Корекція вихідної потужності генератора безмультиплікаторної вітроелектроустановки при дискретних та випадкових значеннях швидкості вітру

Автор(и)

  • Вадим Чумак Національний технічний університет України "Київський політехнічний інститут імені Ігоря Сікорського", Ukraine https://orcid.org/0000-0001-8401-7931
  • Микола Островєрхов Національний технічний університет України "Київський політехнічний інститут імені Ігоря Сікорського", Ukraine https://orcid.org/0000-0002-7322-8052
  • Михайло Коваленко Національний технічний університет України "Київський політехнічний інститут імені Ігоря Сікорського", Ukraine https://orcid.org/0000-0002-5602-2001
  • Володимир Головко Національний технічний університет України "Київський політехнічний інститут імені Ігоря Сікорського", Ukraine https://orcid.org/0000-0003-0195-9654
  • Ірина Коваленко Національний технічний університет України "Київський політехнічний інститут імені Ігоря Сікорського", Ukraine https://orcid.org/0000-0003-1097-2041

DOI:

https://doi.org/10.20998/2079-3944.2022.2.07

Ключові слова:

безмультиплікаторна вітроелектроустановка, магнітоелектричне збудження, корекція потужності, генератор з аксіальним потоком, математичне моделювання

Анотація

Основним перетворювачем механічної енергії вітру в електричну у вітроустановках є електричний генератор. Як правило, в таких системах використовуються синхронні генератори із постійними магнітами на роторі. Головним недоліком такого конструктивного виконання є складність або і практична неможливість регулювати вихідні параметри генератора: напругу, потужність і т.ін. Відомі методи та засоби направлені на вирішення даної задачі відносяться до випадків, коли швидкість вітру є постійною, тобто незмінною. В реальних умовах характер вітру носить мінливий характер. Середньорічна швидкість вітру для України коливається в межах ≈ 5-6 м/с. Поточне значення швидкості вітру залежить від погодних умов, часу доби та пори року. Відповідно і характер вихідної потужності генератора буде мати мінливий характер. В даній роботі автори проводять оцінку ефективності корекції вихідної потужності генератора безмультиплікаторної вітроустановоки при дискретних та випадкових значеннях швидкості вітру. Основною енергетичною установкою даного дослідження виступає магнітоелектричний синхронний генератор із двостороннім розташуванням магнітів на роторі та з аксіальним магнітним потоком. Для вирішення поставленої мети розроблено чисельну імітаційну математичну модель системи у складі із безмультиплікаторною вітроустановокою та магнітоелектричним синхронним генератором із двостороннім розташуванням магнітів на роторі та з аксіальним магнітним потоком в програмному пакеті MATLAB-Simulink. Розроблена імітаційна модель враховує зміну вихідних параметрів генератора при зміні швидкості вітру і навпаки, система в якій зміна вихідного стану генератора призводить до зміни параметрів ротора вітроагрегату. Мінливість та дискретність швидкості вітру реалізована в системі MATLAB-Simulink шляхом формування сигналів, значення яких в окремі моменти часу є випадковою величиною, розподіленою за нормальним (Гауссовим) законом із заздалегідь заданими параметрами. За допомогою розробленої математичної моделі проведено чисельні імітаційні експерименти, в яких досліджувалась ефективність корекції вихідної потужності досліджуваної системи при підключенні статичних конденсаторів до обмотки якоря генератора та при подачі струму на додаткову обмотку магнітоелектричного генератора. При підключенні додаткової підмагнічувальної ємності ≈30 мкФ до затискачів генератора спостерігається збільшення вихідної потужності на ≈5-10%. При подачі напруги на обмотку збудження Uf=8 В спостерігається приріст вихідної потужності генератора ≈30-40% ніж без регулювання. Тому це є більш ефективним способом корекції вихідної потужності магнітоелектричного генератора. Розроблену математичну модель можливо використовувати в подальших дослідженнях для синтезу закону керування додатковою обмоткою магнітоелектричного генератора для максимально ефективного перетворення механічної енергії вітру в електричну.

Посилання

Wang W., H. Mi, Longbo M.Studyand Optimal Design of a Direct-Driven Stator Coreless Axial Flux Permanent Magnet Synchronous Generator with Improved Dynamic Performance. Energies, 2018, no.11, p. 3162. doi:10.3390/en11113162.

Radwan-Pragłowska N., Wegiel T., Borkowski D. Modeling of Axial Flux Permanent Magnet Generators. Energies, 2020, no.13 (21), p. 5741. doi:10.3390/en13215741.

Radwan-Pragłowska N. Parameters identification of coreless axial flux permanent magnet generator / Natalia Radwan-Pragłowska, Tomasz Wegiel, Dariusz Borkowski // Archives Of Electrical Engineering, 2018, vol. 67(2), pp. 391-402. doi:10.24425/119648.

Eldoromi M. Improved design of axial flux permanent magnet generator for small-scale wind turbine / Mojtaba Eldoromi, Sajjad Tohidi, Mohammad Reza Feyzi//Turkish Journal of Electrical Engineering & Computer Sciences, 2017, no. 26, pp. 3084-3099. doi:10.3906/elk-1711-402.

Dehghanzadeh A., BehjatV., Banaei M. Dynamic modeling of wind turbine based axial flux permanent magnetic synchronous generator connected to the grid with switch reduced converter / Ali Reza Dehghanzadeh, Vahid Behjat, Mohamad Reza Banaei // Ain Shams Engineering Journal, 2018, vol. 9(1), pp. 125-135. doi: 10.1016/j.asej.2015.11.002.

Janon A. Making a case for a Non-standard frequency axial-flux permanent-magnet generator in an ultra-low speed direct-drive hydrokinetic turbine system / Akraphon Janon, Krittattee Sangounsak, Warat Sriwannarat // AIMS Energy, 2019, №.8(2, pp. 156-168. doi: 10.3934/energy.2020.2.156.

Zhang Z. Design Optimization of ironless multi-stage axial-flux permanent magnet generators for offshore wind turbines / Zhaoqiang Zhang, Robert Nilssen, S. M. Muyeen, Arne Nysveen, Ahmed Al-Durra // Engineering Optimization, 2017, vol. 49, pp. 815-827. doi:10.1080/0305215X.2016.1208191.

Mehmet Recep Minaz, Mehmet Çelebi Design and analysis of a new axial flux coreless PMSG with three rotors and double stators. Results in Physics, 2017, vol. 7, pp. 183-188. doi:10.1016/j.rinp.2016.10.026.

Sahib Khan, Syed Sabir Hussain Bukhari, Jong-Suk Ro Design and Analysis of a 4-kW Two-Stack Coreless Axial Flux Permanent Magnet Synchronous Machine for Low-Speed Applications. IEEE Access, 2019, vol. 7, pp. 173848 – 173854. doi: 10.1109/ACCESS.2019.2957046.

Chumack, V., Tsyvinskyi, S., Kovalenko, M., Ponomarev, A., Tkachuk, I. 2020. Mathemathical modeling of a synchronous generator with combined excitation. Eastern-European Journal of Enterprise Technologies. 1, 5 (103) (Feb. 2020), 30–36. doi: 10.15587/1729-4061.2020.193495.

Chumack V., Bazenov V., Tymoshchuk O., Kovalenko M., Tsyvinskyi S., Kovalenko I., Tkachuk I. Voltage stabilization of a controlled autonomous magnetoelectric generator with a magnetic shunt and permanent magnet excitation (December 21, 2021). Eastern-European Journal of Enterprise Technologies, 6(5 (114), 56–62. doi:10.15587/1729-4061.2021.246601 , Available at SSRN: https://ssrn.com/abstract=3993765.

Holovko V.M., Kovalenko M.A., Kovalenko I.Ia., Halasun I.R. Matematychne modeliuvannia avtonomnoi vitroustanovky z synkhronnym heneratorom mahnitoelektrychnoho typu. Vidnovliuvalna enerhetyka, 2020, no. 4(63), S. 50-58. doi: 10.36296/1819-8058.2020.4(63).

##submission.downloads##

Опубліковано

2022-12-27

Як цитувати

Чумак, В., Островєрхов, М., Коваленко, М., Головко, В., & Коваленко, І. (2022). Корекція вихідної потужності генератора безмультиплікаторної вітроелектроустановки при дискретних та випадкових значеннях швидкості вітру. Вісник НТУ «ХПІ». Серія: Проблеми удосконалювання електричних машин I апаратiв. Теорiя I практика, (2 (8), 39–46. https://doi.org/10.20998/2079-3944.2022.2.07

Статті цього автора (авторів), які найбільше читають