Задача максимального использования установленной мощности ветроэнергетической установки (ВЭУ) при минимальных затратах не может быть эффективно решена без систем автоматического регулирования (САР) объектов. САР включают в свой состав как системы автоматического управления нагрузками, так и систему регулирования ВЭУ. Учитывая, что САР будет работать в условиях неопределенности исходной информации, наиболее рационально создавать такую систему как адаптивную.
Адаптивной называется система, которая сохраняет работо-способность в условиях непредвиденного изменения свойств управляемого объекта, цели управления или условий окружающей среды посредством смены алгоритмов своего функционирования или поиска оптимальных состояний. Такая система производит управление на основе неполной исходной информации об управляемом процессе, изменяющееся по мере накопления информации о нем, и применяет управление с целью улучшения качества работы. Система адаптивного управления должна обеспечивать получение текущей информации о состоянии объекта, т.е. идентифицировать процесс. Она должна сравнить текущее качество работы объекта управления с желаемым и на основании этого принять решение так адаптироваться, чтобы качество работы стремилось к оптимальному.
Таким образом, адаптивные системы – это такие системы, которые обладают способностью при изменении возмущающих воздействий перестраивать свою структуру и (или) изменять параметры, обеспечивая наилучшее значение выбранного показателя качества работы управляемого объекта.
Основными возмущающими воздействиями для системы автономного энергообеспечения с ветроэнергетической установкой (СЭО с ВЭУ) являются:
- изменение скорости ветра;
- изменение температуры воздуха.
Изменение скорости ветра будет приводить к изменению энергетического потенциала источника энергии, а изменение температуры воздуха и скорости ветра – к изменению нагрузки на подсистему СЭО – систему теплоснабжения. Внутренним возмущающим воздействием в этом случае будет изменение технологического режима функционирования потребителей (графиков электрических и тепловых нагрузок).
Представленная в СЭО с ВЭУ может быть выполнена как структурно- параметрически адаптивная система, так как в ней имеется возможность управления потоками энергии и параметрами энергии. С этой целью возможно:
- создать систему управления ВЭУ, обеспечивающую выработку максимальной мощности при данной скорости ветра;
- оптимизировать параметры преобразования электрической энергии в тепловую (изменение величины питающего напряжения, количества включенных ТЭНов и т.д.);
- разработать алгоритм управления СЭО с ВЭУ для эффективного снабжения потребителей автономного объекта электрической и тепловой энергией во всех режимах функционирования объекта.
Этот алгоритм должен обеспечить:
- максимальное использование ветра для покрытия графиков электрических и тепловых нагрузок;
- функционирование источников тепловой и электрической энергии с КПД, позволяющим максимально экономить ресурс источников и горючесмазочные материалы;
- получение максимального технико-экономического эффекта;
- достижение оптимального значения эффективности СЭО с ВЭУ в переходных и установившихся режимах.
Для решения задачи построения адаптивной системы представим СЭО с ВЭУ в виде схемы. Управляющее устройство системы автоматического управления (САУ) состоит из адаптера и регуляторов. В составе программного обеспечения адаптера имеются математические модели основных каналов передачи электрической (СЭС) и тепловой (СТС) энергии.
В идеальном случае САР, которая управляет потоками энергии в трех указанных каналах, должна представлять собой адаптивную систему, в которой на основе моделирования энергетических процессов вырабатывается управляющее воздействие, оптимальное для данного момента времени и обеспечивающее оптимальную структуру энергетического баланса в целом рис 1.
Одним из эффективных методов синтеза законов оптимального управления является метод синтеза, оптимального по критерию обобщенной работы управления. Наиболее универсальными свойствами обладают алгоритмы оптимального управления с прогнозирующими моделями. Конкретные возможности системы автоматического управления САЭ с ВЭУ и вычислительные затраты зависят от вариантов алгоритма с прогнозирующей моделью, наиболее целесообразным из которых применительно к рассматриваемой задаче является алгоритм с численным дифференцированием.
Таким образом, для максимального использования адаптационных свойств источника энергии и объекта, САР должна быть кибернетического типа с программным обеспечением, учитывающим вероятностный характер поступающих энергоресурсов, резкопеременный характер графиков тепловых и электрических нагрузок и изменение параметров объекта и источника энергии. Вместе с тем, необходимо учитывать, что высокий технический уровень САР объекта не должен привести к существенному возрастанию ее стоимости и соответственно к превышению нормативного срока окупаемости капитальных затрат при достаточно малых мощностях энергопотребления автономных объектов рассматриваемого класса. Рост затрат на САР объекта не должен превысить экономический эффект от её использования.
Итак, адаптивная система управления включает в себя регулятор частоты вращения ВЭУ, регулятор управления потоками энергии в ИБП, регулятор, управляющий потоками тепловой энергии в СТС, и центральный регулятор, который, обрабатывая информацию от трех каналов передачи энергии, задает экстремумы первым трем регуляторам. Таким образом, уровень регуляторов в составе САР объекта может изменяться от простых позиционных регуляторов до микропроцессорных приборов.