CC BY
264
ственной продукции, Чувашская государственная сельскохозяйственная академия, Россия, Чебоксары (NovikovaGalinaV@yandex.ru).
NOVIKOVA GALINA - doctor of technical sciences, professor, head of Ohair of the Electric Equipments and Mechanization of Processing of Agricultural Production, Chuvash State Agricultural Academy, Russia, Cheboksary.
УДК 621.3 ББК 31.27-01
Р.В. КОЛОСОВ, В.Г. ТИТОВ, Г.М. МИРЯСОВ МОДЕЛИРОВАНИЕ ВЕТРОЭНЕРГЕТИЧЕСКИХ УСТАНОВОК
Ключевые слова: ветроэнергетические установки, моделирование, возобновляемая энергетика, энергоэффективность.
Рассмотрены способы моделирования ветроэнергетических установок с учетом сложности происходящих в них процессов. Получены модели, позволяющие оценить влияние колебаний ветра на выходные параметры системы. С помощью рассмотренных моделей возможна оценка аварийных процессов.
R. KOLOSOV, V. TITOV, G. MIRYASOV MODELING OF WIND POWER INSTALLATIONS
Key words: wind power installations, modeling, renewable power, energy efficiency.
In article ways of modeling of wind power installations taking into account complexity of processes occurring in them are considered. The models are received, allowing to estimate influence offluctuations of a wind on target parameters of system. With the help of the considered models the estimation of emergency processes is possible.
Для сложного нелинейного объекта, каковым является ветроэнергетическая установка (ВЭУ), при детальных исследованиях требуется создать математическую модель, достаточно сложную и требующую разбивки её на более мелкие и удобные для исследования части. Каждая модель при определенных допущениях с различной степенью детализации позволяет достаточно точно описать отдельные аспекты работы исследуемого объекта.
Создана модель ветроэнергетической установки (рис. 1), включающая в себя модели: 1) ветродвигателя крыльчатого типа; 2) синхронного генератора с постоянными магнитами; 3) мостового неуправляемого выпрямителя. Модель преобразует скорость ветряных потоков V^, с помощью ветроколеса и через ротор вращает электрогенератор, который, в свою очередь, через преобразователь питает нагрузку и производит заряд АБ. Управление преобразователем происходит через САР и НЭ, учитывающий параметры нагрузки и скорости ветра.
Модель ветродвигателя крыльчатого типа. Аэродинамические характеристики вычисляют для каждого элемента лопасти, и они зависят от примененного в лопасти профиля и угла атаки, под которым поток ударяет в лопасть [1].
Ввиду сложности данного расчета для создания модели ветроколеса воспользуемся экспериментальными аэродинамическими характеристиками профиля Эсперо [1].
Наилучшие аэродинамические характеристики ветроколесо имеет, когда угол установки лопасти равен нулю, однако на практике для обеспечения механической прочности ветроколеса лопасти устанавливают под углом 10-15°.
Так как в диапазоне скоростей Vmm - Vmax предусматривается работа с переменной скоростью вращения (максимальное использование энергии ветра)
и угол установки лопасти при этом остается постоянным, принимаем угол установки лопасти равным десяти.
Ветроколесо и ротор
Рис. 1. Структурная схема моделируемой ВЭУ:
САР - система автоматического регулирования; НЭ - нелинейный элемент; МА- аэродинамический момент; Мэ- электромагнитный момент; а> - угловая скорость ротора; ¥в - скорость ветра; /пн, ипн - ток и напряжение преобразователя; 1н, ин - ток и напряжение нагрузки; 1б, иб -ток и напряжение балласта; /аб, иаб - ток и напряжение аккумуляторной батареи;
Рязад- задание на максимальную мощность; иу - сигнал управления преобразователем
По полученным данным строим модель, представленную на рис. 2.
Рис. 2. Модель ветродвигателя в пакете МЛТЬЛБ Бітиітк
Модель синхронного генератора. В основу построения структурной схемы синхронного генератора положена система уравнений Парка - Горева. Структурная схема генератора представлена на рис. 3.
Штриховыми линиями отмечены нелинейная часть и блоки сопряжения ее с моделью идеализированной синхронной машины.
На данной структурной схеме входные и выходные переменные, описанные в относительных единицах, будут изображены с индексами о.е. (и ое.)
Входными сигналами являются момент приводного двигателя яое., а также напряжения икЛ ое., икс1 ое.. В рассматриваемом варианте иы ое= икс1 ое. = 0. Выходной сигнал генератора представляет собой огибающую фазного напряжения.
В состав электроэнергетической системы (ЭЭС) входят синхронные генераторы, регуляторы напряжения, нагрузка и т.д. Эти элементы ЭЭС могут быть описаны уравнениями в абсолютных единицах в трехкоординатной системе А, В, С, поэтому встает необходимость в блоке, который будет произво-
дить переход переменных величин из одной координатном системы в другую, от относительных единиц к абсолютным и обратно.
<ю
Рис. 3. Блок синхронного генератора в пакете МаІЬаЬ Бітиітк (в относительных единицах двух координатной С,д системы)
Блок синхронного генератора в относительных единицах двухкоординатной С,д системы и блок преобразования координат имеют вид, изображенный на рис. 4.
т—►! V I----------------юз
Модель мостового выпрямителя. На основе принципа работы мостового неуправляемого полупроводникового выпрямителя можно составить следующую схему данного выпрямителя в пакете Ма1;ЬаЬ 8тиПпк.
Рис. 5. Блок мостового неуправляемого полупроводникового выпрямителя в пакете Ма1ЬаЪ БтиНпк
Учет колебания скорости ветра. Возмущающим сигналом в данной системе является скорость ветра. Как следует из анализа существующих работ, для исследования поведения ВЭУ в динамических режимах используют несколько моделей динамики изменения скорости ветра: 1) скачкообразное изменение мгновенной скорости ветра от одного установившегося значения к другому; 2) изменение мгновенной скорости ветра в виде косинусной полуволны.
На практике работа ВЭУ происходит в условиях турбулентности воздушного потока. Поэтому важное значение имеет исследование влияния турбулентностей воздушного потока на устойчивость работы ВЭУ. Многие авторы турбулентные флуктуации скорости ветра моделируют как одномерный случайный процесс.
Для того, чтобы данные, полученные в результате расчетов модели, соответствовали реальным характеристикам скорости ветра в районе предполагаемого размещения ВЭУ, необходимо проводить моделирование на основе спектральной плотности распределения скорости ветра, характерной для данного района.
В рамках обозначенной задачи изменение скорости ветра можно моделировать так:
У=уср +Тпер8т(ю-0,
где Упер - амплитуда колебаний скорости ветра; Уср - среднее значение скорости ветра.
Рассмотрим модель ВЭУ без системы автоматического регулирования с преобразователем напряжения на основе неуправляемого выпрямителя.
Результаты моделирования процессов в ВЭУ мощностью 1 кВт, полученные при скоростях ветра Уср1 = 7 м/с, представлены на рис. 6-9. Амплитуду колебаний скорости ветра примем равной 1 м/с, частоту колебаний - 0,5 Гц [2].
Рис. 7. Мгновенные значения мощности ветроколеса
Рис. 8. Мгновенные значения напряжения на выходе выпрямителя
Р (t), Вт
— t,c
Результаты
эксперимента
Рис. 9. Мгновенные значения мощности на выходе выпрямителя
Как видно из полученных результатов, с увеличением скорости ветра мощность ветродвигателя увеличивается пропорционально скорости ветра в кубе.
Необходимо оценить влияние колебания порывов ветра на ток и напряжение на выходе машинно-вентильной системы.
Для этого, задаваясь частотой пульсаций ветра в пределах от 0,05 Гц до 1 Гц, измерим амплитуды колебаний выпрямленного тока и напряжения в установившемся режиме. Полученные данные занесем в таблицу.
Выводы. Получены модели, позволяющие оценить влияние колебаний ветра на выходные параметры системы. С помощью рассмотренных моделей возможна оценка аварийных процессов.
Литература
1. Андрианов В.Н., Быстрицкий Д.Н., Вашкевич К.П., Секторов В.Р. Ветроэлектрические станции. М.: Госэнергоиздат, 1960. 319 с.
2. Колосов Р.В., Титов В.Г., Мирясов Г.М. Моделирование ветроэнергетических установок // Актуальные проблемы электроэнергетики: материалы науч.-техн. конф. / Нижегородский гос. техн. ун-т. Н. Новгород, 2012. С. 103-111.
КОЛОСОВ РОМАН ВАДИМОВИЧ - аспирант кафедры электрооборудования судов, Нижегородский государственный технический университет имени Р.Е. Алексеева, Россия, Нижний Новгород (romio_86@bk.ru).
KOLOSOV ROMAN - post-graduate student of Ships Electrical Equipment Chair, Nizh-niy Novgorod State Technical University named after R.E. Alekseev, Russia, Nizhny Novgorod.
ТИТОВ ВЛАДИМИР ГЕОРГИЕВИЧ - доктор технических наук, профессор кафедры электрооборудования судов, Нижегородский государственный технический университет имени Р.Е. Алексеева, Россия, Нижний Новгород (eos@nntu.nnov.ru).
f, Гц AUm, В Д1т> А
0,05 2,5 1,535
0,1 1,35 0,75
0,3 0,45 0,24
0,6 0,25 0,101
0,9 0,145 0,815
1 0,125 0,08
TITOV VLADIMIR - doctor of technical sciences, professor of Ships Electrical Equipment Chair, Nizhniy Novgorod State Technical University named after R.E. Alekseev, Russia, Nizhny Novgorod.
МИРЯСОВ ГЕОРГИЙ МИХАЙЛОВИЧ - доцент кафедры электрооборудования судов, Нижегородский государственный технический университет имени Р.Е. Алексеева, Россия, Нижний Новгород (eos@nntu.nnov.ru).
MIRYASOV GEORGY - associate professor of Ships Electrical Equipment Chair, Nizhniy Novgorod State Technical University named after R.E. Alekseev, Russia, Nizhny Novgorod.
УДК 621.314.015.32 ББК 3261.8
Г.М. МИХЕЕВ, Д.И. КОНСТАНТИНОВ, Л.Г. ЕФРЕМОВ
АЛГОРИТМ СНЯТИЯ КРУГОВОЙ ДИАГРАММЫ РПН ТИПА РНОА - 110/1000
Ключевые слова: автотрансформатор, регулятор напряжения под нагрузкой (РНП), переключающее устройство, контактор, алгоритм снятия круговой диаграммы.
Рассмотрены методика снятия круговой диаграммы регулятора напряжения под нагрузкой типа РНОА-110/1000 и алгоритм его работы. Показано, что разработанная методика способствует сокращению времени для подготовки и осуществления процесса снятия круговой диаграммы, автоматизации синхронизированной цифровой регистрации углов поворота выходного вала привода и моментов переключения контактов контактора и переключателей РПН, а также позволяет автоматизировать обработку измеряемых величин, протоколирование результатов измерений с выводом на печать.
G. MIKHEEV, D. KONSTANTINOV, L. EFREMOV THE ALGORITHM OF RNOA-110/1000 TAP-ON-LOAD RADIAL DIAGRAM MEASUREMENT Key words: autotransformer, tap on-load, tap-changer, contactor, radial diagram measurement and the algorithm of its work.
The method of RNOA-110/1000 tap-on-load radial diagram measurement and the algorithm of its work are considered in the article. It is shown that the technique developed decreases the time of the preparing and realization of radial diagram measurement process. The technique also facilitates the automatization of synchronized digital registration of the gear output shaft rotation angle and switching moments of the contactor contacts and tap-on-loads and allows to automatize the data processing, logging of measurements results with printout.
В настоящее время для регулирования напряжения в системе энергетики России и в странах СНГ применяется множество разновидностей РПН типа РНОА (см. таблицу).
Это однофазный РПН с токоограничивающими резисторами с изоляцией между фазами [1, 5]. В энергосистеме Чувашии применяется только один тип -РНОА-110/1000. Он установлен в нейтралях силовых трёхфазных автотрансформаторов мощностью 125 MB-А на подстанциях 220 кВ «Канашская», «Тюрлеминская», «Венец» и на автотрансформаторах 200 MB-А ТЭЦ-2, а также на Чебоксарской ГЭС ОРУ 500 кВ.
РПН типа РНОА-110/1000 предназначен для регулирования напряжения на линейных выводах обмотки среднего напряжения 115 кВ и имеет номинальный ток 1000 А.
