Александр Михайлович Олейников - доктор технических наук, профессор, заведующий лабораторией экоэнергетики Института природно-технических систем; Лауреат Государственной премии Украины в области науки и техники; член диссертационного совета ДС 215.059.01
д. 28, ул. Ленина, г. Севастополь, 299011
Aleksander Oleynikov - .Sc. in Engineering, Professor, Head of EcoE-nergy Laboratory at the Institute of Natural and Technical Systems; winner of State Prize of Ukraine in Science and Technology; a member of the Dissertation Council BO 215.059.01
28 Lenin Str., Sevastopol, 299011
Лев Николаевич Канов - кандидат технических наук, доцент, доцент кафедры судового электрооборудования Севастопольского государственного университета, Морской институт
д. 33, ул. Университетская, г. Севастополь, 299053
Lev Kanov - Ph.D. in Engineering, Associate Professor at Marine Electrical Equipment of Sevastopol State University, Marine Institute
33 Universitetskaya Str., Sevastopol, 299053
В работе приведено описание оригинальной ветроэлектрической установки с механической редукцией, в которой мощность вертикально-осевой ветротурбины с относительно малой скоростью вращения через мультипликатор распределяется на заданное число генераторов, причем количество включенных в работу генераторов в каждый момент определяется мощностью реально действующего ветрового потока. При такой конструктивной схеме возможно обеспечить эффективную и с максимальным коэффициентом полезного действия работу установки в широком диапазоне скорости ветра и в произвольном графике выдаваемой потребителю электроэнергии. Ввиду того что опыта эксплуатации подобных комплексов до настоящего времени не было, дано подробное математическое описание его основных элементов – ветроколеса, генераторов с электромагнитным возбуждением и магнитоэлектрического типа – и процессов их взаимодействия с ветроколесом, а также результаты математического моделирования режимов работы системы при использовании предложенной системы уравнений. В основу математического описания основных элементов установки – синхронных генераторов – положена система уравнений электрического и механического равновесия в относительных единицах во вращающихся координатах без учета насыщения магнитной цепи. В уравнение механического равновесия системы входят вращающий момент ветроколеса и тормозные электромагнитные моменты генераторов с учетом коэффициентов редукции и трения и, кроме того, введен параметр динамики ротора генератора, обусловленной непрерывными колебаниями вращающего момента ветроколеса под воздействием нестационарного ветрового потока, а скорость ветра, выступающая исходной переменной величиной, моделируется набором синусоид. Упростить модель позволило эквивалентирование однотипных генераторов и пренебрежение в них переходными процессами с малой постоянной времени. На примере расчета установки с синхронными генераторами двух типов малой и средней мощности и с учетом реально действующих факторов продемонстрирована логика взаимодействий в основных элементах рассматриваемого комплекса в процессе преобразования ветрового потока в генерируемую активную и реактивную мощность. Показаны возможности реализации устойчивой работы такой системы в условиях нестационарного ветрового потока путем регулирования угла установки лопастей при одновременном изменении числа включенных генераторов того или другого типа, что представляет интерес для проектирующих организаций и производителей энергетических объектов.
The paper gives the description of the original wind electrical installation with mechanical reduction in which the output of vertical axis wind turbine with rather low rotation speed over multiplicator is distributed to a certain number of generators. The number of acting generators is determined by the output of actual operating wind stream at each moment. According to this constructive scheme, it is possible to provide effective and with maximum efficiency installation work in a wide range of wind speeds and under any schedule issued to the consumer of electricity. As there are no any experience in using such complexes, mathematical description of its main elements is given, namely windwheels, generators with electromagnetic excitation of magnetic electrical type, then their interaction with windwheel, and also the results of mathematical modeling of work system regimes under using the offered system of equations. The basis for the mathematical description of the main elements of the installation – synchronous generators – are the system of equations of electrical and mechanical equilibrium in relative units in rotating coordinates without considering saturation of the magnetic circuit. The equation of mechanical equilibrium systems includes torque and brake windwheel electromagnetic moments of generators with taking into account the reduction coefficients and friction. In addition, we specify the alternator rotor dynamics resulting from continuous torque of windwheel fluctuations under the influence of unsteady wind flow and wind speed serving as the original variable is modeled by a set of sinusoids. Model simplification is achieved by equivalization of similar generators and by disregarding these transitions with a small time constant. Calculation the installation with synchronous generators of two types of small and medium capacity taking into account the operational factors allowed us to demonstrate the logic of interactions in the main elements of the reported complex in the process of converting wind flow into the generated active and reactive power. We have shown the possibility of stable system work under changeable wind stream condition by regulating of the plant blade angle and with simultaneous varying of generator number of different types. All these are in great interest for project organizations and power producers.
The authors declare that there are no conflicts of interest present.