автореферат диссертации по электротехнике, 05.09.01, диссертация на тему:Исследование динамических режимов электромеханических систем ветроэнергетических установок

ргб ОД

МИНИСТЕРСТВО ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ ' РЕСПУБЛИКИ АРМЕНИЯ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ИНЖЕНЕРНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ АРМЕНИИ

па правах рукопяси . . УДК 621.313.332

. ГЕВОРКЯН ВАГАН ЭЛЬМИРОВИЧ

» -

ИССЛЕДОВАНИИ ДИНАМИЧЕСКИХ РЕЖИМОВ ЭЛЕКТЮМЕХАНИЧЕСКИХ СИСТЕМ

ВЕТРОЭНЕРГЕТИЧЕСКИХ УСТАНОВОК

специальность 05.09.01 - Электрические манпгац

Ар то реферат

диссертация па сокскплк учсноЗ пенсии каидпддта техшкесках наук

ЕРЕВАН-1993

Работа выполнена в Государтгппом ппжсперпом университете Армении. . , ' ,

Научный руководитель: кавдашттехипчсскш цаук, '

; доцгвт ГАЛУСТЯН К.М. .

Офигщальйые оппоненты: доктор технических наук,

профессор, чл..Корр. АН РА, АРЕШЯИГ.Я.

' каццндаттехшпсскнхваук ОГАНЙН Р.В.

Ведущее предприятие: Научво-исслеяовательский ипстут

злектрошшшюстроепия (г. Ереван)

V Защита состойся "?? " сешйбря 1993 г. в 14 часов па эаседа-дашш сиециалзшроватшго совел* К 035.03.03 в Государственном , шмееверпомуиширешетеАршетя; -■:'. - у, 375009, Ереван-9, уя. Теряна, 105,ЩУА.' '„■

• -С дпсссртацношюй работой ыояоа ознакомиться в бифшотеко ГЬсударстювного впжевервого ушиерсщотАрмешш. ;

Автореферат разослав "/]; " 1993 г. ' •

Ученый секретарь ;

.V.; «яеотапвзпровашого.соЕета, М . . '

.; ад МИАЦАКАШШ М.С.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

--------Актуалълость темы; Й"мярс наметилась тсвденция к заметному, в балансе

эпергорес^рсов, исиолыовапшо оперши ветра с увеличением едшшчпой мощцоста встроагрегатов^ полной автоматизацией ynpaiuremw, созданием комплексов ветроэнергетических устаповок (ВЭУ) в виде станций. Все этп меры делают ветроэнергетику более дешевой i 11 конкурентоспособной. Вместе с тем, возрас-шощле требования к качеству вырабатываемой ВЭУ электроэнергии-,, прпг.одягг к применению все более эффективных систем-peiymtpoiramwr выэдшо$ мощности, стабилизации амплитуды я частоты-выходного ттттряжегт*; «юяг.кг» сйстсми рс&шровшшя- угла. установки' лоиастенг, ciktwm упрайкввя ' ва основе. микропроцессоров к программируемых когаролперов п т.д. С другой сторопы, специфика работы ВЭУ, да остзвята* режимом является геперпроваппе электрпческой эперппг при нзмепягоидеав» злачепиях скорости ветра,. электрических нагрузок и других варьирземзж пядаметров, требует исследования имеготйх при этом места дтоамиясиш« режимов. Результаты таких исследовании могут быть использованы), кагсиастздтй проектирования, так я при содапва алгоритмов программ; удраЕляпга ВЭУ в- динамических режлмзх В аастойцее время, эта задача-, можгв- уеявгапо-. решался на . ЭВМ при палпчпп адекватных математических- ^одозгй. Однако-, результаты отвального расчета, полученные- традтптгепнккл» чполеапыми методами при фиксированном^ паборе значений, параметре^. ияест. частый характер. Для полноценного исследования! необходима* пцовощт. ce-fini вариантных расчетов для различных зпа.ченин варьируемых- параметров,, 'по, однако, требует больших вычислительны» затрат. 'С этой точки ;pemw, применение метода уравнений в вариациях позволяет получить множество-, харастгрйстак переходных злекгромсхаццясскн» процессов про разлпчпмх варцацияхиараметроп в-виде степешшхрядоткпбршепшмяко^фигогепткп. - '**••'

Несмотря па: исчерпывающую »«формацию О конструкторских п. тех-пологнческнх; разработках; ¡¡с полуимя до«атчпог№ освещения, некоторые- : вопросы, свяэаниыа с исследованием дяпаммчеяасс режпмо» ВЭУ. Т&к* в; автономных ВЭУ с сткропптш^гййераторамп (СГ) Мошасгаю- 50 кВт п выше с: регулировавшем» уЫз- уаашткп iioiiàcreii, 'врйымкяшег которых в последнее время наметилось и автопомных системах аяяяраглабжешш (нархпелыю с дцзсль-гсаераторцыми, солнечными a lip-.. угтаповкпмя), недостаточно исследованы динамические режимы н влияние* ¡крамотров

системы регулирования па качество вырабатыва?мой энергии а т.»...... ...

: Для создания долее эффективных программ управления,; требуют ■ дальнейшего нзученйя динамические режпмь! при- работе систеМпой1 ВЭУ -с асинхронными геператорамн (АГ).

Пель работы. Целью даппой диссертационной работы является исследовапве переходных режимов ангопомпой ВЭУ с СГ с регулированием угла устасовки лопастей, исследование переходных режимов свсгемиой ВЭУ с АГ ла примере ВЭУ YPI-150, создание алгоритма программы управления ВЭУ YPI-150 в динамических режимах.

Задачи исследования. Основные задачи, решаемые в данной работе формулируются следующим образом:

1. Разработка математической модели, алгоритма и программы расчета динамических режимов ВЭУ па осповс системы дифференциальных уравнений злешромехашпеского равновесия системы в фазных координатах !с давлениями в вариациях.

2. Исследование влияния постоянной времепя системы регулирования угла устаповки лопастей автономной ВЭУ с СГ па характер переходных процессов при изменениях скорости ветра и нагрузок генератора яри заданном законе изменения момента на валу ветроколеса при данном регулировании.

3. Исследование динамических режимов ВЭУ YPI-150 при вариациях скорости ветра, частот^ сета и при несимметрпа напряжений сета. ^ .. 4- Создапие ал горшка про^аммы упраадешм ВЭУ YPI-150 на основе проведеп.^ых нсследопапзй.

Осповныо методы исигеяовагтя. Для рещеипя указанных задач использовались различные методы исследовация. Математическая модель ВЭУ составлена на основе системы дифференциальных уравнений электромеханического ; равновесия в i фазпцх , координатах, для часлсшюго интегрирования. которой сркмецнстся метод • Pyjite-Кута-ФельЬерга с , «гамато^есигм выборсц пцга. Для вссдвдовапия слияния того |Уга иного параметра " па ■ хдрарср ререходдцх. эдектромеишгческ-пх процессом используется метод' уравнений в вариациях Для аппроксимации семейства мевдшческиххарактсристск сзтрошюса используется метод наименьших .

' -''.Л ':, '•''.■• ' 1■ ' '

' ' Цаучпая повизпа! Ндучвза новизна работы заключается в разработке 'щю^п^^ф'ЙИРР ВЗУс помощью деюаедаф »мриащщх, овределепин . V тарзктерЦстак;' ^^^^'каз^п^ис реддорм» в мша семейства

:риврвй'прамраа1шир»гв!те^хмяр9.четроа. í

' Практическая nennócif и merinenng. Цатучедцая мотсматаческая модельц s да'гр^мМЦ |wcHCt9íi. iM^tyf .Ctfji. ^сцодЦовадн орв проерщрорарик 'ВЭУ, :.СШ1Г?зе ошюцаывде cjtctwi упраалеияя, для опенка шишака тот или иного параметре «a xapakTcp bjxfreKalui« ререхрдоьк процессов, в учебных. целях, . Результатц 'Киссерт^цаашгай.' работы использовались Цецтром Малых Энергетических СястсМ (ЦМЭС) ГНУЛ при проведения научно' исстедовательских работ во динамическим режимам ВЭУ. Разработанный алгоритм'-и программа уяраадеиич ВЭУ Yl'1-lSO внедрены в рамках

осущесгаляемого в Армении совместного Армяпо-Амгрикапского проекта в области альтерпативпой эпергетпки. Результаты работы попользованы также компанией "Cbase International Corporation" (C1UÀ). Актор чащищаег

1. Математическую модель, алгоритм п программу расчета для исследования динамических режимов ЮУ ла основе системы дифференциальных уравнений электромехалического равновесия в фазных координатах с ураввекиями в вариациях.

2. Апаляэ переходим* электромеханических процессов дня автономного ВЭУ с СГ с регулированием угла установки лопастей, в да» ВЭУ с АГ,

гарт-ттгл.гэ с сстьто Сссколс'шоЛ мощности.

3. Алгоритм Л программу управления ВЭУ YPI-150 с АГ, работающая параллели» с сетью беекопеппой Mottmocra

Апвяобамдя уаботы. Материалы диссертации докладывались па научных семинарах фврр» . "Chase International Corporation", "Wind Baron" (США), na заседавшее кафезры "Элеетромехашгм" Госдарст&еппого шпкеперкого университете Армем» (ГИУА^ '

Структура м оСмм работо. Диссертация состоит из введет^ пят пвц, заключения, 4 приложена?, etmciá литературы. Опа содержит . 161 стр.) в том числе 42 рие. ел 24 стр., списо* лгперапуры пз 37 наименований. По теме ппссертзпян имеется 6 оаубдпювэягмх работ.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ Во введет»» оввсиязет ¡Mayamnoei*. т4мЫ, определены цель п осповпые задачи исследовзппя-, показаны научная иеввзпа в, праивческая ценность результатов работа». *

В главе I приведен крапай обзор состояния ветроэпергетаки в мире, а так же апали» прямепяемыхв составе ВЭУ различных электромеханических систем. . •.---•-••"- ■•

Рассмотреть основные методы исследования переходных электромеханических ¡.'ршкесов. Обосновывается примепепие метла уравпепий à вариациях, который впервые был использован в некоторых работах МЭИ.. Произведен краткий обзор работ, посвященных математическому

моделяроватпо ВЭУ......

Далее в даппой паве ставится задача разработки алгоритма щрогрйагмы управления системпой ВЭУ YPI-1Í0 с АГ с r.3i ротором; усгайовпеПно* па политопе "Ар.-'ran" в рамках совместного Армяпо-Амерпкаискоговроекта в области альтернативной энергетики. Приведен обзор общах принципов Построения ейетем управления ВЭУ средней и большой мощпост •

В главе 2 -, приводится основы раечепгой модели для исследования динамических режимов ВЭУ, представляющую собой систему нелинейных

веоднородпых дифференциальных уравнений, описывающих состояния элеетрического и механического равновесия системы. Уравнения электрического равновесия представлены в фазных координатах и включают в себя т уравнений дтя статора, и - да ротора (ш, п - соответственно числа фаз на статоре и роторе), и формируются в зависимости от типа рассматриваемого генератора (СГ, работающий иа сеть )1ли автоиомпо 1иш АГ, работающий на сеть). В модели использованы традиционные допущения, связанные с понятием "идеализированная машина". Роторные параметры приведены к статорпым. Представим данную систему в общем виде в секторной форме:

1 = Ь-Ьц-Ь-1-й..х ; а = (МЧР - Мэм)/?.

т*л т+а

Мэм = (1/т) Е^Е^сЦл^/*!? ; 7 = 70 + 1<асИ

к=1 4=1 . о ч

где 1,1 - соотаетсгвепво матрицы-столбцы мнгцовенных значений токов и производных токов во времени размерностью (щ+о); и - маприца-сголбец мпгповеццых значений напряжений размерностью (т+о); Ь*' - обращения матрица коэффициентов прп производных токов размерпосгыа (щ+п)х(т+п); Я - матрица коэффициентов ври токах размерностью (щ+о)х(т+о), злеадтд ; которой определяются суммой диагональной матрицы активных сопротивлений и матрицы, получаемой применением симзода ч1/с|1 к матраце Ц со, и • соответственно угловая Частота вршцерця я се ировааодная во времени; Мэм » мнгпозещюе значение злестромапитеоха момента генератора;'^, ^ » соответственно мщтдарещще зшдеяяя. токов кой а ]-ой фаз; -мнпкшештое здурщи втавксдаукртваости межау янмп; у - угол поворота в зд. градусах; ' | « суммарный , приведенный к сачу генератора момепт ' инерции системы; МПР г мщтювеяное значение момента ва валу ветроколеса, врпседещгорэ к валу генератору. Матрицы и.ЬД. формируются в зависимости. от типа рассматрнвагмогогснератора (СГ или АГ) н от режима работе! (параллельно с сетыо ция щгкщоадю). В случае автоаомной работы, кдедгшке совместоого рассмотреццл уравнений олестрочееваго^равиовесия статора и нагрузки, к ссютвстстру1ощпм элементам матриц Ь и II добавляются соответствутоише параметры нагрузки.

Цраведейшй момеш ва валу ветроколеса М^р» как фуцкцяя от частот вращения со; и скорости В&тра V (при фиксированном угле установки , лопастей), тгредстарляется в виде полинома- (2), получевпога аппроксимацией ; • семейства Механических характеристик дяя чадашюго ветроколеса методом ' наименьшихквадратов: ; ' ■, г. ч

а : >>"■•'■■■ '; р ,к V ' '.' ■/.•■.'.■'• !

МпР=Км'Мвк; Мвк(со,У)=Есо,£ВУ VI ; ;• . (2)

; ;'. - ' :; ¡=о ]-о ' •/ ' . '.„■

ще Км - коэффициент приведения по момешу: Мвк - момент иа валу ветроколееа. 1

Разработаны алгоритм п программы расчета коэффициентов апп-

роксимациоипого полипома с задаппой степепыо погреппгости с организацией их дальиейтего сохрапения в библиотеке для последующего использования в модели. _ ......

Приводятся результата расчетов по данной программа дня ветроколееа горизонтаяьчо-осевой ВЭУ мощностью 60 кВт. На ряс.1 сплошными линиями показано семейство характеристик данного ветроколееа, полученное при ■ аппроксимация- для р-5 п к=3, а пушлиршмц - отрезки, соединяющие узлы илтерттолиромтптя. Средпеквадраютлаяпогрешность' е<0.01.

Далее в даппой главе прпведеп вырод уравнений в вариациях для системы (1)1 представтеппой и следующем впде (3), где Ь=ш+п+1:

Х1=К(Х1,Х2_....Х11); ХК]0.о,1о) = Х.оОо); >= 1 .,. .. . (3)-

где'через X* в ГЬ обозначены соответственно решения в правые часта ' системы (1); рь - варьируемый параметр., Значение параметра . „а соответствующие ему рекетгпя Х1(р.о,1)=Х1о0) называют опорпым параметром' п опорными решензямяи

В силу объектавтада физических законов решения спстемы (1) яштяютей непрерывными аналгтялескимп- функциями- и могут бьпъ разложены в ряд Тейлорз но измепегаиа параметра Ац в> [¡жрсстиоста некоторого опорного-решеппя. Даппый рад с усечегшем до некоторого ч-го члепа может бил. представлен вшще (4), где 0 =1.... к, к-!•'.....с}): , . '

ч ••

, Х1(ц,1) = Хга(»+ £ ик(1)-Дцк / к!; икОН^ХКИД)' Эць ' '" (4); •

' м •■■;... ••■•■■ .■■-.-■•-• ■■ -■••

Переменные коэффициенты 1лк(1) могуг быть получепы решеияем-некоторых данейпмх дифферешшальшх уравнепяй, называемых ураппстймн ?? в вариациях, пачальпые условна которых определяются начальными услошвшя <Л спстемы (1). Уравнетм в-вариациях к-го порядка в векторной форме имеет., вид: .. _ 1 .

. • . . Ь^ДгЬс+ГЖ,,. ()£•= Г.-....ч) ■ • ' ■ ■' '

где матр;ща-столСец,Ьк"-[1лк(1)]!110. ,'$• = V. , ..¿.Ь); киадратахт матрица ■ (матрица Якоби) А}=[ /,)'■= 1... Д1); элеметпиматрпцы-столбВД' Ок определяются с помощью' реккурепттгого соотношения через Ьк,Г1 и £>1, ТОеОрСЭИ/Э^йо'^Ь.-Ь). '

„Числешго щпетрируя систему (1) для опорпого зпачсппя парамепра- с ИВ'

-б-

тегрировапием па каждом шагу уравнепий в вариациях (5) получим семейства решений (4) для различите вариаций Ар.. Точность решети определяется порядком уравнений в вариациях q. Для обеспечения равномерной сходимости необходимо выполнение условия С этой целыо для Дц вводится

относительная с лема единиц.

Выведены ураапепия в вариациях, когда в качестве варьируемых приняты разданные параметры системы (1). Разработаны алгоритм и программы расчета с применением дапиого метода, блок-схема которой приведена па рпс.2.

Выведены уравнения в вариациях для дифференциального уравнения движеиия ветроколеса (без иагрузки на валу) с правой частью в виде (2). Разработай алгоритм и программа расчета для числепцого интегрирования уравнепня движеиия ветроколеса с применением уравнений в вариациях. На рие.З показало семейство решеиий днф<})еренциальиого уравнения движения ветроколеса при вариациях скорости ветра V. В качестве опорного принято ' значепне Vo = 6 м/с. .

В качестве численного метода интегрирования выбрал метод Руше-К,упа-Фельберга. Все программы реализованы на языке ТурбоПаскаль 6.0 для IBM совместимых ПК.' В случае использования ЭВМ с соответстиующими ресурсами возможно одповремеппое варьирование нескольких параметров.

' В главе 3 приведешь исследования некоторых режимов работы автономной ВЭУ с СГ с регулированием угла установки лопастей а. При наложении потребителем требований на качество вырабатываемой ВЭУ электроэнергии соответсгоепно накладываются ограничения н на величину максимально RonycTBMOio отклонения - Дсо угловой скорости^ вращения от синхронной Скорости ш0. С этой точки зрения определенный интерес представляет задача расчета зависимости Доз от определяемой неким параме тром ^ постоянной Времени системы' регулирования угла а. Для полноценного исследования динамических режимов рассматриваемой системы необходимо сонместпое ; Интегрирование системы дифференциальных уравнений электромеханического •равновесия и уравнения системы регулирования угла а. Выполнение данной -»дачи требует аналитического определения момета на валу ветроколеса, как функцию от V, co и а, что является отдельной сложной задачей. В литературе Не приводятся так же (-ведения о виде дифференциального уравнения для Конкретной системы раулироваивя утла р (механической, гидравлической и Т.д.), Исхсдя из этого, в данной работе принимается, что изменение момента па ;валу ветроколеса ДМ в процессе ретулирования проиодится по некоторому ' заданному закону,в,., частности, \ рассматривается- простейший случай -.'; регулирования, по экспоненциальному закону. Отмстим также, что расо-матэииаеггси регулирование только для. (й>шо , те. дня скоростей ветра, Ьначсннл jcowpux лежит в интервале [Уо;Укр], i;ie Vo - расчетная скираес-

-т-

ветра, Vkp - некая критическая скорость, определяющая верхнюю границу регулирования. — •-- _ • . _ „_•__. ______________ - -- -Для расчета динамических режимов дайной системы используется система уравпепий (1) (матрицы U,L,R. соответствуют работе трехфазного СГ па автономную нагрузку без учета демпферной обмотки) с преобразованием уравнения движения к виду:

ш = (Мгп + ДМ exp(-^-t) - Mr) / J ; ДМ = МПР - Мгп (б)

да Мпг, Mr - соответственно иомцпалъпое п мпгповеппое зпачепие элеюромягтптего момеят* М"Р - гптптовеппое"значение при-

веденного к. валу генератора момента па валу ветроколсса.' Выведепы уравнения в вариациях, где в качестве варьируемого принимается параметр Е,.

Рассматривается ВЭУ горизоигалыю-осевого типа мощностью 60 кВт (Vo =9 м/с, Vk¡>=№ м/с) с СГ типа ОС-91 без учета демпферпой обмотки.

На рис.4 домом» семейство решений Д<£>(!;,() отклопепия угловой скорости от сишротшт» зпачения, получеппое' чяслеппым интегрированием системы (1) с уравжжи®* движепия в виде (б) п уравнений в вариациях (прн • различиых варявяжк. •-параметра • !;), - с патальпымп ~ условиями, ' соответствующими* уетягсмпгЕшемуся режиму работы системы с синхронпой скоростью соо. В малки* времени tj имеет место ступенчатое )иелячение

скорости ветра до значения« Vup (имитируется наихудший ,1ля даппой системы. регулирозаиия режим). Далее год действием регулирования система возвращается В ИСХОДНОЙ СОСТОЯТ!!!®. <

На рис.5 показано семейство решепий при пабросе номинальной нагрузка на фазовой плоскости (о5,со) для различных вариаций Д!;. Начало коордааат соответствует точке (1,0). Провал в начальной часта траекторий обьяспяется резким уменьшением ускорения пра набросе пагрузки. Пока?лпо'сечеаяб ' плоскостью Дшдоп = 0.02 , что соответствует изменению частоты выходного напряжения па 1 Гц. Данному условию удовлетворяют значения AijsO.75. . '

В качесгас опорного зпачети. параметра прилете зпачепие £o=Q (чп»: соответствуетотсустаторегумровапня), Максимальный порядокуравпепий «г-вариациях q=4. Проведгпо сравнение решения, полученного вшегрировапкем системы (1) без уравпепий в вариациях и решения, получеппых с применением уравнений в вариациях для определеппого зпачеппя парам'Пра (макеимальпая

■ погреятость пе прйвышает 7-8 %).' " " ' • ' " ".

Данпая модель позволяег оцепить влияпие постгесшой времен», системы-регулирования па характер переходного процесса также при лгобом задаппом закопе регулирования, что может- быть полезным- Ьрп проектировании таких-

■ систем,сшпезв ошпмальпыхзаконоврегулировалиит.д. ' ;.. ■ В mane 4' показано прпмепепие метода уравпепий в варваотяхДтяйс- '

сясдовавня Шшамических режимов системной ВЭУ с АГ на примере ВЭУ У1Ч-150. Используется система уравнений (1), где аясмевш матриц и,1,Д соответствуют случаю работы асинхронной машины с сеяыо. Электромагиитны! момент генератора определяется согласно следующему выражению:

3

Мэм= X (и^ 1к -1к2 Г1> / со 1 (7)

К=1

Где - соответствепно мнгиоЕенпые значения фазиою напряжения и токь к-ой фазы статора; Г1 - активное сопротивление фазы статора; 0)1 -угловая частота вращеиия ноля. Момент на валу ветроколеса представляется в виде полипома (2), полученного аппроксимацией семейства механических ' характеристик встроит ;а ВЭУ УР1-150.

Выведены уравнения в вариациях, когда в качеегге варьируемою параметра принимается скорость ветра V. На рнс.б показано семейстно характеристик переходнот режима, имеющего место после включения АГ в сеть, где - активная мощность обмотки статора. За опорное значение

скорости ветра принята значение Уо = 8 м/с. Как видно из рис.6, при некоторых скоростях ветра частота вращеиия в процессе колебаний может достегать значений мевыплх сипхроипой, что следует учесть при разработке алгоритма включенпя/отключеппя контактора геверагора (для избежания непрерывных срабатываний контактора). Максимальный порядок уравнений В вариациях принят равным 6. Показано сравпепие решений при данном порядке уравнений в вариациях в решении, полученных без примепення уравнепий' в вариациях пра некотором значетш параметра. Максимальное оклонени? пе превышает 5 %. .

Далее обосновывается использование информации о мншовенпом эазчешщ активной мощности в качестве основной ври управлении (ВЭУ с АГ Вдинашческяхрежимах." ,:' , '- /

Выведепь! уравпеввя в варваняях, когда в качестве варьируемого принимается такой параметр, как амплитуда папряжепвя фазы статора, например фдзи "а" - уша. На рис.7 показано семейство характеристик переходных режимов, имеющих место после включения АГ в сеть при вариациях данного ; параметра. За опорное яачепие параметра пришло зпачепие 11тао=0.8.

. ' Выседещл уравнеция в вариациях, когда в качестве варьируемого прп-■ ПЯмается такой параметр, как частота сети ¡V На рвс.8 показапо семейство рещепцй. когда за опорпое 'значение параметра принимается значение Далее; обосновывается : необходимость првменепвя устройств: слеженвл за частотой сета в системах управления подобиых ВЭУ в условии ®ш.ргеснтеми Армении. • 1

. Разрабопшная модель позволяет исследовать динамические режимы ВЭУ

АГ, работающим наралелльпо с сетыо, когда в качестве варьируемого

принимается любой из параметров системы. - __________ ..____________-

В главе 5 приводится краткое описаипе и технические характеристики ВЭУ YPI-150, описаипе и технические характеристики контроллеров типа PS-3 фирмы "Klockner Moeller"' (Гсрмаппя), описапие систем торможеппя, датчиков ц исполнительных устройств данной ВЭУ. Разработай алгоритм программы управления ВЭУ YPI-150 с учетом днпамических режимов, шеющих место при частых изменениях скорости ветра, а также при включениях и отключениях генератора к сети. Аоторптм управления разделец па две взаимосвязанные нетаи: алгоритм управления работой электромеханической части (ркмоп^т^,?'оттсгг"тгт1ге контактора icuepaiopa, управление двигателем ориентация, управлепие системой защиты генератора и двигателя ориентации) и алгоритм 5Т1равлеппя механической частью (система ориентации, система пормальпого и аварийного .торможения, системы защиты). При. составлении алгоритма было пайдепо целесообразным разделения информации от датчиков, которая является причиной останова ветроколеса па две группы: 1) сигналы от датчиков, по причине которых произошел останов ВЭУ, когда не требуется дейстпнй'оператора для нового ларта; 2) сшиапм от дчтчккоп, по прпчтпга которых произошел остглгов ВЭУ, согда требуется вмешательство оператора для нового сгарта.

На рне.9 показана блок-схема программного модуля пкточеиия/отаноче-шя контактора генератора.

Программа сотавлепа па языке SUCOS3. На основе созданного алгоритма оставлена инструкция дня оператора ВЭУ Y11-150.

В приложении А приводится вывод аналитического выражения для нределения диапазона скоростей негра, предельного но условию статической гтойчипосп! системной ВЭУ с СГ, Korjia мочент на налу ветрополеса задается олипомом низкой степепн. Показывается применение метода ипвариаитпого лружеши дня апализа статической устойчивости, когда момеш на талу ггроколеса задан полиномом высокой степени. Приводится вывод уравнения авидепко для данного случая, решения которого представляют собой лектории корней характеристического полинома па комплексной плоскости. 1 D приложении Б приводится определение элементов матрицы Т. для случая работающего m автономную нагрузку.

В приложении В показано применение метода уравнений в вариациях для -еледазппя переходных" процессов при пуске асинхронного, двигателя с 13UUM ротором, когда в качестве варьируемых приняты такие параметры, как 'мепт инерции, амплитуда напряжения фазы сета, активное сопротивление зы обмотки ротора. ' . ' ' * ■■

В приложении Г приведена программа управления ВЭУ,УИ-150 и.

Рис. 1 : Аппроксимация семейства механических характеристик горизоптальпо-осевого ВЭУ мощностью 60 кВт (р=5,1с=3).

Мс.2: Блок-схема i/рограммы расчета дшимпческпх режимов ВЭУ с првмеиепвгм .мгяпгта давдёцдВ в вариациях.

до 14 м/с при вариациях Д£;.

Рвс.5: Траектории па фазовой плоскости (со,а>) при вариациях А?;. Сечение плоскостью Дсодоп = 0.02.

-и-

ц

|1 щ&^^^шш^тш^ш^шш

Рис.7: Вшочепие АГ ВЭУ УР1-150? сеть пря Крвздих амплитуды напряжения фазы "а" статора ища при . У= 12м/с. , ":/*>'•' V, - ". ..

а)

А.

1>=ШкВт

- ГН5; £=47.5; №

Рис.8: Включйшс ЛГ ВЭУУИ-150 в сел при скорости бргадеявя ;-•. 1500 об/мни цри вариациях частоты сета (У=*12 м/с). V

М11.0

МИД

0 [0]

NM24.fi ми ЫМ4.0 00.1

Выход на контактор 1

МЗОД -1 1

1Й30.6 - 1

М 24.8 1 (20.1

ММ4.0 - 1

МИД 1

М11.0 - П=1500 об/мин МИД - п>1500 об/Ъига М24.8 - инициализирует операцию мягкого

останова М1Д - тормоза открыты МЗОД - п<1500 об/мин более 10 сек 0 М30.6 - п>=1500 об/мин более 1 сек ,

М4.0 - инициализирует останов ВЭУ из-за

перегрузки по скорости М16Д - скорость ветра < 3 м/с

Рис.9: Блок-схема программного модуля включения/отключения контактора генератора. • с-

ЗАКЛЮЧЕНИВ

1. Разработала математическая Модель электромеханической системы ВЭУ на базе системы дифференциальных уравнений электромехапического равновесия в фазных коорднпа-гах. Составными частями указаппой моделп являются: математическая модель сипхроппого н асипхроппоп) генератора; математическая модель ветроколеса па основе аппроксимации семейства Мрхааических характеристик заданного ветроколеса для различных значений скорости петра. '/ ' ' ;

2. Показано прнмспеппе метода уравнений в вариациях для получения , семейства решений уравнения движения ветроколеса при различпых вариациях скорости ветра. Разработала математическая модель с использованием денного метода.

3. Показано применение метода ура&кятй 8 вариациях для получения семейства -рстепцй системы дифференциальных1 уравнений ВЭУ при вариациях какого-либо параметра, системы.' Разработана Математическая модель с использованием данного метода. . * >

4. По указанным моделям составлены алгоритмы и реализованы программы расчетов на ЭВМ.

-15' 5. Посредством указанных моделей исследовапы некоторые динамические режимы автономной ВЭУ с СГ мощностью 60 кВт с регулированием угла устаповки" лопастей прп ступенчатых изменениях скорости ветра, ври варьировании постоянной времени системы регулирования.

6. Ддя ВЭУ YP1-150 с АГ исследовапы динамические режимы, имеющие место после включешм геператора в сеть, при вариациях скорости ветра, а также режимы при вариацпях частоты сета, оесимметрцц напряжений.

7. На оспове проведенных исследований составлены алгоритм и программа управления ВЭУ YPI-150 па базе контроллеров PS-3.

8. Результаты работы использованы компанией "Chase International Corporation" (США), а такж? ЦМЭС П1УА пра работах по до!»дке систем управлетк тг пспщашмх ВЭУ YPI-150, при нроведешш . цаучпо-исследователъскпх работ по днпамичесюш режимам ВЭУ,

По теме диссертации опубликованы следующие работа: 1.Галуспш К.М., Геворкян В.Э., Григоряп А.К. Обучающие системы Проектирования п исследования режимов синхронных генераторов с помощью персональных ЭВМ. Рукопись деп. в АрмНИИНТИ, 1992, №28 Ар-92 Деп.,

13с. : .';•.•: :.' " ■

г.Гевориш В.Э. Моделирование мехапцческих характеристик петроколеса

ветроэнергетической устаюткп с пспользоваппем уравпеанй в вариациях.

Рукопись деп. в АрмНИИНТИ,1393, N¿14 Ар-93 Деп., 7 с.

5.Геворкяп В.Э. Определение диапазона скоростей ветра при устойчивой

эаботе системной ВЗУ с СГ. Рукопись дел. в АрмНИИНТИ, !993,№5 Ар-93

1еп.,8 с.

¡.Разработка а исследование систем геиерироваиия длеетроэцерган для етроэиергетических установок. Отчет по НИР Jt/д СК-137/88, ЕрПИ,1988, oc.per. № 01880056256. '

1Ве1рт9вергёт!Иескпг а встроигшгаческие системы. О гест о НИР. Тема НГ-2/92, ШУА, 1992. I ,

• Галуетяц К.М., Геворкян В.Э. Исследование динамических режимов истемы автономно!« апектрошггапия с ветроэнергетической установкой ощностыо 100-400 кВт с асаихроцнизиромнпим синхронии« генератором,

1 Всесоюзная паучио-техническая конференция: Тез. Докл.: - Бишкек, 1991.