Исследование алгоритма оптимального управления ветрогенератором при использовании векторного частотного управления системой возбуждения генератора

Размещено на http://www.allbest.ru/

Национальный исследовательский университет «МЭИ»

Исследование алгоритма оптимального управления ветрогенератором при использовании векторного частотного управления системой возбуждения генератора

Клеин Д.Ю.

Филиал

Научный руководитель:

Болдырев И.А.

г. Волжский, Россия

Аннотация

В работе построена математическая модель ветрогенератора с целью исследования возможности регулирования частоты вырабатываемой электрической энергии.

Ключевые слова: ветроэнергетическая установка, частотный преобразователь, скорость ветра.

Abstract

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

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.

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 SimInTech.

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.

Рисунок 1 - Динамическая модель ветрогенератора

Результаты моделирования при ступенчатом воздействии приведены на рисунке 2.

Рисунок 2 - Результаты моделирования при ступенчатом воздействии

В целях тестирования модели можно увидеть резкое изменение скорости ветра с 3 до 10 м/с (t=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. ветрогенератор электрический энергия цифровой

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 variabl espeed fixed-pitch wind turbines within the whole wind velocity range', IEEE Trans Ind Electron, 2013, 60, pp. 2652-2660.

Размещено на Allbest.ru