Побудова масштабованої моделі вітроелектростанції для тестування контролера верхнього рівня

Abstract

Запропоновано обчислювально ефективну багатотурбінну модель вітрової електростанції (ВЕС), призначену для відлагодження й тестування контролера електростанції у динамічних режимах. На відміну від наявних підходів, що використовують надмірно спрощені агреговані моделі або обчислювально затратні детальні моделі електромагнітних перехідних процесів, запропонована модель є проміжною. Вона зберігає індивідуальний опис кожної турбіни, достатній для тестування алгоритмів розподілу потужності, і водночас забезпечує можливість моделювання десятків турбін у реальному часі. Модель поєднує спрощений опис кожної турбіни зі статичними обмеженнями (крива потужності та PQ-межі), аперіодичними ланками першого порядку для активної і реактивної потужності та генератором вітрового поля. Окремо розглянуто режими роботи з активним зовнішнім обмеженням активної потужності, де команду контролера електростанції описано функцією обмеження швидкості зміни та аперіодичною ланкою. Новизна підходу полягає у поєднанні структурованих процедур ідентифікації часових сталих для необмеженого та обмеженого режимів, що забезпечує швидку параметризацію моделі за обмеженим обсягом експериментальних даних без потреби у детальних аеродинамічних чи електромеханічних параметрах турбіни. Така модель дає змогу оптимізувати алгоритми керування до їх впровадження на реальному об'єкті, покращуючи статичні й динамічні характеристики електростанції – точність відпрацювання заданої потужності, швидкодію реакції на команди оператора та стійкість роботи в умовах змінного вітрового навантаження. Наведено результати ідентифікації для різних середніх швидкостей вітру та інтенсивностей турбулентності. Показано, що оцінена стала  істотно залежить від робочої точки та рівня турбулентності, тому доцільне зональне/табличне задання параметрів; модель придатна для сценаріїв 5 – 30 хв із десятками турбін.