Енергоефективне керування малопотужними вітроустановками для генерування електричної і теплової енергії
Електронний науковий архів Науково-технічної бібліотеки Національного університету "Львівська політехніка"
Переглянути архів Інформація| Поле | Співвідношення | |
| Title |
Енергоефективне керування малопотужними вітроустановками для генерування електричної і теплової енергії
Энергоэффективное управление маломощными ветроустановками для генерирования электрической и тепловой энергии Energy efficient control of low power wind turbines for electrical and heat power generation |
|
| Creator |
Щур, Всеволод Ігорович
|
|
| Subject |
вітроустановка з вертикальною віссю обертання
синхронний генератор з постійними магнітами електротеплова вітроустановка когенерація система оптимального керування система обмеження потужності вітроустановки ветроустановка с вертикальной осью вращения синхронный генератор с постоянными магнитами электротепловая ветроустановка когенерация система оптимального управления система ограничения мощности ветроустановки vertical axis wind turbine synchronous generator with permanent mag-nets electro-heat wind turbine cogeneration system optimal control system wind turbine power limitation system |
|
| Description |
Дисертація присвячена розробленню систем керування процесами генерування електричної і теплової енергії, отримуваної від сонця малопотужними автономними вітроустановками (ВЕУ). Теоретичні дослідження показали, що зі зниженням потужності ВЕУ аеромеханічна стала часу вітроротора (ВР) зростає, а також її значення є обернено пропорційне до швидкості вітру. Для підвищення ефективності відбору енергії від вітру малопотужними ВЕУ, що переважно працюють на низькошвидкісних турбулентних вітрах, розроблено комбінований регулятор, який працює за збуренням швидкості вітру та відхиленням кутової швидкості ВР від усталеного значення. Останнє коректується за принципом нечіткої логіки відповідно до метеорологічних умов роботи ВР – температури повітря та швидкості вітру. Для генерування теплової енергії з електричної запропоновано дві системи двопозиційного регулювання навантаження обмотки якоря генератора на термоелектричні нагрівачі – періодичного й імпульсного низькочастотного. Для таких електротеплових ВЕУ розроблено системи оптимального керування, створено методики обґрунтування параметрів і здійснено імітаційне компʼютерне симулювання їхньої роботи. Найкращими характеристиками відзначається когенераційна ВЕУ, в якій на валу ВР розміщено додатковий теплогенератор – електромагнітний перетворювач механічної енергії в теплову. Для такої ВЕУ розроблено систему дворівневого автоматичного керування підсистемами генерування електричної й теплової енергії, а також процесами їх нагромадження у відповідних акумуляторах енергії. Експериментальні дослідження всіх розроблених систем керування проведено на дослідному стенді з фізичним симулятором роботи ВР на турбулентних вітрах та електричним і тепловим генераторами. Диссертация посвящена разработке систем управления процессами генерации электрической и тепловой энергии, получаемой от солнца маломощными автономными ветроустановками (ВЭУ). Такие ВЭУ устанавливаются непосредственно у потребителей и работают преимущественно на низкоскоростных турбулентных ветрах. Обоснована целесообразность применения в таких условиях работы ветроротора (ВР) с вертикальной осью вращения, который непосредственно приводит в движение синхронный генератор с постоянными магнитами (СГПМ). Теоретические исследования показали, что с понижением мощности ВЭУ аэромеханическая постоянная времени ВР возрастает, а также ее значение обратно пропорционально скорости ветра. С целью повышения эффективности отбора энер-гии от ветра маломощными ВЭУ разработан комбинированный регулятор, который работает по возмущению скорости ветра и отклонению угловой скорости ВР от установившегося значения. Последнее корректируется по принципу нечеткой логики в соответствии с метеорологическими условиями работы ВР – температуры воздуха и скорости ветра. Для генерирования тепловой энергии с электрической предложены две системы двухпозиционного регулирования нагрузки обмотки якоря СГПМ на термоэлектрические нагреватели – периодического и импульсного низкочастотного. Для таких электротепловых ВЭУ разработаны системы оптимального управления, защищенные патентом на изобретение способа и устройства для его реализации. Созданы методики и компьютерные программы для обоснования параметров электротепловых ВЭУ, а также осуществлено имитационное компьютерное симулирование их работы. Наилучшими характеристиками отличается запатентованная когенерационная ВЭУ, в которой на валу ВР, кроме СГПМ, размещается дополнительный теплогенератор – электромагнитный преобразователь механической энергии в тепловую (ЭПМЭТ). Для такой ВЭУ разработана система двухуровневого автоматического управления: на нижнем уровне – локальные подсистемы оптимального управления процессами генерации электрической и тепловой энергии; на верхнем – система энергетического менеджмента, которая управляет энергопотоками в зависимости от текущего ветроресурса и потребностей в электрической и тепловой энергии, а также процессами накопления электроэнергии в электрохимических аккумуляторных батареях и тепловом бойлере. Для экспериментальной проверки теоретических результатов создан опытный стенд с физическим симулятором работы ВР на турбулентных ветрах, реализованным с помощью частотно управляемого по электромагнитному моменту асинхронного двигателя в соответствии с записанной в промышленном контроллере программой. Асинхронный двигатель приводит в движение блок генераторов в составе СГПМ и ЭПМЭТ. Все разработанные системы управления реализованы в контроллере. Проведенные на стенде экспериментальные исследования разработанных систем управления электротепловыми ВЭУ показали их эффективность и отклонения от результатов компьютерного симулирования не более, чем на 20%. The thesis is devoted to development of control processes for generation of electrical and heat energy received from the low power stand-alone wind turbines (WT). Theoretical studies have shown that in the same time, with WTs rated power reduction the wind-mechanical time constant of wind rotor (WR) increases, and this value is inversely propor-tional to the wind speed. In order to increase generated by WTs energy, preferably opera-ting at low and turbulent wind speed, was created the combined regulator that operates in disturbance of wind speed and deviation of WR angular speed from steady state. The last one is adjusting by fuzzy logic corrector in accordance to the weather conditions – air temperature and wind speed. We have developed two control systems for generation of heat energy from electricity. Both of them are based on two-position load control of gene-rator armature winding by the thermoelectric heaters – periodic and low frequency pulses generator load. For such electro-heat WTs were created the optimal control systems and the methods of parameters substantiation. Also the computer simulation of their work was carried out. The best performance has the cogeneration WT, which has built on the same WR-shaft heat generator – electromagnetic transformer of mechanical energy into heat. For this WT was designed the two-level system of automatic control to generate electrical and heat energy. In addition, it was developed the control system of energy accumulation into the batteries. The experimental researches of all developed control systems was exe-cuted on the test bench with physical simulator of WR work on turbulent winds and both electrical and heat generators.
|
|
| Date |
2017-05-29T12:10:04Z
2017-05-29T12:10:04Z 2017 |
|
| Type |
Autoreferat
|
|
| Identifier |
Щур В. І. Енергоефективне керування малопотужними вітроустановками для генерування електричної і теплової енергії : дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук : 05.09.03 – електротехнічні комплекси та системи / Всеволод Ігорович Щур ; Міністерство освіти і науки України, Національний університет «Львівська політехніка». – Львів, 2017. – 246 с. – Бібліографія: с. 201–221 (178 назв).
http://ena.lp.edu.ua:8080/handle/ntb/38108 |
|
| Language |
ua
|
|
| Format |
application/pdf
application/pdf application/pdf application/pdf |
|
| Publisher |
Національний університет "Львівська політехніка"
|
|
| Source |
http://lp.edu.ua/research/disscoun/d-3505202/shchur-vsevolod-igorovych
|
|