Д.Г. Алексеевский, В.П. Метельский,И.Ю. Немудрый - Динамика ветроэлектрической установки с аэродинамической мультипликацией

Аннотация

Д.Г. Алексеевский, В.П. Метельский,И.Ю. Немудрый Динамика ветроэлектрической установки с аэродинамической мультипликацией Приведены результаты исследований влияния конструкции ветроэлектрической установки на динамические характеристики. Оценка динамических показателей такой установки выполнена компьютерным моделированием.

Общая постановка проблемы

Особенностью ветроэлектрических установок (ВЭУ) с аэродинамической мультипликацией является возможность работы её синхронных генераторов непосредственно с сетью в широком диапазоне изменения скорости ветрового потока, т.е. с переменной скоростью рабочего колеса (РК)[3]. Расположение генераторов с ветротурбинами (ВТ) на лопастях ротора способствует снижению скорости нарастания генерируемой мощности при резкопеременном ветровом потоке благодаря высокой инерционности РК.

Режим работы с постоянной частотой вращения ВТ в указанных ВЭУ обеспечивает оптимальный отбор мощности ветрового потока из-за наличии эффекта автостабилизации и электромеханической системы при работе на сеть [2].

При работе с малой скоростью ветрового потока или в автономном режиме этот эффект отсутствует, так как генераторы отделены от сети при помощи преобразователя [1]. Поэтому для обеспечения максимального отбора мощности необходимо обеспечить стабилизацию частоты вращения ВТ за счет принудительного регулирования их нагрузки при помощи регуляторов частоты.

Исследование динамических режимов работы ВЭУ проведено на математической модели, блок-схема которой представлена на рис.1.

Рисунок 1 – Блок-схема математической модели

В состав модели входит модуль электромеханической части ВЭУ [2], блок системы управления (СУ) частотой ВТ и модуль электрической части (ЭЧ), состоящий из трех неуправляемых выпрямителей с преобразователями повышающего напряжения (ППН) и автономным инвертором напряжения для связи с сетью.

На рис.2 представлены результаты моделирования при спокойном потоке ветра Vb1 (м/с).

Рисунок 2 – Осциллограмма работы ВЭУ при постоянном потоке

На осциллограмме видны пульсации вторичного ветрового потока Vb2 (м/с), вызванные изменением положения осей ВК относительно земли при равномерном вращении РК W1 (рад/с), что приводит к изменению момента, воздействующего на ВТ, которые расположены под углом ? по отношению к направлению ветра. Поддержание частоты обеспечивается системой регулирования частоты, воздействующей на ППН, что приводит к соответствующему изменению нагрузки генератора Mg1 (Н•м). Точность поддержания частоты вращения W21+ W23=0,7 % от номинальной мощности при частоте модуляции ≈ 2 гц. Пульсации момента сдвинуты на треть периода модуляции, поэтому 3 генератора образуют симметричную систему, что исключает пульсации мощности на выходе ВЭУ.

Характер изменения вторичного ветрового потока Vb2, мощности Pn (Вт) и момента на валу генератора Mg1 при резко переменном потоке показан на рис.3.

Рисунок 3 – Осциллограмма работы ВЭУ при переменном потоке

На нем видно, что момент генератора Mg1 содержит составляющую момента, связанную с указанной особенностью расположения ВТ на лопастях РК. Стабильность поддержания частоты W21-W23 сохраняется в пределах 1 %.

Таким образом, моделирование подтвердило влияние изменения скорости ветрового потока на пульсации мощности, связанные с конструктивной особенностью расположения ВТ на лопастях РК.

Список использованной литературы

1. Андриенко П.Д. Реализация автономного режима работы ветроэлектрической установки типа ТГ-1000 / П.Д. Андриенко, В.С. Кражан, И.Ю. Немудрый // Вісн. Нац. техн. ун-ту «ХПІ». – Харків: – 2010.– № 28
2. Голубенко Н.С. Моделирование электромеханической системі ВЭУ с аэродинамической мультипликацией в режиме стабилизации скорости ветровых турбин / Н.С.Голубенко, П.Д.Андриенко, И.Ю.Немудрый // Эл.техника и эл.энергетика. – 2011. – № 1.– -С.13-20.
3. Тенденции развития ветроэлектрических и безмультипликаторных ветровых установок / Н.С.Голубенко, С.И.Довголюк, А.М.Фельдман, В.А.Цыганов // Нетрадиционная энергетика XXI века – материалы IV междун. конф. – Крым- Гурзуф: – 2003. – С.68-74.