Система регулювання вітроенергетичною установкою

Система управління вітроенергетичною установкою, що містить регулятор, анемометри, датчики зворотнього зв'язку, яка відрізняється тим, що послідовно з'єднані між собою виходами з входами відповідно підсилювач потужності, електродвигун сервоприводу, виходи анемометрів горизонтальної складової швидкості вітру з'єднані відповідно з першим і другим входами блока обробки повітряної швидкості, виходи анемометрів вертикальної складової швидкості вітру відповідно з'єднані з третім і четвертим входами блока обробки повітряної швидкості, виходи задатчиків мінімальної і максимальної швидкості вітру відповідно з'єднані з п'ятим і шостим входами блока обробки повітряної швидкості, вихід якого з'єднаний з першим входом першого суматора, другий вхід першого суматора з'єднаний з виходом другого суматора, перший і другий входи другого суматора відповідно з'єднані з виходами датчика зворотнього зв'язку кута пово U 2 (19) 1 3 ктрично з'єднаний в мостову схему з балансовим реле, яке підключає електричний двигун і датчик зворотного зв'язку. До складу пристрою також включено регулятор та профільований кулачок, що забезпечує відключення електричного двигуна при повороті лопатей на заданий кут. До недоліків запропонованого пристрою відноситься низька точність і якість регулювання швидкості вітроколеса і обумовлена з цим низька якість виробленої електроенергії. Задачею корисної моделі є підвищення точності і якості регулювання роботи вітроенергетичної установки. Поставлена задача вирішується завдяки тому, що в системі управління вітроенергетичною установкою, що містить регулятор, анемометри, датчики зворотнього зв'язку, яка відрізняється тим, що послідовно з'єднані між собою виходами з входами відповідно підсилювач потужності, електродвигун сервоприводу, виходи анемометрів горизонтальної складової швидкості вітру з'єднані відповідно з першим і другим входами блока обробки повітряної швидкості, виходи анемометрів вертикальної складової швидкості вітру відповідно з'єднані з третім і четвертим входами блока обробки повітряної швидкості, виходи задатчиків мінімальної і максимальної швидкості вітру відповідно з'єднані з п'ятим і шостим входами блока обробки повітряної швидкості, вихід якого з'єднаний з першим входом першого суматора, другий вхід першого суматора з'єднаний з виходом другого суматора, перший і другий входи другого суматора відповідно з'єднані з виходами датчика зворотнього зв'язку кута повороту лопаті і датчика зворотнього зв'язку кутової швидкості повороту лопаті, входи яких з'єднані з першим виходом вітроенергетичної установки, вихід першого суматора з'єднаний з першим входом третього суматора, третій вхід третього суматора з'єднаний з задатчиком потужності, а другий вхід з'єднаний з виходом четвертого суматора, перший вхід четвертого суматора через датчик зворотнього зв'язку кутової швидкості ротора вітроенергетичної установки з'єднаний з п'ятим виходом вітроенергетичної установки, а другий і третій входи четвертого суматора відповідно через датчик зворотнього зв'язку потужності електрогенератора і датчик зворотнього зв'язку кутової швидкості ротора електрогенератора відповідно з'єднані з третім і четвертим виходами вітроенергетичної установки, вихід третього суматора з'єднаний з входом регулятора, вихід якого з'єднаний з входом підсилювача потужності, з другим входом вітроенергетичної установки додатково через датчик кутового прискорення ротора вітроенергетичної установки з'єднаний третій вхід блока обробки перевантаження, другий вхід якого з'єднаний з виходом задатчика величини максимального кутового прискорення ротора вітроенергетичної установки, перший вхід - з виходом задатчика максимальної швидкості вітру, вихід блока обробки перевантаження з'єднаний з другим входом електродвигуна сервоприводу. Як відомо підйомна сила крила відхиляється на величину кута зносу потоку від того напряму, яке б воно займало би при відсутності верти 50687 4 кальної швидкості вітрового потоку W. За рахунок зміни напряму підйомної сили виникає додаткова сила аеродинамічного опору. При цьому кут зносу потоку можна підрахувати як: tg W/V, (1) де V - швидкість горизонтальної складової вітру. Таким чином, якщо для побудови системи управління вітроенергетичною установкою додатково з інформацією про швидкість горизонтальної складової швидкості вітру використовувати інформацію ще й про вертикальну складову вітру, то якість регулювання швидкістю обертання ротора вітроенергетичної установки підвищиться, а відповідно підвищиться і якість параметрів електроенергії, що виробляється електрогенератором. Окрім цього, підвищення якості роботи вітроенергетичної установки досягається за рахунок введення датчиків вимірювання параметрів, пов'язаних як з параметрами руху лопатей, так і з параметрами, що відображають реакцію цього руху в якість обертання роторів вітроенергетичної установки і електрогенератора. Таким чином, поставлена задача повністю відповідає даній корисній моделі. На фіг. відображена функціональна схема системи управління вітроенергетичної установки. Система управління вітроенергетичною установкою вміщує анемометри горизонтальної складової швидкості вітру 1 і 2, анемометри вертикальної складової швидкості вітру 3 і 4, задатчики мінімальної і максимальної швидкості вітру 5 і 6, блок обробки повітряної швидкості 7, відповідно перший і другий суматори 8 і 9, датчик зворотнього зв'язку кута повороту лопаті 10, датчик зворотнього зв'язку кутової швидкості повороту лопаті 11, третій суматор 12, регулятор 13, підсилювач потужності 14, електродвигун сервоприводу 15, вітроенергетична установка 16, датчик зворотнього зв'язку кутової швидкості ротора вітроенергетичної установки 17, датчик зворотнього зв'язку потужності електрогенератора 18, датчик зворотнього зв'язку кутової швидкості ротора електрогенератора 19, четвертий суматор 20, датчик кутового прискорення ротора вітроенергетичної установки 21, блок обробки перевантаження 22, задатчик величини максимального кутового прискорення ротора вітроенергетичної установки 23, задатчик потужності вітроенергетичної установки 24. Анемометр горизонтальної складової швидкості вітру 1 установлений зверху вітроколеса вітроенергетичної установки, а анемометр горизонтальної складової швидкості вітру 2 установлений знизу вітроколеса. При цьому їх розташування співпадає з вертикальною віссю симетрії вітроколеса. Аналогічно анемометри вертикальної складової швидкості вітру 3 і 4 розташовані з лівого і з правого боку вітроколеса вздовж горизонтальної осі його симетрії. Виходи анемометрів 1, 2, 3, 4, задатчиків мінімальної 5 і максимальної швидкості вітру 6 з'єднані відповідно з першим, другим, третім, четвертим, п'ятим та шостим входами блока обробки повітряної швидкості 7. Вихід блока 7 з'єднаний з першим входом першого суматора 8, другий вхід якого з'єднаний з виходом другого суматора 9. Перший та другий входи другого сума 5 тора 9 відповідно з'єднані з виходами датчика зворотнього зв'язку кута повороту лопаті 10 і датчика зворотнього зв'язку кутової швидкості повороту лопаті 11. Входи датчиків 10 і 11 з'єднані з першим виходом вітроенергетичної установки 16. Вихід першого суматора 8 з'єднаний з першим входом третього суматора 12, другий вхід якого з'єднаний з виходом четвертого суматора 20, а третій з'єднаний з за датчиком потужності вітроенергетичної установки 24. Вихід третього суматора з'єднаний з входом регулятора 13. Вихід регулятора 13 з'єднаний з входом підсилювача потужності 14, вихід якого з'єднаний з першим входом електродвигуна сервоприводу 15. Вихід електродвигуна сервоприводу 15 з'єднаний з входом вітроенергетичної установки 16. Входи датчиків зворотнього зв'язку кутової швидкості ротора вітроенергетичної установки 16, датчика зворотнього зв'язку потужності електрогенератора 18, датчика зворотнього зв'язку кутової швидкості ротора електрогенератора 19 відповідно з'єднані з п'ятим, третім та четвертим виходами вітроенергетичної установки 16. Виходи датчиків зворотнього зв'язку 17, 18 і 19 відповідно з'єднані з першим, другим і третім входами четвертого суматора 20. Вхід датчика кутового прискорення ротора вітроенергетичної установки 21 з'єднаний з другим виходом вітроенергетичної установки 16, а його вихід з'єднаний з третім входом блока обробки перевантаження 22. Додатково другий і перший входи блока 22 відповідно з'єднані з задатчиком величини максимального кутового прискорення ротора вітроенергетичної установки 23 і задатчиком максимальної швидкості вітру 6. Вихід блока обробки перевантаження 22 з'єднаний з другим входом електродвигуна сервоприводу 15. Принцип дії системи управління вітроенергетичною установкою полягає в наступному. Вихідні сигнали V1 і V2 з анемометрів 1, 2 горизонтальної складової швидкості вітру і з анемометрів 3, 4 вертикальної складової швидкості вітру V3, V4 поступають відповідно на перший, другий, третій та четвертий входи блока обробки повітряної швидкості 7, де обчислюється середнє значення швидкості вітру V1 V2 V3 V4 Vср 4 . (2) Якщо величина Vcp відповідає умові Vmin Vcp Vmax доп , (3) Vmin і Vmax доп відповідають поде значення переднім розрахункам і подаються на відповідні входи п'ятий та шостий блока 7 від за датчиків мінімальної та максимальної швидкості вітру 5 і 6, то з виходу блока 7 виробляється сигнал UV K V Vcp Vmin , (4) K V - постійний коефіцієнт. де Вихідний сигнал з блока обробки повітряної швидкості 7 поступає на перший вхід першого суматора 8, на другий вхід якого подається сигнал з виходу другого суматора 9. Оскільки на перший вхід другого суматора 9 подається сигнал з виходу датчика зворотнього зв'язку кута повороту лопаті 10, а на другий вхід подається сигнал з виходу 50687 6 датчика зворотнього зв'язку кутової швидкості повороту лопаті 11, то на виході другого суматора 9 формується сигнал U K K  , (5) K , K  - постійні коефіцієнти; де  - відповідно кут і кутова швидкість повороту лопаті вітроенергетичної установки. Таким чином, на перший вхід третього суматора 12 подається сигнал, що дорівнює U1 UV U  K V Vcp Vmin K K  . (6) На другий вхід третього суматора 12 подається сигнал з виходу четвертого суматора 20, що дорівнює U2 K p p K KpP , (7) K p K K де , , p - постійні коефіцієнти; p - кутова швидкість ротора вітроенергетичної установки; - кутова швидкість ротора електрогенератора; P - потужність електрогенератора. На третій вхід третього суматора 12 подається сигнал, пропорційний завданню необхідної потужності: Uзр K зрPз , (8) K де зр - постійний коефіцієнт; Pз - задана потужність вітроенергетичної установки. Таким чином, на вхід регулятора 13 подається загальний сигнал U Uзр K V Vcp Vmin K K  K p p K KpP . (9) Для захисту вітроенергетичної установки від недопустимих швидкостей вітру або при недопустимих прискореннях ротора вітроенергетичної установки в системі передбачений блок обробки перевантаження 22. Сигнали з виходів датчика кутового прискорення ротора вітроенергетичної установки 21, задатчика максимальної швидкості вітру 6 та задатчика величини максимального кутового прискорення ротора вітроенергетичної установки 23 поступають на відповідні входи третій, перший та другий блока обробки перевантаження 22. При умовах, коли швидкість вітру V або прискорення p перевищують допустимі значення на виході блока обробки перевантаження 22 формується сигнал, який поступає на другий вхід електродвигуна сервоприводу 15. Під дією цього сигналу лопаті вітроенергетичної установки 16 займають флюгерне положення і вітроенергетична установка зупиняє свою роботу. Таким чином, використання закону управління, що представлений у вигляді виразу (9), забезпечує якісне регулювання швидкості обертання ротора електрогенератора, а як слідство, забезпечується якісне постачання електроенергії споживачам. 7 50687 Крім того, наявність блока обробки перевантаження забезпечує схоронність і надійність обладнання Комп’ютерна верстка І.Скворцова 8 вітроенергетичної установки при екстремальних умовах. Підписне Тираж 26 прим. Міністерство освіти і науки України Державний департамент інтелектуальної власності, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601