ВЕТРОЭНЕРГЕТИЧЕСКАЯ УСТАНОВКА

Предлагаемая полезная модель относится к области электроэнергетики и может быть использована в ветроэнергетических установках (ВЭУ) для повышения эффективности выработки мощности в зоне рабочих ветров и ограничения механических нагрузок в зоне ветров выше номинальной скорости ветра.
Известна ветроэнергетическая установка, содержащая синхронную машину (СМ), два преобразователя частоты, первый из которых подключен к СМ, а второй соединен с сетью; звено постоянного тока со сглаживающим реактором, регулятор потока в зазоре СМ, задатчик и датчик потока в зазоре, задатчик и датчик ускорения частоты вращения, систему управляющих ключей, компаратор (авторское свидетельство №1607072).
Мощность ветроколеса (ВК) зависит от параметров ветроколеса (угол атаки лопасти, площадь ометаемой поверхности, положение гондолы к набегающему потоку ветра) и параметров ветра (скорости и направления относительно положения гондолы) и вычисляется по формуле:
,
где
3
ρ - плотность воздуха (кг/м),
A - ометаемая площадь ветроколеса (м),
V - скорость ветра (м/с),
р
C - параметр, характеризующий эффективность использования ветроколесом энергии ветрового потока; зависит от конструкции ветроколеса и скорости ветра и вычисляется по формуле
,
где
1
C- числовой коэффициент, принимающий значения от 0,022 до 0,055, и зависящий от формы лопасти ветроколеса,
2
C - числовой коэффициент, принимающий значения от 3,6 до 5,6, и зависящий от номинальной линейной скорости конца лопасти ветроколеса,
3
C - числовой коэффициент, принимающий значения от 0,15 до 0,18, и зависящий от диапазона рабочей скорости ветра,
α - угол атаки лопасти,
z - быстроходность, вычисляемая по формуле:
,
где
R - радиус ветроколеса (м),
ω - скорость вращения ротора (об/мин),
V - скорость ветра (м/с).
В современных конструкциях ВЭУ используются лопасти фиксированной длины. Для увеличения количества захватываемой энергии и снижения системных нагрузок применяются такие методы, как изменение угла поворота лопасти, изменение скорости вращения ротора, использование гибких лопастей, ориентация гондолы перпендикулярно ветровому потоку. Одним из способов увеличения полезной энергии турбины является идея применения лопастей переменной длины. Однако в указанном устройстве не предусматриваются дополнительные технические средства, способные повысить энергоэффективность ВЭУ.
Кроме того, известна ветроэнергетическая установка (авторское свидетельство №132142), являющаяся прототипом предлагаемой полезной модели и содержащая ветроколесо с приводным механизмом изменения угла атаки лопасти, датчик частоты вращения ветроколеса, ветрогенератор, к выходу которого подключен датчик активной мощности, выход которого подключен к блоку фаззификации регулятора нечеткого типа, блок базы правил, выход которого подключен к блоку дефаззификации, датчик скорости ветра.
Однако указанная ветроэнергетическая установка производит регулирование мощности, изменяя угол атаки лопасти при изменении скорости ветра, а это управление ВЭУ применимо при скоростях ветра выше номинальной скорости. Поэтому в зоне рабочих ветров недостаточна энергоэффективность ВЭУ.
Задачей предлагаемой установки является повышение энергоэффективности ВЭУ в зоне рабочих ветров.
Поставленная задача достигается тем, что в известном устройстве, содержащем ветроколесо (ВК), ветрогенератор, выход которого соединен с входом датчика активной мощности, выход которого, вместе с выходом датчика скорости ветра, подключен к входу блока фаззификации, выход блока фаззификации соединен с входом блока базы правил, а выход блока базы правил соединен с входом блока дефаззификации, лопасти ветроколеса выполнены переменной длины, введены редуктор, задатчик изменения длины лопастей ветроколеса, приводной механизм изменения длины лопастей, выход ветроколеса соединен с входом редуктора, а выход редуктора подключен к входу ветрогенератора, вход задатчика изменения длины лопастей ветроколеса соединен с выходом блока дефаззификации, а выход присоединен к входу приводного механизма изменения длины лопастей, выход которого присоединен к ветроколесу.
На чертеже приведена структурная схема ветроэнергетической установки.
Предлагаемая установка содержит ветроколесо с изменяемой длиной лопастей 1 с приводным механизмом 2 изменения длины лопастей, выход ветроколеса подключен к входу редуктора 3, выход которого соединен с входом ветрогенератора 4, к выходу которого подключен датчик 5 активной мощности, выход которого подключен к входу блока фаззификации 6 регулятора нечеткого типа, также к этому входу подключен выход датчика 9 скорости ветра, выход блока фаззификации 6 соединен с входом блока 7 базы правил, выход которого подключен к входу блока 8 дефаззификации, выход которого соединен с входом задатчика изменения длины лопастей ветроколеса 10, к выходу которого присоединен вход приводного механизма 2 изменения длины лопастей, выход которого присоединен к ветроколесу.
Предлагаемая установка работает следующим образом. Ветроколесо с изменяемой длиной лопастей 1 вращается с некоторой скоростью, с помощью редуктора происходит преобразование низкой скорости вращения ротора ВК в более высокую скорость вращения ротора ветрогенератора. Ветрогенератор вырабатывает активную мощность P, измеряемую датчиком 5 активной мощности. Выходы датчика 5 активной мощности P и датчика 9 скорости ветра V соединены с блоком 6 фаззификации, где входные четкие величины преобразуются в нечеткие лингвистические. Лингвистическая переменная состоит из нескольких диапазонов, называемых терм-множествами. Лингвистические переменные из блока 6 поступают в блок 7 базы правил, в котором каждому значению входной лингвистической величины ставится в соответствие определенное значение выходной лингвистической величины. В блоке базы правил реализованы нечеткие продукционные правила типа:
i
i
i
Если V есть V, и P есть P, то L есть L.
Полученная выходная лингвистическая величина подается в блок 8 дефаззификации лингвистических переменных в четкие выходные. На следующем этапе четкая выходная величина подается в задатчик 10 изменения длины лопастей ВК. От него сигнал поступает на механизм изменения длины лопастей ВК 2.
Таким образом, входом задатчика изменения длины лопастей является выход блока дефаззификации, а выходом задатчика изменения длины лопастей является вход механизма изменения длины лопастей. При этом входом регулятора нечеткого типа являются выходы датчика активной мощности и датчика скорости ветра, а выходом регулятора нечеткого типа является вход задатчика изменения длины лопастей. Установка лопастей переменной длины в ВЭУ позволяет повышать ее энергоэффективность в зоне рабочих ветров за счет увеличения площади, ометаемой ветроколесом, а использование регулятора нечеткого типа позволяет согласовать контуры регулирования мощности между собой по заранее написанным продукционным правилам, учитывающих возможные изменения параметров ветра во всех рабочих диапазонах. Иными словами, использование в конструкции ВЭУ лопастей переменной длины, датчиков активной мощности и скорости ветра и регулятора нечеткого типа позволяет добиться повышения ее энергоэффективности за счет подбора оптимальной длины лопастей в соответствии с вырабатываемой мощностью и возможностью повышения ее значения до номинальной величины, а также соблюсти условия безопасной ее работы как при рабочих, так и при высоких скоростях ветра.