CC BY
18УДК 620.9
Клеин Д.Ю.
Филиал
Национальный исследовательский университет «МЭИ» (г. Волжский, Россия)
Научный руководитель: Болдырев И.А.
Филиал
Национальный исследовательский университет «МЭИ» (г. Волжский, Россия)
ИССЛЕДОВАНИЕ АЛГОРИТМА ОПТИМАЛЬНОГО УПРАВЛЕНИЯ ВЕТРОГЕНЕРАТОРОМ ПРИ ИСПОЛЬЗОВАНИИ ВЕКТОРНОГО ЧАСТОТНОГО
УПРАВЛЕНИЯ СИСТЕМОЙ ВОЗБУЖДЕНИЯ ГЕНЕРАТОРА
Аннотация: в работе построена математическая модель ветрогенератора с целью исследования возможности регулирования частоты вырабатываемой электрической энергии.
Ключевые слова: ветроэнергетическая установка, частотный преобразователь, скорость ветра.
При рассмотрении ветроэнергетической установки как объекта исследования, были выявлены параметры, которые характеризуют функционирование технологического процесса, такие параметры как: частота, активная и реактивная мощность. В качестве исследуемой системы будет рассматриваться имитационный стенд «ГалСен».
Исходя из вышеперечисленных параметров технические средства автоматизации стенда «ГалСен» следующие:
- плата сбора данных PCI-6024E;
- частотный преобразователь Altivar-312;
- трансформаторы тока ТП-114-Л198;
- трансформаторы напряжения ТПК-125-Л537;
- тахогенератор RE.0110, предназначенный для измерения частоты вращения вала.
Для построения системы регулирования будет использоваться программа SimInTech, а для расчетов - среда программирования Python.
Исследование предложенной системы управления ветрогенератором
ВЭУ вырабатывает электрическую энергию на переменном напряжении, но с частотой, зависящей от скорости ветра, тем самым, это напряжение выпрямляется и подается в аккумуляторы. При отсутствии ветра вырабатывается мощность, если ветер присутствует, то аккумуляторы заряжаются. На электростанции малой мощности (дома, части поселков) так и работает: они запасают энергию в аккумуляторы и при помощи инверторов из напряжения постоянного тока с аккумуляторов вырабатывают частоту 50 Гц, которую выдают в локальную систему. Но для мощных электростанций этот способ не подходит, так как большие мощности в аккумуляторах невозможно накопить [1].
Поэтому для мощных электростанций применяется другой вариант: переменное напряжение выпрямляется, превращается в постоянное и при помощи инверторов отправляется в энергосистему, это тот же самый способ, что и использовать ПЧ в силовой цепи, но такой инвертор будет очень дорогим. В таком случае можно использовать ПЧ на порядок меньшей мощности и установить его в цепь возбуждения. Таким образом, данный вариант позволяет сэкономить затраты на оборудование и ремонт оборудования.
Моделирование изменения скорости ветра с использованием цифровых технологий
Для моделирования использованы экспериментальные данные скорости ветра с метеостанции филиала МЭИ в г. Волжском.
Моделирование аэродинамических и механических процессов преобразования энергии ветрогенератора малой мощности с горизонтальной осью вращения динамическом режиме работы произведено с помощью программного комплекса 81ш1пТееЬ.
Полученная математическая модель используется для определения оптимального закона управления, обеспечивающего максимальную генерируемую мощность при изменении скорости ветра [2-3].
Динамическая модель ветрогенератора в которой в качестве экспериментальных данных будут использоваться данные с метеостанции НИУ ВФ МЭИ представлена на рисунке 1.
—т- Ч. Ф -
ЕН Й р
•1159155 3.3 Е 1 р— И— ИЗЙТ}- —®-1 и*?
ч 1 с 2 П—
-•ЦУ-
Рисунок 1 - Динамическая модель ветрогенератора
Результаты моделирования при ступенчатом воздействии приведены на рисунке 2.
1
О 100 200 300 400 500 600 700 300 900 1 0001100 120
Время 1 с
Рисунок 2 - Результаты моделирования при ступенчатом воздействии
В целях тестирования модели можно увидеть резкое изменение скорости ветра с 3 до 10 м/с (1=500 отн. ед.) и показано, как кратковременно изменяется частота, но за счет изменения частоты вращения ротора меняется частота возбуждения, и в результате суммарная частота генерируемого напряжения будет равна заданной частоте 50 Гц. Убедившись в полученном результате при резком изменении скорости ветра, можно внести в программу результаты моделирования скорости ветра, наблюдая, как будет меняться частота при реальных условиях (рисунок 3).
Рисунок 3 - Результаты моделирования при реальных условиях
Заключение
На основе рассмотренной в работе модели ВЭУ смоделированы процессы генерации электроэнергии. Показано, что применение частотного преобразователя в качестве возбудителя позволяет сэкономить затраты на оборудования и ремонт оборудования всей системы. Этот вариант более эффективен, чем существующий, при котором используются блоки-аккумуляторы.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ:
1. П.П. Безруких, Д.С. Стребков. Возобновляемая энергетика: стратегия, ресурсы, технологии. - М.: ГНУ ВИЭСХ, 2005.
2. Chen, J., Lin, T., Wen, C., Song, Y.: 'Design of a unified power controller for variable-speed fixed-pitch wind energy conversion system', IEEE Trans Ind Electron, 2016, 63, pp. 4899-4908.
3. Chen, J., Gong, C.: 'New overall power control strategy for variablespeed
fixed-pitch wind turbines within the whole wind velocity range', IEEE Trans Ind Electron, 2013, 60, pp. 2652-2660.
Klein D.Y.
National Research University "MEI" (Volzhsky, Russia)
Scientific advisor: Boldyrev I.A.
National Research University "MEI" (Volzhsky, Russia)
INVESTIGATION OF THE ALGORITHM OF OPTIMAL CONTROL OF A WIND GENERATOR USING VECTOR FREQUENCY CONTROL OF THE GENERATOR EXCITATION SYSTEM
Abstract: in this paper, a mathematical model of a wind generator is constructed in order to study the possibility of regulating the frequency of generated electrical energy.
Keywords: wind power plant, frequency converter, wind speed.
