дипломка. Черноталова Е.А._ЭЭТм_1705а. Разработка ветровой электростанции для промышленного
 Скачать 1.9 Mb.
|
Оценка технико-экономических показателей ВЭУМатематическое моделирование ВЭУОценку работоспособности ВЭУ проведем, используя один из наиболее актуальных и универсальных исследовательских методов – математическое моделирование. Для реализации данного вида исследования необходимо сначала разработать модель ветроэнергетической установки, которая должна учитывать каталожные данные выбранного в главе 3 горизонтального ветрогенератора WH6.4-5000W. Дифференциальное уравнение движение ветрогенератора имеет вид , (4.1) где – суммарный приведенный к валу генератора момент инерции, ; – механический момент ветроколеса, ; – электромагнитный момент электрогенератора, ; – частота вращения вала генератора, . Выполнив подстановку , запишем уравнение (4.1) в операторной форме . (4.2) Структурная схема, характеризующая рабочий процесс в электроустановке, представлена на рисунке 4.1. Рисунок 4.1 – Структурная схема ветроэнергетической установки Найдем передаточную функцию для механической части ветрогенератора: , (4.3) где – результирующий момент на валу электрогенератора, создаваемый от вращения ветроколеса и действием электромагнитного момента синхронного генератора. Умножим числитель и знаменатель выражения (4.3) на , получим следующее выражение: . (4.4) Вынесем коэффициент в знаменателе за скобку , получим следующее выражение для передаточной функции : , (4.5) где – постоянная времени механической части ветрогенератора. Отразим введенные упрощения на структурной схеме (рис.4.2) Рисунок 4.2 – Структурная схема ветроэнергетической установки с упрощением механической части Положительный механический момент, создаваемый ветряным колесом, зависит от его радиуса (R), плотности воздуха ( (v): и скорости ветра . (4.6) В данную формулу входит коэффициент мощности ветрового колеса , величина которого нелинейно связана с такими коэффициентами, как быстроходность ( ) и угол атаки лопастей ( ) 20 . Из паспортных данных ветрогенератора известны: Коэффициент использования мощности равен ; Радиус ветрового колеса м; Номинальная скорость вращения рад/с (240 об/мин); Максимальная скорость ветра =20 м/с, Плотность воздуха . Выполнив подстановку указанных параметров в формулу (4.3) получаем значение двигательного момента на валу электрогенератора: . (4.7) Суммарный момент инерции равен сумме моментов инерции вала генератора и ветрового колеса. Поскольку диаметр ветрового колеса существенно превышает диаметр ротора электрогенератора, то при моделировании будем использовать только значение момента инерции ветрового колеса (4.8) Коэффициент трения составляет 2-5% от номинальной мощности ветроэнергетической установки, что приблизительно равно 5=0,019. (4.9) Модель будем создавать в приложении Simulink программы Matlab. Для моделирования ветра будем использовать генератор нормально- распределенных случайных величин. Среднее значение случайной последовательности соответствует средней годовой скорости ветра на территории завода (6 м/с). Для имитации генератора и нагрузки будем использовать виртуальные блоки этих элементов из библиотеки SimPawerSystem. Рисунок 4.4 отображает схему разработанной модели. На приведенной виртуальной схеме выделены следующие структурные части: а – электрогенератор и нагрузка; б – ветер; в – ветроколесо; г – механическая часть. На рисунке 4.4 показаны результаты моделирования. Рисунок 4.3 – Результаты моделирования: а – скорость ветра, б – скорость вращения вала синхронного генератора, в – генерируемое напряжение Как видно из графиков, скорость вращения электрогенаратора меняется в соответствии с изменением скорости ветра. Этот результат соответствует реальности. Поэтому данная модель может применяться в качестве основы для решения более сложных задач. Например, ее можно использовать при проектировании контура стабилизации частоты вращения электрогенератора . Рисунок 4.4 – Модель ветроэнергетической установки в приложении Simulink программы Matlab |