Разработка и исследование структур и алгоритмов управления систем автономного энергоснабжения с ветроэнергетическими установками

• Автор: Вессарт, Василий Владимирович
• Шифр специальности: 05.14.02
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2003
• Место защиты: Санкт-Петербург
• Количество страниц: 176 с.

ОГЛАВЛЕНИЕ
ВВЕДЕНИЕ
ГЛАВА 1. АНАЛИЗ ПРОБЛЕМ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ ВЕТРОЭНЕРГЕТИЧЕСКИХ УСТАНОВОК ВЭУ И ИХ СОВМЕСТНОЙ РАБОТЫ С ДИЗЕЛЬНЫМИ ЭЛЕКТРОСТАНЦИЯМИ ДЭС В СИСТЕМАХ АВТОНОМНОГО ЭНЕРГОСНАБЖЕНИЯ.

1.1. Характерные особенности ВЭУ как

источника энергии.

1.2. Классификация ВЭУ

1.3. Системы генерирования ВЭУ

1.4. Особенности систем автономного энергоснабжения и совместной работы ВЭУ и источника энергии в

системах автономного энергоснабжения

1.5. Экологическая оценка использования ВЭУ в

системах автономного энергоснабжения

1.6. Основы электротехнической совместимости
оборудования автономных систем энергоснабжения
1.7. Выводы по первой главе.
ГЛАВА 2. АНАЛИЗ ВОЗМОЖНОСТИ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ СОВМЕСТНОЙ РАБОТЫ ВЭУ И ДЭС В СИСТЕМАХ АВТОНОМНОГО ЭНЕРГОСНАБЖЕНИЯ.
2.1. Анализ структурных схем работы ВЭУ и ДЭС в системах автономного энергоснабжения.
2.2. Структура САЭ с ВЭУ и дизель инерционной
установкой
2.3. Математическая модель установки
2.4. Исследование системы на математической модели
2.5. Выводы по второй главе.
ГЛАВА 3. РАЗРАБОТКА ОПТИМАЛЬНОЙ СТРУКТУРЫ И АЛГОРИТМА УПРАВЛЕНИЯ СИСТЕМОЙ ЭНЕРГОСНАБЖЕНИЯ АВТОНОМНЫХ ОБЪЕКТОВ С ВЭУ.
3.1. Построение оптимальной структуры системы
автономного энергоснабжения с ВЭУ.
3.2. Основные требования к системе автоматического регулирования энергоснабжением
автономных объектов с ВЭУ.
3.3. Оптимизация структуры управления за счет адаптивных свойств системы энергоснабжения
автономного объекта с ВЭУ.
3.4. Выбор алгоритмов работы системы автоматического регулирования автономного энергоснабжения
3.5. Выводы по третьей главе.
ГЛАВА 4. РАЗРАБОТКА ТЕОРЕТИЧЕСКИХ И МЕТОДИЧЕСКИХ ПРИНЦИПОВ УПРАВЛЕНИЯ ПОТРЕБИТЕЛЯМИРЕГУЛЯТОРАМИ АВТОНОМНОЙ СИСТЕМЫ ЭНЕРГОСНАБЖЕНИЯ С ВЭУ.
4.1. Анализ структуры энергопотребления автономного
объекта и понятие потребителярегулятора.
4.2. Оценка аккумулирующих свойств основных типов потребителей автономного объекта. .
4.3. Разработка методики управления потребителямирегуляторами.
4.4. Разработка алгоритма и программы расчета
режимов работы потребителейрегуляторов и общие
принципы управления режимами энергопотребления.
4.5. Выводы по четвертой главе.
ГЛАВА 5. МЕТОДИКА ОЦЕНКИ ЭКОНОМИЧЕСКОЙ ЭФФЕКТИВНОСТИ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ ВЭУ В СИСТЕМЕ ЭНЕРГООБЕСПЕЧЕНИЯ АВТОНОМНОГО ОБЪЕКТА.
5.1. Техникоэкономическое обоснование использования
ВЭУ в системах автономного энергообеспечения.
5.2. Общие понятия методики оценки экономической эффективности
5.3. Основы методики оценки экономической эффективности использования ВЭУ в системах
автономного энергообеспечения
5.4. Расчет средней годовой стоимости электроэнергии, вырабатываемой автономным объектом с ВЭУ.
5.5. Выводы по пятой главе.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ


Согласно , изменение температуры воздуха с до 0 повышает мощность ветрового потока примерно на 6, а повышение температуры воздуха с до С снижает мощность примерно на 5. При постоянной температуре воздуха изменение атмосферного давления с 0 мм до 0 мм ртутного столба будет снижать энергию потока приблизительно на 6. Ветер переменен не только по силе, но и по направлению. Для наиболее полного использования энергии ветра колесо ВЭУ должно занимать определенное положение относительно ветрового потока. Для этого ветродвигатели оборудуются соответствующими системами ориентации, а также ограничения мощности и частоты вращения ротора при порывах ветра. Вследствие этого необходимо создавать ВЭУ с ветроколесами достаточно большого диаметра. Общепринятой базовой моделью для ВЭУ единичной мощностью до 0 кВт является двухили трехлопастное ветроколесо горизонтальнопропеллерного типа, поднятое на соответствующую башню. Для ВЭУ большей мощности разрабатываются конструкции с вертикальной осью вращения. Диаметр ветроколеса для малых мощностей измеряется метрами, средних десятками метров, а для тысяч киловатт достигает сотни метров. Мощность, развиваемая ветроколесом, пропорциональна квадрату его диаметра, кубу скорости ветра и коэффициенту использования энергии ветра. Последний сложным образом зависит от аэродинамических свойств ветроколеса и скорости ветра, но, в целом, не превышает 0,4 0,5 3,. Вследствие этого большинство реально действующих ВЭУ способны начать отдачу полезной мощности при скорости ветра более мс. При скорости ветра порядка 8 мс они выходят на режим номинальной мощности и частоты вращения. При скоростях более мс ВЭУ выключаются из работы, так как усилия, испытываемые ветроколесом и башней, становятся слишком большими . В диапазоне скоростей ветра от 8 до мс ветроколесо вырабатывает избыточную по отношению к номинальной мощность, а частота его вращения может превысить номинальную. В целях поддержания постоянства мощности и частоты переменного тока в этих условиях применяется регулирование частоты вращения, в частности, используя системы поворота лопастей колеса по отношению к ветру. Это же регулирование используется и при нарушении баланса между вырабатываемой мощностью и мощностью нагрузки. Вследствие инерционности такой системы регулирования качество электроэнергии, вырабатываемой ВЭУ, получается существенно ниже, чем от традиционных электроустановок . ВЭУ зависит от среднегодовой скорости ветра и лежит в пределах тыс. Наиболее благоприятен для работы ВЭУ осеннезимний и ранний весенний периоды года, что в целом совпадает с условиями изменения электрической и тепловой нагрузки. В результате действия указанных причин непостоянства ветра и сильной зависимости мощности ВЭУ от скорости ветра ВЭУ не могут обеспечить постоянство электроснабжения потребителей в автономном режиме. Еще одной особенностью ВЭУ является их высокая капиталоемкость. По данным различных источников , стоимость 1 кВт вводимой в эксплуатацию мощности ВЭУ составляет от 0 до долл. США, что в несколько раз превышает капиталовложения в дизельные электростанции небольшой мощности до 0 кВт, составляющие долл. Вт. Практически капиталоемкость ВЭУ сопоставима с капиталоемкостью тепловых долл. Вт, атомных долл. Вт и гидравлических долл. Вт электростанций. По оценкам экспертов в перспективе по мере развития ветротехники можно ожидать дальнейшего снижения стоимости ВЭУ . Мировая практика показала, что при среднегодовых скоростях ветра менее мс использование ВЭУ неэффективно . Исходя из этих условий, согласно ветровому кадастру нашей страны, не более ее территории может использоваться для выработки электроэнергии. К ветроактивным районам России скорость ветра V мс относятся побережья океанов и морей прибрежные районы Архангельской и Мурманской областей, ЯмалоНенецкого и Таймырского автономных округов, Чукотки, Камчатки и Сахалина. Значительным ветроэнергетическим потенциалом обладают зоны побережья и островов Северного Ледовитого и Тихого океанов, а также АзовоЧерноморская и Каспийская зоны ,.