Особенности проектирования АЭЭС для электроснабжения потребителей небольшой мощности 23
1.3.3.1 Выбор источников и преобразователей электроэнергии для АЭЭС 23
1.3.3.2 Выбор параметров электроэнергии АЭЭС 27
1.3.3.3 Коммутаторы, системы защиты, управления и контроля АЭЭС 30
1.3.4 Выбор генератора АЭЭС 31
1.4 Выбор ВИЭ для автономной электростанции небольшой мощности 39
1.4.1 Краткая характеристика ВИЭ Алтайского края и республики Алтай 40
1.4.2 Использование ВИЭ для выработки электроэнергии 45
1.5 Обоснование выбора преобразователя энергии воды в механическую энергию вращательного движения вала генератора 50
1.6 Анализ способов стабилизации параметров генерируемой электроэнергии микро-ГЭС. Выбор принципа работы системы автоматического управления асинхронным генератором 57
1.7 Основные задачи диссертационной работы 64
Раздел 2 Математическое моделирование и методики расчета основных узлов и элементов микро-ГЭС 66
2.1 Расчётная модель водоналивного колеса, методика расчета и оптимизации его параметров 68
2.1.1 Расчет конструктивных параметров водоналивного колеса 69
2.1.2 Расчетная модель водоналивного колеса с водоудерживающим элементом 75
2.1.3 Принципиальная блок-схема расчета и оптимизации параметров водоналивного колеса 79
2.2 Асинхронный генератор как объект исследования 83
2.2.1 Математическое описание асинхронного двигателя 85
2.2.2 Аналитическая методика определения параметров схем замещения асинхронного двигателя 93
2.2.3 Анализ схем замещения асинхронного самовозбуждающегосяге нератора 96
2.2.4 Механизм самовозбуждения асинхронной машины 98
2.2.5 Расчет емкости конденсаторов возбуждения по номинальным электрическим данным асинхронного двигателя 107
2.2.6 Характеристики автономного асинхронного генератора 111
2.2.7 Векторные диаграммы асинхронного генератора 116
2.2.7 Математическая модель автономного трехфазного асинхронного генератора 120
2.2.8 Графо-аналитическая методика расчета рабочих характеристик автономного асинхронного генератора 125
Раздел 3 Экспериментальное исследование работы асинхронного двигателя в генераторном режиме 129
3.1 Экспериментальная установка для исследования работы асинхронного двигателя в генераторном режиме 129
3.2 Методика исследования режимов работы автономного асинхронного генератора 132
3.3 Исследование режимов возбуждения и развозбуждения АСГ 135
3.3.1 Возбуждение и развозбуждение АСГ на холостом ходу 136
3.3.2 Возбуждение и развозбуждение АСГ под нагрузкой 141
3.4 Исследование работы АСГ с приводным двигателем соизмеримой мощности 144
3.4.1 Нагрузочные характеристики АСГ 145
3.4.2 Изучение зависимости характеристик АСГ от нагрузки и емкости конденсаторов возбуждения 154
3.5 Исследование максимального тока нагрузки АСГ 160
3.6 Характеристика холостого хода АСГ 167
3.7 Сравнение экспериментальных и расчетных характеристик АСГ на базе асинхронного двигателя АИР 80А4СУ2 170
Раздел 4 Разработка системы автоматического управления параметрами асинхронного генератора и комплексной методики расчета микро-ГЭС . 175
4.1 Разработка системы автоматического управления 175
4.1.1 Анализ систем автоматического регулирования напряжения асинхронного генератора 176
4.1.2 Тиристорные регуляторы с фазовым управлением 183
4.1.3 Выбор параметров регулирования для стабилизации амплитуды и частоты напряжения 184
4.1.4 Описание блок-схемы системы автоматического управления 187
4.1.5 Описание блока регулирования и управления напряжением 189
4.1.6 Описание блока регулирования и управления частотой 193
4.1.7 Описание блока защиты 196
4.2 Создание методики комплексного расчета микро-ГЭС 197
4.2.1 Методика расчета емкости конденсаторов возбуждения 198
4.2.2 Комплексная методика расчета микро-ГЭС 198
Раздел 5 Исследование работы микро-ГЭС в лабораторных и промышленных условиях 204
5.1 Исследование работы опытного образца микро-ГЭС 204
5.2 Натурные испытания микро-ГЭС на Колыванском камнерезном заводе 210
5.3 Блок автоматического управления электрической нагрузкой асинхронного генератора 215
Заключение 220
Библиографический список использованной литературы 222
Приложения 231
