Развитие новой аппаратной базы электромашиностроения, силовой электроники и микропроцессорной техники стимулирует разработчиков на создание высокотехнологичных, энергоэффективных, надежных и быстро окупаемых ветроэнергетических установок (ВЭУ) [1]. Сегодня к возобновляемым автономным источникам энергии (АИЭ) на базе ВЭУ предъявляются все более высокие требования по обеспечению надежности и энергоэффективности работы [2]. Типовые решения систем электроснабжения (СЭС) с ВЭУ реализуют только частные задачи, не обеспечивая комплекса проблем создания конкурентоспособных интеллектуальных источников электроснабжения (ИИЭ) на основе принципов активно-адаптивных «интеллектуальных» электросетей SMART GRID [3, 4]. Принятые в последнее время нормативные акты РФ стимулируют поиск инновационных энергосберегающих технологий СЭС на базе ВЭУ для объектов и потребителей различных отраслей.
Существующие автономные ветроэнергетические установки (ВЭУ), вырабатывающие электроэнергию переменного напряжения стабилизированной частоты и амплитуды, имеют ряд недостатков [5, 6]:
– ограниченный диапазон скоростей ветрового потока, при котором возможен отбор мощности с ветроколеса (ВК);
– отсутствие параллельной работы источников электроэнергии: аккумуляторной батареи и генераторов переменного напряжения (ГПН), приводимых во вращение ВК и двигателем внутреннего сгорания (ДВС), с распределением общей нагрузки между ними;
– повышенный расход топлива (низкий КПД) ДВС, связанный с постоянной скоростью вращения его вала при меняющейся мощности нагрузки.
Авторами предлагается структура ВЭУ с двумя каналами генерирования электроэнергии, каналом накопления энергии, выходным каналом, позволяющая устранить вышеуказанные недостатки и повысить энергоэффективность ВЭУ (рис. 1).
Один из каналов генерирования электроэнергии – канал преобразования энергии от ветроколеса – содержит последовательно соединенные элементы, такие как: ветроколесо, ГПН, неуправляемый выпрямитель, преобразователь стабилизирующего типа. Указанный канал имеет ответвление от выпрямителя в виде последовательного соединения устройства от бора излишней мощности, балластной нагрузки или альтернативного накопителя.