Исследование режимов работы многомашинной ветроустановки с механической редукцией

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.

1. Кривцов, В.С. Неисчерпаемая энергия. Кн. 1. Ветроэлектрогенераторы: учебник / В.С. Кривцов, А.М. Олейников, А.И. Яковлев. ‒ Харьков: Нац. аэрокосм. ун-т ХАИ; Севастополь: СевНТУ, 2003. ‒ 400 с.

2. Кривцов, В.С. Неисчерпаемая энергия. Кн. 2. Ветроэнергетика: учебник / В.С. Кривцов, А.М. Олейников, А.И. Яковлев. ‒ Харьков: Нац. аэрокосм. ун-т ХАИ; Севастополь: СевНТУ, 2004. ‒ 519 с.

3. Кривцов, В.С. Неисчерпаемая энергия. Кн. 3. Альтернативная энергетика: учебник / В.С. Кривцов, А.М. Олейников, А.И. Яковлев. ‒ Харьков: Нац. аэрокосм. ун-т ХАИ; Севастополь: СевНТУ, 2006. ‒ 621 с.

4. Кривцова, В.И. Неисчерпаемая энергия. Кн. 4. Ветроводородная энергетика: учебник / В.И. Кривцова, А.М. Олейников, А.И. Яковлев. ‒ Харьков: Нац. аэрокосм. ун-т ХАИ; Севастополь: СевНТУ, 2007. ‒ 606 с.

5. Dvorak P., Yan J. Мегаконструкции. Самые большие ветрогенераторы [Электронный ресурс] (China, sawt.com.) – Режим доступа https://geektimes.com/post/284188/ – (Дата обращения: 02.02.2018).

6. Олейников, А.М. Моделирование динамического режима автономной ветроэлектрической установки малой мощности / А.М. Олейников, Л.Н. Канов, Е.И. Зарицкая // Праці інституту електродинаміки НАН України. ‒ 2009. ‒ № 24. ‒ С. 11‒18.

7. Олейников, А.М. Автономные ветроэлектрогенераторы малой мощности / А.М. Олейников, А.В. Пильганчук, Л.Л. Загоруйко // Сб. Научн. Трудов СИЯЭИП, Севастополь. ‒ 1999. ‒ № 1. ‒ С. 77‒79.

8. Олейников, А.М. Автономная безредукторная ВЭУ с тихоходным синхронным генератором средней мощности / А.М. Олейников, Е.И. Зарицкая, А.В. Пильганчук // Вестник СЕВНТУ. Сер. Механика, Энергетика, Экология: Сб. Науч. Тр. – Севастополь: СЕВНТУ. ‒ 2009. – Вып. 97. ‒ С. 103–106.

9. Олейников, А.М. Практические разработки в интересах развития ветроэлектрических установок / А.М. Олейников, В.В. Усачев // Системы контроля окружающей среды. ‒ 2018. ‒ № 12 (32). ‒ С. 133–141.

10. ПФГ «Конкорд» Ветроэлектрическая турбо-генераторная установка ТГ-750. Нетрадиційні та відновлювані джерела енергії в енергозабезпеченні регіону: Матеріали науково-практичної конференції // Регіональний філіал національного інституту стратегічних досліджень в м. Дніпропетровську; за ред. проф. А.І. Шевцова. – 2007. ‒ С. 38‒41

11. Пат. 88140 Украина, МПК Н 02 К 21/00. Многомашинная вертикально-осевая ветроустановка / Олейников А.М. – [и др.].; заявитель и патентообладатель Олейников А.М. и др. – № 2012 02 1219; заявл. 24.02.2012; опубл. 11.03.2014, Бюл. № 5.

12. Абрамовский, Е.Р. Ретроспектива и перспектива вертикально-осевой ветроэнергетики. /Е. Р. Аб-рамовский, И. Ю. Костюков, С. В. Тарасов, А. И. Яковлев // Вісник Дніпропетровського університету. Серія «ІФНІТ». – 2014. – 22. – С. 18–31.

13. Автономные ветроэнергетические установки: учеб.-метод. пособие для студентов техн. высш. учеб. заведений / под ред. А.М. Олейникова. – Севастополь: Изд-во СевНТУ, 2009. – 192 с.

14. Балагуров, В.А. Электрические генераторы с постоянными магнитами / В.А. Балагуров, Ф.Ф. Галтеев. – М.: Энергоатомиздат, 1988. – 280 с.

15. Пат. 86070 Украина, МПК Н02К 21/00. Ротор тихоходного синхронного генератора с постоянными магнитами / Олейников А.М. – [и др.]; заявитель и патентообладатель Севастопольский нац. техн. ун-т. – № 200700457; заявл. 16.01.07; опубл. 25.03.09, Бюл. № 6.

16. Шейнман, Л.Е. Расчет переходных процессов синхронных машин. – Севастополь: изд-во Севастопольское ВВМИУ, 1972. – 144 с.

17. Казовский, Е.Я. Переходные процессы в электрических машинах переменного тока. – М., Л.: изд-во АН СССР, 1962. – 624 с.

18. Веретенников, Л.П. Переходные процессы в электроэнергетических системах кораблей. – Л.: изд-во Военно-морской академии им. Гречко А.А., 1965, – 493 с.

19. Трещев, И.И. Переходные процессы в электрических машинах переменного тока. – М.: Энергия, 1980. – 342 с.

20. Тафт, В.А. Электрические цепи с периодически изменяющимися параметрами и переходные процессы в синхронных машинах. – М.: изд-во АН СССР, 1958. – 188 с.