Параметрическая настройка системы управления ветроэнергетической установки по результатам моделирования

• Автор: Зубарев, Денис Владимирович
• Шифр специальности: 05.02.05
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2006
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 177 с. : ил.

1. Анализ работ по исследованию ветродвигателей

1.1. Происхождение ветра, ветровые зоны России

1.2. Классификация ветродвигателей по принципу работы

1.3. Работа плоской поверхности при действии на нее силы ветра

1.4. Работа ветрового колеса

1.5. Понятие идеального ветряка

1.6. Теория реального ветряка. Работа элементарных лопастей

ветроколеса. Первое уравнение связи

1.7. Теория реального ветряка. Второе уравнение связи

1.8. Момент и мощность всего ветряка

1.9. Системы управления ветроэнергетическими установками

1.10. Обзор работ по моделированию ВЭУ
1.11. Постановка задачи исследования
2. Теоретические предпосылки исследования
2.1. ВЭУ как инверсный мехатронный объект
2.2. Модель ВК и Генератора
2.3. Механическая часть ВЭУ
2.3.1. Кинематическая схема МПЛ и его математическая модель
2.3.2. Аналитическая зависимость угла поворота лопасти от
перемещения гайки ШВПД
2.3.3. Зависимость перемещения гайки ШВПД от частоты вращения двигателя
2.3.4. Зависимость усилия, действующего вдоль ходового винта ШВПД от момента шарнирного на лопасти ВК
2.3.5. Модель рысканья гондолы
2.4. Модели ветровых нагрузок
2.4.1. Предельный рабочий порыв ветра
2.4.2. Предельный когерентный порыв ветра
2.4.3. Предельное изменение направления
2.4.4. Предельный когерентный порыв ветра с изменением
направления
2.4.5. Предельный сдвиг (градиент) ветра
2.4.6. Турбулентност ъ ветра
2.4.7. Вероятностные модели турбулентности
2.4.8. Детерминированное описание турбулентност и
2.5. Анализ информационно-управляющей системы ВЭУ
2.5.1. Датчики системы
2.5.2. Исполнительные органы СУ
2.5.3. Структура СУ
2.5.4. Режимы работы ВЭУ
2.5.5. Программное обеспечение СУ

2.6. Параметры настройки
2.7. Выводы
3. Компьютерная модель ВЭУ
3.1. Общая структура модели
3.2. Реализация модели ветроколеса и генератора
3.3. Реализация моделей ветра
3.4. Реализация модели привода поворота лопастей
3.5. Реализация алгоритма работы САУ для мат. Моделирования
3.6. Работа с моделью
3.7. Реализация “подмены” реальных датчиков СУ для полунатурного моделирования
3.8. Методика выбора характеристик
3.9. Выводы
Выводы и рекомендации по результатам работы
Библиографический список
Приложение А Примеры эксперимента и их его результаты
Приложение Б Результат испытания реальной ВЭУ
Приложение В Алгоритмы программно математического обеспечения системы управления ВЭУ
Ветроэнергетическими установками называют устройства для преобразования энергии ветра в электрическую. В настоящее время ветроэнергетические установки являются наиболее удобными и доступными для частного пользователя альтернативными источниками энергии. Они дают ряд преимуществ:
• независимость от внешних источников (эл. сеть), возможность полностью исключить работы по проведению эл. линии на удаленные объекты.
• возможность использовать совместно с питанием от электросети и другими источниками (дизель-генератор, солнечные батареи), существенно экономя расходы и в то же время повышая стабильность электроснабжения.
Также в мире все актуальнее становится проблема энергосбережения. В развитых странах последнее двадцатилетие наблюдался экономический рост при снижении энергоемкости ВВП. Прирост ВВП на 1% потребовал прироста потребления энергоносителей на 0,4%. В связи, с чем энергоемкость ВВП в среднем по миру уменьшилась на 19%, а в развитых странах - на 21 - 27%. Для российской экономики проблема энергосбережения особенно актуальна. Энергоемкость ВВП в России по ППС превышает данный показатель: среднемировой - в 2,3 раза, стран Евросоюза - в 3,1 раза, Японии - в 7 раз, США - 4,5 раза. В жилищно-коммунальном хозяйстве России расход тепла и воды выше, чем в Финляндии Норвегии: по нормам - в 3 раза, фактически в 4 - 5 раз.

соответствующего уровня безопасности и надежности [33], характеристики окружающей среды, электрические параметры и характеристики грунта должны быть учтены в конструкции и должны быть четко оговорены в конструкторской документации.
Условия окружающей среды дополнительно подразделяются на
ветровой режим и другие условия окружающей среды. Электрические
характеристики соотнесены с условиями электрической сети.
Каждый вид внешнего воздействия может быть подразделен на
обычный и экстремальный [29]. Обычные внешние условия связаны обычно с длительной нагрузкой на конструкцию и условиями эксплуатации, в то время как экстремальные внешние условия представляют собой редкие, но
потенциально критичные для конструкции внешние условия. Варианты расчетных нагрузок представляют собой сочетание этих внешних условий с рабочими режимами ветровых турбогенераторов.
Ветровые режимы являются основными внешними воздействиями, влияющими на целостность конструкции. Другими условиями окружающей среды, также влияющими на характеристики конструкции, являются функционирование контрольной системы[23], срок службы (долговечность), коррозия и т.д.
Обычные и экстремальные условия, которые следует учитывать в конструкции в соответствии с классами ВТС, приведены в последующих подпунктах.
Предельный ветровой режим используют для определения предельных нагрузок ветра на ВТС. Этот режим включает максимальные скорости ветра, возникающие из-за бурь и быстрых изменений скорости и направления ветра[30]. Предельный режим включает потенциальное воздействие турбулентности с тем, чтобы в расчетных вычислениях было необходимо учитывать только детерминистические воздействия[9],[12],[24].