Вертикально-осевая ветротурбина: динамика и управление

• Автор: Климина, Любовь Александровна
• Шифр специальности: 01.02.01
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2010
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 123 с. : ил.

Содержание
Введение
Обзор литературы
Глава 1. Электромеханическая модель ветротурбины
1.1. Условные обозначения
1.2. Структура уравнений, описывающих поведение системы
1.3. Модель аэродинамического воздействия
1.4. Модель диссипативных сил, отвечающих за потери электрической энергии
Глава 2. Рабочие режимы ветротурбины
2.1. Безразмерные переменные и параметры задачи
2.2. Практическая задача выбора значений параметров ветротурбины
2.3. Непрерывная зависимость периодических траекторий от параметров задачи и типы бифуркаций
2.4. Изменение параметра с при фиксированном параметре А: поворот поля. Существование периодических траекторий
2.5. Случай А —> оо: бифуркации периодических траекторий при изменении параметра с
2.6. Случай А —> 0: бифуркации периодических траекторий при изменение параметра с
2.7. Численное исследование и общие выводы для произвольного А: бифуркации периодических траекторий при изменении параметра с
2.8. Оценки механической и электрической мощности на рабочем режиме ветротурбины

2.9. Гистерезис угловой скорости и мощности на рабочем режиме в зависимости от направления изменения величины Я внешнего сопротивления и величины V скорости ветра
Глава 3. Обработка экспериментальных данных: идентификация параметров и верификация модели
3.1. Описание ветротурбины, с которой проводились эксперименты
3.2. Идентификация параметров модели
3.3. Экспериментальное построение диаграммы ротационных режимов в зависимости от параметра с
Глава 4. Варианты управления
4.1. Управление установочными углами лопастей ротора
4.2. Управление величиной момента инерции ротора
Заключение
Литература

Введение
Актуальность работы. В последнее время все большее применение находят источники возобновляемой энергии, в частности ветроэнергетические установки (ВЭУ). Современные научные исследования в области динамики ВЭУ в основном идут по пути усложнения моделей аэродинамических и электромагнитных воздействий на систему. Позволяя зачастую достигать очень точного совпадения с экспериментами, такие модели отличаются высоким уровнем сложности. Для их исследования применяются в основном численные методы. В то же время малопараметрические модели предоставляют возможность аналитического исследования качественных особенностей поведения системы в зависимости от параметров задачи. Данная работа представляет пример такого исследования в отношении ВЭУ с вертикальной осью вращения.
К достоинствам вертикально-осевых ВЭУ относятся, в частности: упрощение конструкции за счет возможности расположения генератора на земле, а также отсутствие необходимости разворачивать ветроприемное устройство - ротор при изменении направления ветра.
С точки зрения исследователя, существенным отличием вертикально-осевой ВЭУ от горизонтально-осевой является то, что для ВЭУ с вертикальной осью вращения аэродинамический момент, вращающий ротор, зависит не только от угловой скорости ротора, но и от значения угла поворота по отношению к направлению скорости ветра.
Модель, исследуемая в данной работе учитывает электромеханические взаимодействия в системе. Далеко не все модели, встречающиеся в литературе по ВЭУ, обладают этим свойством. Выводы, полученные в ходе исследования, содержат подробное описание зависимости характеристик рабочих режимов ВЭУ от электромеханических параметров задачи. Автору диссерта-
1.4. Модель диссипативных сил, отвечающих за потери электрической энергии
Введем в систему диссипативные силы, отвечающие за потери электрической энергии в системе электрогенератора ветроустановки4. Эта модель направлена на уточнение описания поведения ветроустановки при небольших значениях угловой скорости ротора. Она опирается на одно из описаний характера зависимости ЭДС двигателя от угловой скорости ротора двигателя, обнаруженное В.А. Самсоновым (которое можно найти, например, в инструкции по эксплуатации автомобильного двигателя), а также на выводы автора о характере зависимости ЭДС от угловой скорости ротора ветроустановки, сделанные при обработке результатов экспериментов с промышленным образцом ветротурбины (см. главу 3). Важной особенностью этой модели является введение порогового значения По угловой скорости ротора, до достижения которого ток во внешней цепи генератора практически отсутствует. Существование этого цорох'ового значения было впоследствии подтверждено экспериментально М.З. Досаевым и Ю.Д. Селюцким (см. главу 3).
Предположим, что в цепи электрогенератора существует некоторая величина Щ запирающего напряжения. При этом Щ является константой - требующим идентификации характерным параметром генератора. Пока энергии, поступающей от вращения ротора ветроустановки недостаточно для того, чтобы обеспечить падение напряжения на величину Щ, ток во внешней цепи генератора практически отсутствует. Обозначим По пороговое значение угловой скорости ротора, при котором достигается падение напряжения Щ. Заметим, что при П = По ток во внешней цепи все еще практически отсутствует. Тогда
*Ни в одной из известных автору работ по ветроэнергетике нет подобной модели.