Спосіб натурних випробувань вітроагрегату для встановлення експериментальної залежності потужності, що виробляється, від швидкості набігаючого вітропотоку

1. Способ натурных испытаний ветроагрегата для установления экспериментальной зависимости вырабатываемой мощности от скорости набегающего ветропотока, заключающийся в циклическом, при различных скоростях ветра, замере скорости набегающего ветропотока на некотором удалении от испытываемого ветроагрегата, реги 28247 фирмы "Вестас" (Дания), в частности для АВЭ "Вестас-29", номинальной мощностью 225 кВт, выполняется с использованием распределения Вейбулла (параметр фирмы равен 2,0), при этом скорость ветра измеряется на высоте ступицы ветроколеса (см. промкаталог фирмы "ВестасДаниш" Винд Технолоджи ДК-6940, Лем, Дания, представленный на Европейской конференции по ветроэнергетике в Салониках (Греция), 4-10 октября 1994 г.), о выработанной ВА мощности судят по показаниям счетчика энергии. После замера соответствующих показаний, расчетным путем получают искомую экспериментальную зависимость: выработанная ВА мощность от скорости набегающего ВП. Для повышения точности искомой зависимости используют приведение показаний замеров к нормальным атмосферным условиям. Известен также способ натурных испытаний ВА для установления экспериментальной зависимости вырабатываемой мощности от скорости набегающего ВП, основанный на гипотезе "плоских течений". Указанный способ положен в основу программы-методики определения энергетической эффективности ВА в КБ "Южное" (см. АВЭ250С.ПМ-5). Упомянутый способ основан на: - подготовке ВА к испытаниям, в процессе которой производят внешний осмотр ВА, смазку и подтяжку его соединений, проверку правильности проведения эксплуатационных регулировок, влияющих на энергетическую эффективность ВА; - включении измерителя скорости и направления набегающего ВП; - запуске ВА и выдержке от вхождения в сеть не менее 1 часа; - регистрации скорости и направления невозмущенного ветрового потока в точке, находящейся на некотором расстоянии от ВА; - регистрации вырабатываемой ВА мощности; - перерасчете скорости ветра для точки, соответствующей центру ометаемой поверхности ветродвигателя, с использованием данных о взаиморасположении измерителя скорости и направления ВП по отношению к ВА, а также текущи х значений скорости и направлении ВП; - получении расчетным путем искомой зависимости. Основным недостатком описанного способа является заниженная точность определения искомой экспериментальной зависимости из-за невозможности выделения погрешности, вносимой колебаниями мощности, вырабатываемой ВА. Наиболее близким к предлагаемому способу по технической сущности, и выбранный в связи с этим в качестве его прототипа, является рекомендованный Голландским ИЦ нетрадиционных источников энергии в качестве Международного стандарта (см. Каталог ИСО-95, стр. 432) способ натурных испытаний ветроагрегата для построения экспериментальной зависимости вырабатываемой мощности от скорости набегающего ВП. Указанный способ включает следующие операции: - подготовку ВА к испытаниям; - включение измерителя скорости и направления ВП; - запуск ВА и выдержку его до установившегося режима работы; - циклический, в различных диапазонах скорости ветра, замер скорости набегающего ветропотока на некотором удалении от испытываемого ВА; - регистрацию вырабатываемой мощности; - обработку результатов испытаний. Особенности этого способа заключаются в том, что при обработке результатов испытаний рабочий диапазон скоростей ветроагрегата разбивают на интервалы. Например, диапазон скоростей ветра 6¸14 м/с разбивают на восемь интервалов: 6¸7 м/с; 7¸8 м/с; 8¸9 м/с; 9¸10 м/с; 10¸11 м/с; 11¸12 м/с; 12¸13 м/с; 13¸14 м/с, а вырабатываемую ветроагрегатом мощность осредняют арифметически для каждого из указанных диапазонов. Для установления искомой зависимости используют осредненные арифметические значения скорости ветра и вырабатываемой мощности в интервалах диапазона. Несмотря на простоту реализации, указанный способ обладает недостатком, заключающимся в том, что для достижения приемлемой точности установления искомой зависимости требуется произвести большое количество замеров. Например, для получения осредненной скорости в одном из интервалов разработчик использовал 426 данных замера скорости. Кроме этого необходимость набора данных во всех интервалах рабочего диапазона скоростей ставит длительность эксперимента в зависимость от погодных условий. Данный способ также не учитывает нелинейность зависимости вырабатываемой мощности от скорости ВП. Таким образом, заниженная информативность регистрируемых в процессе реализации известного способа испытаний параметров, снижает точность испытаний, а попытка увеличения их количества значительно увеличивает тр удоемкость и сроки их проведения. В основу изобретения поставлена задача усовершенствовать способ натурных испытаний для установления экспериментальной зависимости вырабатываемой мощности ВА от скорости набегающего ВП, в котором повышение точности определения результатов испытаний обеспечивается увеличением информативности регистрируемых параметров в процессе проведения этих испытаний. За счет этого снижается трудоемкость и сроки проведения указанных испытаний. Поставленная задача решается тем, что в известном способе натурных испытаний ветроагрегата, для построения экспериментальной зависимости вырабатываемой мощности от скорости набегающего ветропотока, заключающемся в циклическом, при различных скоростях ветра, замере скорости набегающего ветропотока на некотором удалении от испытываемого ветроагрегата, регистрации вырабатываемой мощности и обработке результатов испытаний, согласно настоящему изобретению, величину вырабатываемой ветроагрегатом энергии регистрируют за весь цикл испытаний, а скорость набегающего ветропотока регистрируют в течение цикла испытаний, при этом обработку результатов испытаний проводят одновременно для всех циклов. Кроме того, длительность каждого цикла испытаний не менее отноше 2 28247 ния величины удаления от ветроагрегата датчика скорости ветропотока к произведению минимальной рабочей скорости ветроагрегата и допустимой погрешность испытаний. Для горизонтальноосевых ветроагрегатов, согласно настоящему изобретению, дополнительно, в течение всего цикла испытаний, регистрируют угол рассогласования между азимутами головки ветроагрегата и ветропотока. Для подтверждения возможности промышленного использования предлагаемого изобретения приводятся следующие сведения. Автор, в процессе отработки агрегата ветроэлектрического АВЭ-250С номинальной мощностью 200 кВт, предназначенного для эксплуатации в составе энергосети, использовал Программу-методику определения энергетической эффективности ветроагрегата (АВЭ-250С.44.0323.542 ПМ, КБ "Южное", 1995 г., Днепропетровск, на 10 стр.), основанную на предлагаемом способе натурных испытаний ВА, для установления экспериментальной зависимости вырабатываемой мощности от скорости набегающего ветропотока. Предлагаемый способ состоит в следующем. 1. Перед началом испытаний производят подготовку испытуемого ветроагрегата: - производят внешний осмотр, смазку, подтяжку соединений функциональных узлов, проверяют правильность проведения эксплуатационных регулировок ВА, влияющих на его энергетическую эффективность; - включают датчик скорости ветропотока. Автором использован измеритель ветропотока ИПВ-92 (Инструкция по эксплуатации ИПВ-92 ЯТКИ 416.136.003 ИЭ). При этом выбран режим работы ИПВ-92 с осреднением скорости ветра на интервале 2 минуты. ИПВ-92 установлен на метеовышке на удалении от испытуемого ВА; - запускают ВА и выдерживают его до установившегося режима работы после вхождения в сеть в течение не менее одного часа. Далее циклически, при различных скоростях ветра, замеряют скорость набегающего ветропотока на некотором удалении от ВА, регистрируют вырабатываемую ВА мощность с последующей обработкой результатов испытаний. Для этого, 2. По команде руководителя испытаний снимают показания счетчика активной энергии ветроагрегата, включают секундомер и начинают запись средних за 2 минуты показаний скорости ветропотока, азимута ветра, азимута головки АВЭ. 3. По истечении 60 минут повторно снимают показания счетчика активной энергии. На этом 1-й цикл испытаний завершен. 4. Аналогично проводят второй и последующий циклы измерений. Результатом каждого цикла является величина активной энергии, выработанной ветроагрегатом за один час, и массив данных, в котором скоростям ветра соответствует суммарное, в течение которого эти скорости наблюдались за период одного цикла испытаний. Например, в течение первого цикла (60 минут) скорости ветропотока: 6 м/с зарегистрированы в течение 2 мин; 7 м/с - 14 мин; 8 м/с - 10 мин; 9 м/с - 24 мин; 10 м/с - 10 мин; 11 м/с - 2 мин; 12 м/с - 4 мин; 13 м/с - 4 мин; 14 м/с - не зарегистрирована. В последующи х циклах получены данные, перекрывающие полностью весь рабочий диапазон скоростей. Физический смысл массива данных в j цикле испытаний выражается формулой Ej = где ( ) N Vij å N (Vij ) t ij , n i=1 - мощность ВА, соответствующая і-й скорости ветра; t ij - время, в течение которого Vi скорость была зарегистрирована в j-м цикле испытаний; E j - энергия, выработанная ВА в j-м цикле испытаний. Таким образом, в результате нескольких циклов получают систему линейных уравнений, которая при достаточном количестве циклов имеет единственное решение - искомая экспериментальная зависимость мощности ветроагрегата от скорости набегающего ветропотока, выраженная в табличной форме. Предлагаемая программа-методика определения энергетической эффективности ветроагрегата, основанная на предлагаемом способе установления экспериментальной зависимости вырабатываемой мощности от скорости набегающего ветропотока, позволяет: - повысить информативность регистрируемых в процессе испытания параметров; - повысить точность определения экспериментальной зависимости вырабатываемой мощности от скорости набегающего потока; - снизить трудоемкость испытаний; - сократить временной цикл испытаний. __________________________________________________________ ДП "Український інститут промислової власності" (Укрпатент) Україна, 01133, Київ-133, бульв. Лесі Українки, 26 (044) 295-81-42, 295-61-97 __________________________________________________________ Підписано до друку ________ 2002 р. Формат 60х84 1/8. Обсяг ______ обл.-вид. арк. Тираж 34 прим. Зам._______ __________________________________________________________ УкрІНТЕІ, 03680, Київ-39 МСП, вул. Горького, 180. (044) 268-25-22 __________________________________________________________ 3