RU2728668C1 - Ветроэнергетическая установка - Google Patents
Ветроэнергетическая установка Download PDFInfo
- Publication number
- RU2728668C1 RU2728668C1 RU2019121579A RU2019121579A RU2728668C1 RU 2728668 C1 RU2728668 C1 RU 2728668C1 RU 2019121579 A RU2019121579 A RU 2019121579A RU 2019121579 A RU2019121579 A RU 2019121579A RU 2728668 C1 RU2728668 C1 RU 2728668C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- wind
- output
- sensor
- unit
- generator
- Prior art date
Links
- 241000020091 Dicranocarpus parviflorus Species 0.000 claims 1
- 101001093690 Homo sapiens Protein pitchfork Proteins 0.000 claims 1
- 102100036065 Protein pitchfork Human genes 0.000 claims 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract 1
- 239000006185 dispersion Substances 0.000 description 3
- 230000005611 electricity Effects 0.000 description 2
- 238000001914 filtration Methods 0.000 description 2
- 238000009434 installation Methods 0.000 description 2
- 244000309464 bull Species 0.000 description 1
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 1
- 238000006073 displacement reaction Methods 0.000 description 1
- 238000009472 formulation Methods 0.000 description 1
- 230000001788 irregular Effects 0.000 description 1
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 1
- 238000013178 mathematical model Methods 0.000 description 1
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 1
- 238000010248 power generation Methods 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F03—MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS; WIND, SPRING, OR WEIGHT MOTORS; PRODUCING MECHANICAL POWER OR A REACTIVE PROPULSIVE THRUST, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- F03D—WIND MOTORS
- F03D7/00—Controlling wind motors
- F03D7/02—Controlling wind motors the wind motors having rotation axis substantially parallel to the air flow entering the rotor
- F03D7/04—Automatic control; Regulation
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
- Y02E10/70—Wind energy
- Y02E10/72—Wind turbines with rotation axis in wind direction
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Sustainable Development (AREA)
- Sustainable Energy (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Combustion & Propulsion (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Wind Motors (AREA)
- Control Of Eletrric Generators (AREA)
Abstract
Изобретение относится к ветроэнергетическим установкам. Ветроэнергетическая установка содержит ветроколесо, на выходе которого расположен датчик скорости вращения вала, который является входом для ветрогенератора, выход которого соединен с датчиком активной мощности, после которого подключается датчик дополнительной активной мощности, вырабатываемой за счет среднеквадратического отклонения скорости ветра от ее математического ожидания, который является входом блока фаззификации четких величин в нечеткие лингвистические переменные вместе с датчиком скорости ветра и датчиком скорости вращения ротора, выход блока фаззификации является входом блока базы правил, а выход блока базы правил соединен с блоком дефаззификации. Изобретение направлено на повышение коэффициента использования энергии ветрового потока. 1 ил.
Description
Предлагаемое изобретение относится к области электроэнергетики и может быть использовано в ветроэнергетических установках (ВЭУ) для повышения энергоэффективности выработки мощности.
Известна ветроэнергетическая установка, (Патент RU №132142, Ветроэнергетическая установка, заявл. 21.03.2013, опубл. 10.09.2013, Бюл. №25), являющаяся прототипом предлагаемого изобретения и содержащая генератор тока с датчиком момента на валу, узел выпрямления и фильтрации, датчик частоты вращения, функциональный преобразователь, блок деления, интегратор, датчик активной мощности. Датчик частоты вращения вала ветроколеса выдает на вход функционального преобразователя сигнал Uω, пропорциональный частоте вращения вала ветроколеса. Повышение коэффициента использования энергии ветра СP заключается в том, что в установившемся режиме работы установки при постоянной скорости ветра V и постоянстве частоты вращения вала ω на выходе узла выпрямления и фильтрации устанавливается сигнал, пропорциональный моменту на валу. При изменении скорости ветра на выходе сумматора возникает сигнал Uизб, пропорциональный избыточному моменту Мизб на валу. Поэтому в выходном сигнале сумматора появляется составляющая Uизб, способствующая увеличению угла управления тиристорами выпрямителя и уменьшению момента генератора Мг, что приводит к более быстрому изменению частоты вращения вала вслед за изменением скорости ветра. По мере увеличения частоты вращения вала ветроколеса механический момент генератора растет, и при достижении нового установившегося значения частоты вращения сигнал на выходе второго сумматора становится равным нулю. Данное устройство позволяет увеличить выработку электроэнергии за счет эффективных законов регулирования при изменении скорости ветра.
Однако указанная ветроэнергетическая установка обладает следующим недостатком: скорость ветрового потока принята неизменной, то есть как некоторая детерминированная постоянная величина на интервале времени. В реальной действительности ветровой поток обладает нерегулярными случайными отклонениями (флуктуациями) от некоторого среднего значения, т.е. должна использоваться вероятностная модель, которая не учитывается в прототипе.
Мощность, вырабатываемая ветроколесом (ВК) зависит от параметров ветрового потока, площадь ометаемой поверхности, положение гондолы, углом атаки к набегающему потоку ветра и определяется зависимостью
где ρ - плотность воздуха; А - ометаемая поверхность ветроколеса (м2); V - скорость ветра (м/с); Ср - параметр, характеризующий эффективность преобразования энергии ветра в электрическую энергию и зависит от конструкции ветроколеса.
Однако, приведенная выше математическая модель (1) является детерминистической, так как она не учитывает вероятностные отклонения от среднего значения на некотором интервале времени, то есть флуктуацию. скорости ветрового потока, что имеет место в реальной действительности.
Известно, что при нелинейной зависимости между входными и выходными параметрами любой технической системы возникает смещение (сдвиг) среднего значения (математического ожидания) выходного сигнала от величины дисперсии входного сигнала. Например, при квадратичной зависимости потерь активной мощности от тока в линиях электропередачи в детерминистической постановке,
где I - действующее значение тока; R - сопротивление линии.
В вероятностной постановке задачи, то есть с учетом отклонений тока от среднего значения, определяемых дисперсии тока (DI) формула (2) является частным случаем. Новое выражение имеет вид
Подобным образом предлагается более точная зависимость между скоростью ветра, ее дисперсией и выработкой мощности ветроустановкой.
Разработка новой вероятностной модели оценки мощности, вырабатываемой ветроустановкой, выполнена через начальные и центральные моменты случайной величины скорости ветрового потока. Результирующее выражение имеет вид
При сравнении (1) и (4) видно, что учет дисперсии скорости ветра (DV), смещает величину вырабатываемой мощности ВЭУ в сторону большего значения. Иначе говоря, флуктуация ветрового потока позволяет увеличить вырабатываемую мощность ВЭУ, что обусловлено кубической нелинейной - зависимостью между скоростью ветра и мощностью ветроустановки.
Техническим результатом предлагаемого изобретения является повышение коэффициента использования энергии ветрового потока. На чертеже приведена структурная схема ветроэнергетической установки.
Заявленный результат достигается тем, что ветроэнергетическая установка содержит ветроколесо 1 с задатчиком 2 изменения угла атаки лопасти, датчик 3 скорости вращения вала, расположенный на выходе ветроколеса, генератор 4 электрического тока, к выходу которого подключен датчик 5 вырабатываемой генератором электрического тока активной мощности, к которому подключен датчик дополнительной вырабатываемой генератором электрического тока активной мощности, обусловленной среднеквадратическим отклонением скорости ветра 6 от ее математического ожидания, выход которого подключен к блоку фаззификации 7 регулятора нечеткого типа, блок 8 базы правил, выход которого подключен к блоку 9 дефаззификации, датчик 10 скорости ветра.
Предлагаемая установка работает следующим образом. Ветроколесо 1 вращается со скоростью (ω), измеряемой с помощью датчика 3. Генератор вырабатывает активную мощность (Р), измеряемую датчиком активной мощности 5, к выходу которого подключен датчик дополнительной вырабатываемой генератором активной мощности 6, обусловленной среднеквадратическим отклонением скорости ветра от ее математического ожидания. Выходы датчика 6, датчика скорости ветра (V) 10 и датчика скорости вращения ротора генератора (ω) 3 объединяются в блоке фаззификации 7, в котором входные четкие величины преобразуются в нечеткие лингвистические переменные. Лингвистические переменные из блока 7 поступают в блок базы правил 8, в котором каждому значению входной величины ставится в соответствие определенное значение выходной лингвистической переменной. Выходная лингвистическая переменная поступает в блок дефаззификации 9 лингвистических переменных в четкие выходные. На следующем этапе четкая выходная величина подается в задатчик 2 изменения угла атаки лопасти (α).
Использование регулятора нечеткого типа позволяет согласовать контуры регулирования мощности между собой по заранее написанным продукционным правилам, учитывающих возможные изменения параметров ветра во всех рабочих диапазонах. Иными словами, ввод датчика дополнительной активной мощности, обусловленной флуктуациями ветрового потока в контур регулирования, позволяет использовать в качестве входных величин скорость ветра и ее среднеквадратическое отклонение. Поэтому использование измеренного значения активной мощности приводит к увеличению коэффициента использования энергии ветрового потока.
Claims (1)
- Ветроэнергетическая установка, содержащая ветроколесо, задатчик изменения угла атаки лопасти, датчик скорости вращения вала, расположенный на выходе ветроколеса, генератор электрического тока, датчик вырабатываемой генератором электрического тока активной мощности, блок фаззификации четких величин в нечеткие лингвистические переменные, блок базы правил, блок дефаззификации, датчик скорости ветра, отличающаяся тем, что к выходу датчика вырабатываемой генератором электрического тока активной мощности добавлен датчик дополнительной вырабатываемой генератором электрического тока активной мощности, обусловленной среднеквадратическим отклонением скорости ветра от ее математического ожидания, при этом выход датчика дополнительной вырабатываемой генератором электрического тока активной мощности, выход датчика скорости ветра и выход датчика скорости вращения вала объединяются в блоке фаззификации четких величин в нечеткие лингвистические переменные, выход которого является входом блока базы правил, выход которого является входом блока дефаззификации, выход которого является входом задатчика изменения угла атаки лопасти.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2019121579A RU2728668C1 (ru) | 2018-11-22 | 2018-11-22 | Ветроэнергетическая установка |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2019121579A RU2728668C1 (ru) | 2018-11-22 | 2018-11-22 | Ветроэнергетическая установка |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2728668C1 true RU2728668C1 (ru) | 2020-07-31 |
Family
ID=72086092
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2019121579A RU2728668C1 (ru) | 2018-11-22 | 2018-11-22 | Ветроэнергетическая установка |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2728668C1 (ru) |
Citations (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US4656362A (en) * | 1982-11-08 | 1987-04-07 | United Technologies Corporation | Blade pitch angle control for large wind turbines |
SU1315646A1 (ru) * | 1986-01-14 | 1987-06-07 | Киевский Политехнический Институт Им.50-Летия Великой Октябрьской Социалистической Революции | Система управлени ветроагрегатом |
SU1477944A1 (ru) * | 1987-05-04 | 1989-05-07 | Конструкторское бюро "Шторм" при Киевском политехническом институте им.50-летия Великой Октябрьской социалистической революции | Система управлени ветроэлектрической установкой |
SU1477942A1 (ru) * | 1987-04-08 | 1989-05-07 | Конструкторское бюро "Шторм" при Киевском политехническом институте им.50-летия Великой Октябрьской социалистической революции | Система управлени ветроэлектрической установкой |
RU2468251C1 (ru) * | 2011-07-07 | 2012-11-27 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Национальный исследовательский университет "МЭИ" | Способ регулирования ветроэнергетической установки и устройство для его реализации |
RU132142U1 (ru) * | 2013-03-21 | 2013-09-10 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Новосибирский государственный технический университет" | Ветроэнергетическая установка |
-
2018
- 2018-11-22 RU RU2019121579A patent/RU2728668C1/ru active
Patent Citations (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US4656362A (en) * | 1982-11-08 | 1987-04-07 | United Technologies Corporation | Blade pitch angle control for large wind turbines |
SU1315646A1 (ru) * | 1986-01-14 | 1987-06-07 | Киевский Политехнический Институт Им.50-Летия Великой Октябрьской Социалистической Революции | Система управлени ветроагрегатом |
SU1477942A1 (ru) * | 1987-04-08 | 1989-05-07 | Конструкторское бюро "Шторм" при Киевском политехническом институте им.50-летия Великой Октябрьской социалистической революции | Система управлени ветроэлектрической установкой |
SU1477944A1 (ru) * | 1987-05-04 | 1989-05-07 | Конструкторское бюро "Шторм" при Киевском политехническом институте им.50-летия Великой Октябрьской социалистической революции | Система управлени ветроэлектрической установкой |
RU2468251C1 (ru) * | 2011-07-07 | 2012-11-27 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Национальный исследовательский университет "МЭИ" | Способ регулирования ветроэнергетической установки и устройство для его реализации |
RU132142U1 (ru) * | 2013-03-21 | 2013-09-10 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Новосибирский государственный технический университет" | Ветроэнергетическая установка |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
Chen et al. | New overall power control strategy for variable-speed fixed-pitch wind turbines within the whole wind velocity range | |
US4584486A (en) | Blade pitch control of a wind turbine | |
Ofualagba et al. | Wind energy conversion system-wind turbine modeling | |
CN105591395A (zh) | 一种双馈风机虚拟惯量控制后的转速恢复方法 | |
CN108488035B (zh) | 永磁直驱风力发电机组失速和变桨混合控制方法 | |
Bhowmik et al. | Wind speed estimation based variable speed wind power generation | |
CN104675629A (zh) | 一种变速风力发电机组的最大风能捕获方法 | |
Kumar et al. | PI/FL based blade pitch angle control for wind turbine used in wind energy conversion system | |
Llano et al. | Control algorithms for permanent magnet generators evaluated on a wind turbine emulator test-rig | |
CN109356799A (zh) | 一种无风速传感器风电机组功率追踪方法 | |
Nye et al. | Design and implementation of a variable speed wind turbine emulator | |
Yao et al. | Variable speed wind turbine maximum power extraction based on fuzzy logic control | |
RU2728668C1 (ru) | Ветроэнергетическая установка | |
Andrzej et al. | Laboratory setup with squirrel-cage motors for wind turbine emulation | |
Tsitsovits et al. | Dynamics of an isolated power system supplied from diesel and wind | |
Abdelhameed et al. | Adaptive maximum power tracking control technique for wind energy conversion systems | |
El Mouhi et al. | Active and Reactive Power Control of DFIG used in WECS using PI Controller and Backstepping | |
RU132142U1 (ru) | Ветроэнергетическая установка | |
Farret et al. | Active yaw control with sensorless wind speed and direction measurements for horizontal axis wind turbines | |
CN114876732A (zh) | 一种风电机组变桨的控制方法及装置 | |
Trinh et al. | Fuzzy logic controller for maximum power tracking in PMSG-based wind power systems | |
Wu et al. | A review of frequency regulation of DFIG-based wind farms | |
Chitransh et al. | Comparative analysis of different configuration of generators for extraction of wind energy | |
Ofualagba et al. | The modeling and dynamic characteristics of a variable speed wind turbine | |
Charafeddine et al. | Rotor resistance control of a wound induction generator for wind turbine with blade actuator |