Научная статья на тему 'Определение рабочей области ИППН в составе электромеханической системы ВЭУ с переменной скоростью вращения'

Определение рабочей области ИППН в составе электромеханической системы ВЭУ с переменной скоростью вращения Текст научной статьи по специальности «Электротехника, электронная техника, информационные технологии»

CC BY
110
17
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.
Ключевые слова
ВЕТРОЭНЕРГЕТИЧЕСКАЯ УСТАНОВКА / ЭЛЕКТРОМЕХАНИЧЕСКАЯ СИСТЕМА / ИМПУЛЬСНЫЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ПОСТОЯННОГО НАПРЯЖЕНИЯ / ПЕРЕМЕННАЯ СКОРОСТЬ ВРАЩЕНИЯ / ГРАФОАНАЛИТИЧЕСКАЯ ИНТЕРПРЕТАЦИЯ / WIND POWER SYSTEM / ELECTROMECHANICAL SYSTEM / PULSE DC VOLTAGE CONVERTER / VARIABLE ROTATION SPEED / GRAPHOANALYTICAL INTERPRETATION

Аннотация научной статьи по электротехнике, электронной технике, информационным технологиям, автор научной работы — Алексеевский Д. Г., Андриенко П. Д., Турышев К. О., Панкова О. О.

Цель. Разработка методики согласования диапазонов входного и выходного напряжения импульсного преобразователя постоянного напряжения (ИППН), в составе электрооборудования ветроэнергетической установки (ВЭУ) с переменной скоростью вращения вала ветротурбины. Методика. Для определения параметров ИППН был предложен графоаналитический метод расчета, который также являются средством визуализации результатов. Результаты. С помощью графоаналитического метода согласования диапазонов входного и выходного напряжений ИППН определены область «гарантированной управляемости», область «не отпирания», а также область «не запирания». Первая область соответствует режимам работы ИППН, для которых обеспечивается устойчивая работа ВЭУ с переменной скоростью вращения вала ветротурбины. Вторая и третья области соответствуют аварийным режимам работы ВЭУ. Научная новизна. Предложена графоаналитическая интерпретация диапазонов изменения напряжений ИППН в составе электромеханической системы ВЭУ, которая позволяет наглядно представить проблему согласования режимов работы оборудования ВЭУ. Практическая значимость. Предложен порядок согласования диапазонов входного и выходного напряжений ИППН в составе электрооборудования для ВЭУ с переменной скоростью вращения вала ветротурбины, позволяющий определить область гарантированной управляемости ВЕУ.

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

Похожие темы научных работ по электротехнике, электронной технике, информационным технологиям , автор научной работы — Алексеевский Д. Г., Андриенко П. Д., Турышев К. О., Панкова О. О.

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

DETERMINATION OF THE OPERATING ZONE OF THE PULSE DC VOLTAGE CONVERTER IN THE ELECTROMECHANICAL SYSTEM OF THE WIND POWER PLANT WITH A VARIABLE ROTATION SPEED

Purpose. Development of the method for matching of the input and output voltage ranges of the pulse DC voltage converter, as part of the electrical equipment of the wind power plant with a variable speed of rotation of the wind turbine shaft. Methods. Graphoanalytical calculation methods, which are also a means of the results visualization for determinatethe parameters of the pulse DC voltage converter was offered. Results. The graph interpretation of the «guaranteed controllability» area, «non-unlocking» area, and «non-locking» area with the help of the grapho-analytical method of matching of the input and output voltage ranges of the pulse dc voltage converter are defined. The first area corresponds to the operation modes of the pulse dc voltage converter, for which a stable operation of the wind turbine with a variable rotation speed of the wind turbine shaft is provided. The second and third areas correspond to the emergency operating modes of the power plant. Originality. The graphoanalytical interpretation of the converter voltage variation ranges as part of the electromechanical system of the wind power plant, which allows to visually presenting the problem of matching of the operation modes of the wind power plant equipment is offered. Practical value. The order of matching the ranges of input and output voltages of the pulse DC voltage converter in the structure of the electrical equipment for wind power plant with variable rotation speed of the wind turbine shaft, which allowing to determinate the zone of guaranteed controllability of the wind power plant is proposed.

Текст научной работы на тему «Определение рабочей области ИППН в составе электромеханической системы ВЭУ с переменной скоростью вращения»

II. ЕЛЕКТРОЕНЕРГЕТИКА

УДК 621.311.24

Алексеевский Д. Г.1, Андриенко П. Д.2, Турышев К. О. 3, Панкова О. О.4

1 Канд.тех.наук, доцент кафедры Электронных систем, Запорожская государственная инженерная академия, Запорожье, Украина, e-mail: [email protected] 2 Д-р тех. наук, профессор, зав. каф. Электрических и электронных аппаратов, Запорожский национальный технический университет, Запорожье, Украина, e-mail: [email protected] 3 Ассистент кафедры Электронных систем, Запорожская государственная инженерная академия,

Запорожье, Украина

4 Аспирант кафедры Электронных систем, Запорожская государственная инженерная академия,

Запорожье, Украина

ОПРЕДЕЛЕНИЕ РАБОЧЕЙ ОБЛАСТИ ИППН В СОСТАВЕ ЭЛЕКТРОМЕХАНИЧЕСКОЙ СИСТЕМЫ ВЭУ С ПЕРЕМЕННОЙ

СКОРОСТЬЮ ВРАЩЕНИЯ

Цель. Разработка методики согласования диапазонов входного и выходного напряжения импульсного преобразователя постоянного напряжения (ИППН), в составе электрооборудования ветроэнергетической установки (ВЭУ) с переменной скоростью вращения вала ветротурбины.

Методика. Для определения параметров ИППН был предложен графоаналитический метод расчета, который также являются средством визуализации результатов.

Результаты. С помощью графоаналитического метода согласования диапазонов входного и выходного напряжений ИППН определены область «гарантированной управляемости», область «не отпирания», а также область «не запирания». Первая область соответствует режимам работы ИППН, для которых обеспечивается устойчивая работа ВЭУ с переменной скоростью вращения вала ветротурбины. Вторая и третья области соответствуют аварийным режимам работы ВЭУ.

Научная новизна. Предложена графоаналитическая интерпретация диапазонов изменения напряжений ИППН в составе электромеханической системы ВЭУ, которая позволяет наглядно представить проблему согласования режимов работы оборудования ВЭУ.

Практическая значимость. Предложен порядок согласования диапазонов входного и выходного напряжений ИППН в составе электрооборудования для ВЭУ с переменной скоростью вращения вала ветротурбины, позволяющий определить область гарантированной управляемости ВЕУ.

Ключевые слова: ветроэнергетическая установка, электромеханическая система, импульсный преобразователь постоянного напряжения, переменная скорость вращения, графоаналитическая интерпретация.

ВВЕДЕНИЕ

Достижения последних десятилетий в области преобразовательной техники дали ощутимый толчок развитию новых направлений в альтернативной энергетике. Изменения коснулись, прежде всего, новых возможностей в управлении энергетическими потоками в трактах преобразования энергии при одновременном снижении удельной стоимости преобразовательных устройств.

В отличие от использования полупроводниковых преобразователей (ПП) в качестве источников питания, где их функция заключается, главным образом, в обеспечении заданной внешней характеристики, в случаях их применения для альтернативных источников энергии (таких как ВЭУ и солнечные энергоустановки) на них возлагается задача обеспечения заданных входных характеристик.

АНАЛИЗ ИССЛЕДОВАНИЙ И ПУБЛИКАЦИЙ

Для регулирования режимов ВЭУ с переменной скоростью вращения, а также для обеспечения заданного

© Алексеевский Д. Г., Андриенко П. Д., Турышев К. О. , Панкова О.

БОТ 10.15588/1607-6761-2017-1-10

переходного и установившегося режима, необходимо обеспечить заданный момент генератора. Исходя из свойств электромагнитного преобразования, данная задача может быть решена путем включения в цепь генератора ПП в режиме стабилизации тока [1-6].

В [7-11] рассмотрены особенности использования таких ПП, для которых заявлена возможность обеспечить заданный момент генератора ВЭУ Однако при этом, сам вопрос методики, позволяющей обеспечить согласование диапазонов входного и выходного напряжений ИППН не рассмотрен [12-15].

В связи с этим, при проектировании электромеханической системы ВЭУ с переменной скоростью вращения, актуальной задачей является разработка методики согласовании диапазонов входного и выходного напряжения ИППН, который входит в состав преобразователя частоты (ПЧ) в качестве регулятора входного тока. В рамках решения данной задачи была бы уместна графическая интерпретация, то есть представление ее решения в графоаналитической форме. Как известно, графоаналитические методы расчета не только могут быть спосо-О., 2017

бом решения задачи, но и являются средством визуализации результатов [16].

Целью данной работы является разработка методики согласования диапазонов входного и выходного напряжения ИППН, в составе электрооборудования ВЭУ с переменной скоростью вращения вала ветротурбины, с использованием графоаналитического метода.

ИЗЛОЖЕНИЕ ОСНОВНОГО МАТЕРИАЛА И АНАЛИЗ ПОЛУЧЕННЫХ РЕЗУЛЬТАТОВ

Задание тока генератора в электромеханической системе ВЕУ (рис. 1) осуществляется путем использования ИППН в режиме регулятора тока в цепи постоянного тока. Его значение задается величиной коэффициента заполнения ИППН - у , который формируется в системе управления (СУ) на основе данных от датчиков тока (ДТ), скорости ветра (ДУВ ) и угловой скорости на валу генератора (Дю).

При эксплуатации ВЭУ напряжение на выходе преобразователя частоты, в данной концепции управления, изменяется в определённых, достаточно широких пределах. Особенно это касается входного напряжения ПЧ, так

Ув

как угловая скорость на валу генератора может меняться в широком диапазоне.

Рассмотренный выше способ управления режимом электромеханической системы ВЭУ с переменной скоростью вращения генератора предполагает реализацию статической и динамических траекторий регулирования моментом генератора.

Типовые траектории (статическая траектория -толстая линия и динамическая траектория для случая торможения ветротурбины - стрелочная линия) могут быть рассмотрены в координатах механической характеристики электромеханической системы ВЭУ (см. рис. 2).

Наиболее тяжелым, с точки зрения момента генератора, является режим, возникающий при реализации динамической траектории регулирования, изображенной на рис. 2 в виде стрелочной линии.

При этой динамической траектории регулирования происходит тормозной переход от номинальной скорости вращения вала генератора к рабочей точке на гиперболе мощности с максимальным моментом.

Нужно заметить, что для обеспечения тормозного динамического момента электромеханической системы необходимо превышение момента генератора над максимальным моментом ветротурбины на величину заданного значения динамического момента.

фильтр

. есть

Рисунок 1 - Электромеханическая система ВЭУ с переменной скоростью вращения ветротурбины

Рисунок 2 - Статическая и динамическая траектории регулирования момента генератора ВЭУ

Исходя из целей анализа, данную характеристику, вследствие свойств электромеханического преобразования, можно рассматривать в координатах тока и напряжения генератора. В связи с этим, рабочая точка динамической траектории - т1 соответствует максимальному току генератора, который должен быть обеспечен диапазоном регулирования ИППН.

и

тах

напряжения на входе ИИПН определяются угловыми скоростями ютщ и а„от, соответственно.

Фактором, определяющим рабочий диапазон напряжений на выходе ИППН -[ ит1П - итах ], является изменение напряжения в сети.

Рассмотрим систему координат иг (ц ) (см. рис. 3),

где Ц и и2 входное и выходное напряжение ИППН, соответственно.

Значения минимального - и и максимального -

Рисунок 3 - Диаграмма диапазонов входного и выходного напряжений ИППН

В данном графическом представлении могут быть изображены следующие диапазоны:

- сектор [ ут1П , утах ] соответствует допустимому

изменению коэффициента заполнения ИППН. Значение границ диапазона определяется, в основном, процессами коммутации силовых ключей ИППН и условием существования режима непрерывного тока;

- линии « ут1П » и « утах » строятся с помощью выражений (1) и (2), соответственно:

U 2 =

U 2 =

1 -у f

1 -у f

• R*

•U

1 •

1 -Ym

2

1 -Y "

• R*

• U

(1)

(2)

Эквивалентное сопротивление Re определяется из выражения:

R* =

R* • In

E

(3)

d 0

где Яе - внутреннее сопротивление генератора с выпрямителем [17]; /тах - максимальный входной ток ИППН; Еd0- ЭДС холостого хода входного выпрямителя.

т1

В выражении (3) ток 1d и ЭДС Е^0 соответствуют точке максимального момента т 1 (см. рис. 2).

Горизонтали « и 2"1П » и « и тах » определяют диапазон изменения выходного напряжения. Эти значения соответствуют величине противо-ЭДС инвертора в зве-

не постоянного тока. Его изменение, в основном, вызвано изменением напряжения сети.

Вертикали « Uf1" » и « Ufax » ограничивают диапазон изменения входного напряжения. Их значения, как уже было сказано, соответствуют различным угловым скоростям вращения вала генератора.

Рассмотренные три ограничения образуют область гарантированной управляемости - «А» (см. рис. 3). Ее свойством является то, что при любом сочетании значений ^и U 2 из этой области, система будет управляемой, в том смысле, что электрооборудование может обеспечить диапазон изменения заданного момента от нулевого до максимального значения.

Нужно отметить, что выход величины Uj и U2 за границы диапазона, приведет к появлению областей неуправляемости.

На рис. 3 данный случай показан областями [ Umin+, Umax+ ] и [ u f1n+ , U fax+ ].

Всего возникает две зоны неуправляемости:

а) Область не отпирания - «B», когда напряжение на входе ПЧ настолько мало, а напряжение сети настолько велико, что даже при максимальном значении коэффициента заполнения y max напряжение на выходе ИППН не может превысить противо-ЭДС инвертора. Ток в цепи отсутствует, отсутствует и момент генератора. Такая ситуация может возникнуть как при малых скоростях ветра, так и при больших. Особенно опасен этот режим при больших (выше номинальных) скоростях ветра. В этом режиме генератор осуществляет ограничение в зоне срыва потока (восходящая характеристика ветротурби-ны) при достаточно большом моменте на валу генератора. Неспособность системы создать необходимый момент на валу генератора приведет к неконтролируемому увеличению скорости ветротурбины и возможному аварийному режиму.

б) Область не запирания - «C», когда напряжение в сети настолько мало, а на зажимах генератора настолько велико, что даже при предельно, малом значении коэффициента заполнения ИППН Y , напряжение на выходе ИППН превышает напряжение противо-ЭДС инвертора и ток в системе не может быть отключен.

Такая ситуация может возникнуть в окрестностях номинального значения угловой скорости ветротурби-ны, например, при перерегулировании по скорости вращения ветротурбины во время электромеханического переходного процесса. Поэтому, при проектировании электромеханической системы ВЭУ с переменной скоростью вращения ветротурбины должны быть предусмотрены соответствующие запасы по ширине допустимых диапазонов изменения входного и выходного напряжения ПЧ.

Алгоритм согласования диапазонов напряжений может быть осуществлен в следующей последовательности:

2

1

1

1

1

1. Задание исходного диапазона изменения коэффициента заполнения ИППН - [ Y min , у max ]. Построение соответствующих пунктирных линий (см. рис. 3).

2. Задание максимального значения входного напряжения ИППН. Оно определяется максимальным напряжением на зажимах генератора при максимальной угловой скорости на его валу с учетом внешней характеристики выпрямителя.

3. Определение минимального выходного напряжения (точка - а на рис. 3):

(

U 2

1 -у m

1 -у m

• Re

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.

•Ui

(4)

4. Задание максимального выходного напряжения

Umax с учетом значения U2"in •

5. Определение минимального входного напряжения (точка b на рис.3) по значению U2"ax :

U,min =-

U 2

1 -Y11

.1 -уm

• Re

(5)

Таким образом, может быть определена область гарантированной управляемости электромеханической системой.

Для обеспечения безопасной работы системы необходимо предварительно задать значения соответствующих коэффициентов запаса для первичного и вторичного напряжений:

k1 =

AU,

AU,

1p

k2 =

AU

AU

2 p

Umax - Uj"in

fJmax rrmln

U1 p - U1p

u 2"ax - u 2"in

fJmax rrmin

U 2 p - U 2 p

(6)

(7)

ггт1п ггтах ггт1п ггтах где и 1р , и 1 р , и 2 р , и 2 р - соответствующие границы рабочих диапазонов (с учетом запасов) входного и выходного напряжений ИППН.

После задания соответствующих коэффициентов запаса могут быть определены границы рабочей области с учетом запаса:

г rmax _ г rmax U1 р =U1

1

2k,

• (Umax - Uf1"1)

(8)

rrmin rrmin . 1 /rrmax rrmln\

U1p = U1 + ' U1 - U1 ), (9)

' 2 р

* /rrmax rrminx _2k2 • 2 - U2 ), (10)

r rmin _ r rmin U 2 р = U 2 -

2k2

max min •(U 2 - U 2 )

(11)

Предложенная выше методика согласования диапазонов входного и выходного напряжения ИППН, в составе электрооборудования ВЭУ с переменной скоростью вращения вала ветротурбины, с использованием графоаналитического метода может быть использована в определении области гарантированной управляемости. Это позволит исключить вероятности появления аварийных режимов ВЕУ, а также повысить эффективность генерации электроэнергии.

ВЫВОДЫ

Предложена графическая интерпретация диапазонов изменения напряжений ИППН в составе электромеханической системы ВЭУ, которая позволяет наглядно представить проблему согласования режимов работы оборудования.

С помощью графоаналитического метода согласования диапазонов входного и выходного напряжений ИППН определены область «гарантированной управляемости», область «не отпирания», а также область «не запирания». Первая область соответствует режимам работы ИППН, для которых обеспечивается устойчивая работа ВЭУ с переменной скоростью вращения вала ветротурбины. Вторая и третья области соответствуют аварийным режимам работы ВЭУ.

Предложенная методика согласования диапазонов входного и выходного напряжений ИППН также позволяет сформировать порядок расчета системы, при отличном от рассмотренного выше сочетании заданных и определяемых параметров системы, т. е. выбрать параметры генератора и ветротурбины при заданном диапазоне изменения угловой скорости.

В работе рассмотрен только ИППН второго рода. Аналогичный подход может быть применен и для преобразователей постоянного напряжения других типов.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1.

2.

Sharmila Deve V, Karthiga S. (2012) Advanced control techniques in variable speed stand alone wind turbine systen. International Journal of Advances in Engineering & Technology, Vol. 3, Issue 1, pp. 549-557. Bunlung Neammanee, Somporn Sirisumrannukul, Somchai Chatratana (2010) Control Strategies for

1

2

1

1

2

1

1

Variable-speed Fixed-pitch Wind Turbines. Wind Power, INTECH, Croatia, pp. 189-232.

3. Mahmoud M. Hussein. (2012) Simple Sensorless Maximum Power Extraction Control for A Variable Speed Wind Energy Conversion System. International Journal of Renewable and Sustainable Energy, Vol.1, Issue 10, рр. 1-10.

4. Dimitrios Bourlis (2011) Control Algorithms and Implementation for Variable Speed Stall Regulated Wind Turbines. PhD dissertation. University of Leicester. URL: https://lra.le.ac.uk/handle/2381/28800

5. Sharmila Deve V (2012) Advanced Control Techniques in Variable Speed Stand Alone Wind Turbine System. International Journal of Advances in Engineering & Technology, Issue. 3. pp. 549-557.

6. Яримбаш Д. С. Особенности трехмерного моделирования электромагнитных полей асинхронного двигателя [Текст] / Д. С. Яримбаш, М. И. Коцур, С. Т. Яримбаш, И. М. Коцур // Електротехнша та елек-троенергетика - 2016. - №2 - С. 43 - 50. DOI 10.15588/ 1607-6761-2016-2-5

7. Alejandro R., Alvaro L., Gerardo V. (2009) Modeling of a Variable Speed Wind Turbine with a Permanent Magnet Synchronous Generator. IEEE International Symposium on Industrial Electronics, pp. 734-739.

8. Makvana V.T., Ahir R.K. (2013) Study ofPID Controller Based Pitch Actuator System for Variable Speed HAWT using MATLAB, International Journal of Innovative Research in Science, Engineering and Technology, Volume 2, Issue 5. - pp. 1496-1504.

9. Cuesta A.B., Gomez-Gil F. J. (2013) Feasibility of a Simple Small Wind Turbine with Variable-Speed Regulation Made of Commercial Components, Energies, Volume 6, Issue 6, pp. 3373-3391.

10. Belghazi O., Cherkaoui M (2012) Pitch angle control for variable speed wind turbines using genetic algorithm controller, Journal of Theoretical and Applied Information Technology, Volume 39, Issue 1, pp. 6-10.

11. Ofualagba G., Ubeku E. (2011) The Modeling and Dynamic Characteristics of a Variable Speed Wind Turbine, Journal of Energy Technologies and Policy, Volume 1, Issue 3, pp. 10-22.

12. Mali S. S., Kushare B. E. (2013) MPPT Algorithms: Extracting Maximum Power from Wind Turbines, International Journal Of Innovative Research In Electrical, Electronics, Instrumentation And Control Engineering, Volume 1, Issue 5, pp. 199-202.

13. Ramakrishnan V, Srivatsa S. K. (2012) Pitch Control of Wind Turbine Generator by using New Mechanism/ V Ramakrishnan, Volume 6, Issue 13, pp. 1-15.

14. Chunting Mi., Mariano Filippa (2004) Modeling and Control of a Variable-Speed Constant-Frequency Synchronous Generator with Brushless Exciter, IEEE Transactions on Industry Applications, Volume.40, Issue 2, pp. 565-573.

15. Коцур М. И. Особенности ударного теплового воздействия на асинхронный двигатель с модифицированной системой импульсного регулирования в условиях частых пусков [Текст] / М. И. Коцур, // Елект-ротехшка та електроенергетика. - 2014 - №1 -С. 32 - 36. DOI 10.15588/1607-6761-2014-1-5

16. Новиков, А. М. Методология научного исследования [Текст] / А. М. Новиков, Д. А. Новиков - М.: Либроком. -2010 - 280с.

17. Немудрий I. Ю. Шдвищення ефективносп електро-мехашчно! системи вгтроелектричних установок з аеродинамiчною мультиплшащею [Текст]: автореф. дис. на здобуття наук. ступеня канд. техн. наук: 05.09.03 /Немудрий 1гор Юршович. — Дшпропет-ровськ, 2015. — 20 с.

Статья поступила в редакцию 9.03.17

Алекаевський Д. Г.1, Андрieнко П. Д.2, Туришев К. О. 3, Панкова О. О.4

1Канд.тех.наук, доцент кафедри Електронних систем, Запорiзька державна шженерна академiя, Запорiжжя, Украша

2 Д-р тех. наук, професор, зав. каф. Електричних та електронних апараив Запорiзького нацюнального техшч-ного ушверситету, Запорiжжя, Украша

3 Асистент кафедри Електронних систем, Запорiзька державна шженерна академiя, Запорiжжя, Украша 4Аспирант кафедри Електронних систем, Запорiзька державна шженерна академiя, Запорiжжя, Украша ВИЗНАЧЕННЯ РОБОЧО1 ОБЛАСТ1 1ППН У СКЛАД1 ЕЛЕКТРОМЕХАШЧНО1 СИСТЕМИ ВЕУ З1

ЗМ1ННОЮ ШВИДК1СТЮ ОБЕРТАННЯ

Мета. Розробка методики узгодження дiапазонiв вхiдноi та вихiдноi напруг мпульсного перетворювача посттног напруги (1ППН), в складi електрообладнання втроенергетичног'установки (ВЕУ) зi змтною швидк-ктю обертання валу втротурбти.

Методика. Для визначення параметрiв 1ППН були використат графоаналтичш методи розрахунку, яю також е засобом вiзуалiзацiiрезультатiв.

Результаты. За допомогою графоаналтичного методу узгодження дiапазонiв вхiдноi та вихiдноi напруги 1ППН, визначеш область «гарантованоi керованостi», область «не вiдмикання», а також область «не зами-

кання». Перша область sidnosidae режимам роботи 1ППН, для яких забезпечуеться стшка робота ВЕУ 3i змтною швидюстю обертання валу втротурбти. Друга та третя oблaстi вiдnoвiдaють аваршним режимам роботи ВЕУ.

Наукова новизна. Запропоновано графоаналтичну ттерпретацт дianaзoнiв змти напружень 1ППН в склaдi електромехатчног системи ВЕУ, яка дозволяе наочно уявити проблему узгодження режимiв роботи обладнання ВЕУ.

Практична значим1сть. Запропоновано порядок узгодження дianaзoнiв вхiднoгo i вихiднoгo напруг 1ППН в склaдi електрообладнання для ВЕУ зi змтною швидюстю обертання валу втротурбти, що дозволяе визначи-ти область гарантованог керoвaнoстi ВЕУ.

Ключот слова: втроенергетична установка, електромехатчна система, шпульсний перетворювач пост-тног напруги, змтна швидюсть обертання, графоаналтична ттерпретащя.

Alekseevskiy D.G.1, Andrienko P.D.2, Tyrushev K.O.2, Pankova O.O.4

'PhD, Assoc. Prof. of the department of the electronic Systems, Zaporozhe State Engineering Academy

2 ScD, Prof., Chief of the department of the electrical and electronic apparatuses, Zaporizhzhya National Technical University, Zaporizhzhya, Ukraine

3 Assistant of the department of the electronic Systems, Zaporozhe State Engineering Academy

4Postgraduate student of the department of the electronic Systems, Zaporozhe State Engineering Academy

DETERMINATION OF THE OPERATING ZONE OF THE PULSE DC VOLTAGE CONVERTER IN THE

ELECTROMECHANICAL SYSTEM OF THE WIND POWER PLANT WITH A VARIABLE ROTATION SPEED

Purpose. Development of the method for matching of the input and output voltage ranges of the pulse DC voltage converter, as part of the electrical equipment of the wind power plant with a variable speed of rotation of the wind turbine shaft.

Methods. Graphoanalytical calculation methods, which are also a means of the results visualization for determinate the parameters of the pulse DC voltage converter was offered.

Results. The graph interpretation of the «guaranteed controllability» area, «non-unlocking» area, and «non-locking» area with the help of the grapho-analytical method of matching of the input and output voltage ranges of the pulse dc voltage converter are defined. The first area corresponds to the operation modes of the pulse dc voltage converter, for which a stable operation of the wind turbine with a variable rotation speed of the wind turbine shaft is provided. The second and third areas correspond to the emergency operating modes of the power plant.

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.

Originality. The graphoanalytical interpretation of the converter voltage variation ranges as part of the electromechanical system of the wind power plant, which allows to visually presenting the problem of matching of the operation modes of the wind power plant equipment is offered.

Practical value. The order of matching the ranges of input and output voltages of the pulse DC voltage converter in the structure of the electrical equipmentfor wind power plant with variable rotation speed of the wind turbine shaft, which allowing to determinate the zone of guaranteed controllability of the wind power plant is proposed.

Keywords: wind power system, electromechanical system, pulse DC voltage converter, variable rotation speed, graphoanalytical interpretation.

REFERENCES

1. Sharmila Deve V, Karthiga, S. (2012). Advanced control techniques in variable speed stand alone wind turbine systen. International Journal of Advances in Engineering & Technology, 3, 1, 549-557.

2. Bunlung Neammanee, Somporn Sirisumrannukul. (2010). Somchai Chatratana Control Strategies for Variable-speed Fixed-pitch Wind Turbines. Wind Power, INTECH, Croatia, 189-232.

3. Mahmoud M. Hussein. (2012). Simple Sensorless Maximum Power Extraction Control for A Variable Speed Wind Energy Conversion System. International Journal of Renewable and Sustainable Energy, 10, 1-10.

4. Dimitrios Bourlis Control Algorithms and

Implementation for Variable Speed Stall Regulated Wind Turbines. (2011). PhD dissertation. University of Leicester. URL: https://lra.le.ac.uk/handle/2381/28800

5. Sharmila Deve V. Advanced Control Techniques in Variable Speed Stand Alone Wind Turbine System. International Journal of Advances in Engineering & Technology, 2012, Issue. 3. pp. 549-557.

6. Yarimbash, D. S., Kotsur, M. I., Yarimbash, S. T., Kotsur, I. M. (2016). Osobennosti trekhmernogo modelirovaniya elektromagnitnykh poley asinkhronnogo dvigatelya, Elektrotehnika ta elektroenergetika, 2, 43 - 50. DOI 10.15588/1607-67612016-2-5

7. Alejandro, R., Alvaro, L., Gerardo, V (2009). Modeling of a Variable Speed Wind Turbine with a Permanent Magnet

Synchronous Generator. IEEE International Symposium on Industrial Electronics, 734-739.

8. Makvana, V T., Ahir, R. K. (2013). Study ofPID Controller Based Pitch Actuator System for Variable Speed HAWT using MATLAB. International Journal of Innovative Research in Science, Engineering and Technology, 2, 5. 1496-1504.

9. Cuesta, A. B., Gomez-Gil, F. J. (2013). Feasibility of a Simple Small Wind Turbine with Variable-Speed Regulation Made of Commercial Components. Energies, 6, 6, 3373-3391.

10. Belghazi O., Cherkaoui M Pitch angle control for variable speed wind turbines using genetic algorithm controller. Journal of Theoretical and Applied Information Technology, Vol. 39, 2012, Issue 1, pp. 6-10.

11. Ofualagba, G., Ubeku, E. (2011). The Modeling and Dynamic Characteristics of a Variable Speed Wind Turbine. Journal of Energy Technologies and Policy, 1, 3, 10-22.

12. Mali, S. S., Kushare, B. E. (2013). MPPT Algorithms: Extracting Maximum Power from Wind Turbines, International Journal Of Innovative Research In

Electrical. Electronics, Instrumentation And Control Engineering, 1, 5, 199-202.

13. Ramakrishnan, V, Srivatsa, S. K. (2012). Pitch Control of Wind Turbine Generator by using New Mechanism, 6, 13, 1-15.

14 . Chunting, Mi., Mariano Filippa. (2004). Modeling and Control of a Variable-Speed Constant-Frequency Synchronous Generator with Brushless Exciter. IEEE Transactions on Industry Applications, 40, 2, 565573.

15. Kotsur M. I. (2014). Osobennosti udarnogo teplovogo vozdeystviya na asinhronnyiy dvigatel s modifitsirovannoy sistemoy impulsnogo regulirovaniya v usloviyah chastyih puskov. Elektrotehnika ta elektroenergetika, 1, 32 - 36. DOI 10.15588/1607-67612014-1-5

16. Novikov, A. M., Novikov, D. A. (2010). Metodologiya nauchnogo issledovaniya, Moscow, Librokom, 280.

17. Nemudriy, I. Yu. (2015). Pidvischennya efektivnosti elektromehanichnoyi sistemi vitroelektrichnih ustanovok z aerodinamichnoyu multiplikatsieyu: avtoref. dis. na zdobuttya nauk. stupenya kand. tehn. nauk : 05.09.03 Dnipropetrovsk, 20 p.

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.