Исследование алгоритма оптимального управления ветрогенератором при использовании векторного частотного управления системой возбуждения генератора
Характеристика построения математической модели ветрогенератора с целью исследования возможности регулирования частоты вырабатываемой электрической энергии. Главная особенность моделирования изменения скорости ветра с использованием цифровых технологий.
| Рубрика | Физика и энергетика |
| Вид | статья |
| Язык | русский |
| Дата добавления | 12.12.2024 |
| Размер файла | 189,2 K |
Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже
Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.
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
...Подобные документы
Ветер как источник энергии. Выработка энергии ветрогенератором. Скорость ветра как важный фактор, влияющий на количество вырабатываемой энергии. Ветроэнергетические установки. Зависимость использования энергии ветра от быстроходности ветроколеса.
реферат [708,2 K], добавлен 26.12.2011Источники экологически чистой и безопасной энергии. Исследование и разработка систем преобразования энергии солнца, ветра, подземных источников в электроэнергию. Сложные системы управления. Расчет мощности ветрогенератора и аккумуляторных батарей.
курсовая работа [524,6 K], добавлен 19.02.2016Изучение процесса изменения скорости поезда при переключении ступеней регулирования. Сравнение тяговых электродвигателей различных систем возбуждения, оценка их электрической и динамической устойчивости. Распределение нагрузок между двигателями.
презентация [342,1 K], добавлен 14.08.2013История использования энергии ветра. Современные методы генерации электроэнергии, конструкция ветрогенератора с тремя лопастями и горизонтальной осью вращения. Мировые мощности ветряной энергетики, проблемы, экологические аспекты и перспективы развития.
реферат [580,7 K], добавлен 21.11.2010Алгоритм изменения режима работы электрической схемы, содержащей активные и реактивные элементы, которые обеспечивают минимизацию энергии активных потерь при переходе от одного режима работы схемы к другому. Синтез оптимального алгоритма управления.
реферат [320,7 K], добавлен 19.02.2012Относительное сопротивление цепи якоря. Регулирование частоты вращения. Какие методы используют для изменения частоты вращения двигателя независимого возбуждения. Жесткость механической характеристики шунтового электродвигателя. Потери энергии в меди.
презентация [5,4 M], добавлен 21.10.2013Существующие источники энергии. Мировые запасы энергоресурсов. Проблемы поиска и внедрения нескончаемых или возобновляемых источников энергии. Альтернативная энергетика. Энергия ветра, недостатки и преимущества. Принцип действия и виды ветрогенераторов.
курсовая работа [135,3 K], добавлен 07.03.2016Построение и исследование математической модели реактивной паровой турбины: назначение, область применения и структура системы. Описание физических процессов, протекающих в технической системе, её основные показатели: величины, режимы функционирования.
курсовая работа [665,8 K], добавлен 29.11.2012Расчет мощности главного привода реверсивного стана, методика построения скоростных и нагрузочных диаграмм. Порядок вычисления параметров силовой схемы, контура тока, регулятора скорости, контура регулирования возбуждения, исследование их характеристик.
курсовая работа [449,9 K], добавлен 27.06.2014Анализ работы системы управления для электроусилителя руля легкового автомобиля на базе вентильного двигателя с постоянными магнитами. Построение структурной схемы программы. Компоновка принципиальной электрической схемы. Построение диаграммы управления.
курсовая работа [1,7 M], добавлен 15.09.2012Исследование технологических процессов производства тепловой и электрической энергии с использованием древесного топлива. Характеристика технологии высокоэффективной энергетической утилизации твердых отходов методом сверхкритических флюидных технологий.
статья [20,3 K], добавлен 09.11.2014Частота переменного электрического тока как один из показателей качества электрической энергии. Устройства автоматической частотной разгрузки, их работа в условиях дефицита активной мощности. Ограничение повышения частоты, расчет мощностей нагрузки.
курсовая работа [483,0 K], добавлен 11.05.2010Создание математической модели трехконтурной электрической схемы в среде табличного процессора Excel. Система уравнений для расчета контурных токов. Схема электрической цепи. Влияние изменения параметров схемы тяговой сети на токи тяговых подстанций.
контрольная работа [60,2 K], добавлен 14.12.2010Расчёт силовой части привода и системы регулирования тока возбуждения, якоря и скорости. Выбор двигателя, трансформатора, полупроводниковых элементов, защитной и коммутационной аппаратуры. Применение электропривода в металлургическом производстве.
курсовая работа [1,2 M], добавлен 18.06.2015Устройство синхронного генератора, экспериментальное подтверждение теоретических сведений о его свойствах. Сбор схемы генератора, пробный пуск и проверка возможности регулирования параметров. Анализ результатов эксперимента, составление отчета.
лабораторная работа [221,2 K], добавлен 23.04.2012Общие понятия и определения в математическом моделировании. Основные допущения при составлении математической модели синхронного генератора. Математическая модель синхронного генератора в фазных координатах. Реализация модели синхронного генератора.
дипломная работа [339,2 K], добавлен 05.10.2008Модель контура регулирования давления свежего пара. Настройки частотного корректора. Ступенчатое увеличение и уменьшение частоты. Задержка сигнала датчика давления. Моделирование импульса по характеристике изменения тока на выходе турбинного регулятора.
дипломная работа [410,3 K], добавлен 11.05.2014Особенности разработки принципиальной электрической схемы управления системой технологических машин. Обоснование выбора силового электрооборудования, аппаратуры управления и защиты. Характеристика методики выбора типа щита управления и его компоновки.
методичка [2,2 M], добавлен 29.04.2010Описания ветроэнергетики, специализирующейся на преобразовании кинетической энергии воздушных масс в атмосфере в любую форму энергии, удобную для использования в народном хозяйстве. Изучение современных методов генерации электроэнергии из энергии ветра.
презентация [2,0 M], добавлен 18.12.2011Энергия ветра и возможности её использовании. Работа поверхности при действии на нее силы ветра. Работа ветрового колеса крыльчатого ветродвигателя. Перспективы развития ветроэнергетики в Казахстане. Преимущества и недостатки систем ветродвигателей.
реферат [2,4 M], добавлен 27.10.2014