Математичні моделі та пристрої для автоматичного керування вітровим електротехнічним комплексом з вертикальною віссю обертання

Abstract

Дисертація присвячена підвищенню ефективності використання потужності вітрового потоку вітровим електротехнічним комплексом прямого перетворення енергії вітру в електричну із вертикальною віссю обертання, шляхом створення системи автоматичного керування цим комплексом за критерієм відбору максимуму потужності. Обґрунтовано актуальність досліджень, здійснено аналіз відомих електромеханічних перетворювачів енергії вітру в електричну енергію та їх систем керування. Запропоновано новий підхід і побудовані математичні моделі сил, які виникають на лопатях вітрового колеса під дією повітряних потоків. Вперше розроблено закон керування для регулятора струму збудження вітрового електротехнічного комплексу та запропоновано його структуру, вдосконалено математичну модель системи керування із застосуванням теорії нечітких множин. Запропоновано мікропроцесорну реалізацію автоматичного регулятора керування струмом збудження та алгоритм її функціонування. Методи і технічні засоби пройшли промислову апробацію і впроваджені на ПКТБ «Конкорд» місто Дніпропетровськ.

Диссертация посвящена вопросу повышения эффективности использования мощности ветрового потока ветровым электротехническим комплексом прямого преобразования энергии ветра в электрическую, путем создания системы автоматического управления этим комплексом по критерию отбора максимума мощности Предложен новый подход и построены векторные диаграммы скоростей воздушных потоков, действующих на лопасти ветрового колеса с вертикальной осью вращения, и сил, создаваемых этими потоками, при равном нулю и отличном от нуля углу поворота лопасти относительно касательной в точке сопряжения лопасти с ободом ветрового колеса, предложен новый подход и построены математические модели сил, возникающих на лопастях ветрового колеса с вертикальной осью вращения под действием воздушных потоков, с использованием этого подхода. Разработана методика идентификации предложенных математических моделей для сил, возникающих на лопастях ветрового колеса с вертикальной осью вращения, что позволяет определить момент вращения на валу ветрового колеса.. Впервые разработан закон управления для регулятора тока возбуждения ветрового электротехнического комплекса, с прямым преобразованием энергии ветра в электрическую, обеспечивающий работу ВЭК в точке максимального отбора мощности ветрового колеса, усовершенствовано математическую модель системы управления с применением теории нечетких множеств. Предложена микропроцессорная реализация автоматического регулятора управления током возбуждения ветрового электротехнического комплекса, алгоритм ее функционирования, также реализовано экспериментальную ВЭУ прямого преобразования энергии ветра в электрическую с вертикальной осью вращения на которой осуществлена проверка теоретических положений.

The dissertation is devoted to improving efficiency wind power by wind flow electrical complex of direct conversion of wind power into electricity with a vertical axis of rotation, by establishing automatic control system for this complex criterion of maximum capacity. The urgency of research, analysis of known electromechanical converters for wind energy into electrical energy and control systems is proved. A new approach and the mathematical model of forces that occur on the blade of wind wheel under the influence of air currents is proposed. The law of excitation current regulator control for wind electrical complex and its structure is proposed, mathematical model of control system using fuzzy sets is improved. A microprocessor implementation of automatic regulator and excitation current control algorithm of its functioning is suggested. Methods and technical means have been technologically implemented and tested on PKTB "Concord" city of Dnipropetrovsk.