ИССЛЕДОВАНИЕ АЛГОРИТМА ОТСЛЕЖИВАНИЯ ТОЧКИ МАКСИМАЛЬНОЙ МОЩНОСТИ ВЕТРОГЕНЕРАТОРА

, магистр 2 года обучения,

ПЭ-14(маг) СФ МЭИ

1 Актуальность и проблематика научной работы

Для использования электроэнергии при временном отсутствии ее от альтернативных источников, она запасается в накопительных аккумуляторах. При этом подключение солнечных батарей или ветрогенератора к АКБ напрямую (или с использованием простейших схем) оказывается неэффективно из-за различия их внешних характеристик. Для борьбы с потерями энергии из-за несоответствия ВАХ солнечных батарей и ВАХ нагрузки широко используются контроллеры с отслеживанием точки максимальной мощности (ОТММ, MPPT). Например, установленный в лаборатории альтернативной энергетики филиала НИУ МЭИ в г. Смоленск, Tristar MPPT-60. Такие контроллеры позволяют увеличить выработку энергии на 10-30%.

Однако продаваемые на рынке контроллеры заряда для ветрогенераторов не реализуют алгоритмов ОТММ. Такая ситуация объяснима большей сложностью алгоритмов отслеживания ТММ. Поэтому разработка контроллера, реализующего ОТММ для ветрогенератора актуальной задачей.

Таким образом, существует научная проблема: отсутствует алгоритм отслеживания и поддержания точки максимальной мощности ветрогенератора, обеспечивающий необходимое быстродействие. В качестве основной гипотезы выдвигается идея о том, что алгоритм, удовлетворяющий требованиям быстродействия, может быть построен на основе спектрального анализа изменения выходной мощности ветрогенератора.

Объектом исследования является электротехнический комплекс ветрогенераторной установки (ВГУ) с трехфазным генератором на постоянных магнитах и лопастями с фиксированным углом установки, согласующего преобразователя и накопительной АКБ.

НЕ нашли? Не то? Что вы ищете?

Предметом исследования являются оптимальные режимы работы и закономерности процессов генерирования ВЭУ в условиях нестабильности ветрового потока.

2 Цели научной работы

Целью данной работы является разработка алгоритма отслеживания точки максимальной мощности, обеспечивающего достаточное быстродействие, для работы в условиях нестабильного ветрового потока.

3 Задачи научной работы

·  Формализация требований к разрабатываемому алгоритму

·  Построение подробной математической модели ветрогенератора

·  Анализ работы реального ветрогенератора

·  Разработка алгоритма потребления максимальной мощности

·  Математическое моделирование предложенного алгоритма

·  Эмпирическая проверка

4 Научная новизна и теоретическая значимость научной работы

Научная новизна работы заключается в следующем:

·  Сформулированы требования к алгоритму ОТММ ВЭУ

·  Разработан алгоритм ОТММ ВЭУ

·  Произведен анализ работы и моделирование реальной ВЭУ

·  Оценена эффективность предложенного алгоритма

Практическая ценность работы состоит в следующем:

·  Разработанный алгоритм отслеживания точки максимальной мощности ВЭУ позволяет увеличить выработку электроэнергии ветрогенераторами

·  Разработан и реализован импульсный преобразователь, реализующий разработанный алгоритм ОТММ

5 Патентно-лицензионная ценность научной работы

Произведенный патентный поиск с помощью поисковых систем показал, что аналогичных решений в Российских патентных базах нет. Рассматривается возможность оформления заявки на получение патента на устройство.

6 Материалы и методы исследования

В ходе теоретической части исследования показано, что оптимальная ВАХ нагрузки ветрогенератора имеет форму, изображенную на рис. 1. Данная зависимость определяется двумя параметрами ветрогенератора: паразитное сопротивление Rw, Ом и коэффициент a.

Рисунок 1 – Оптимизированная ВАХ нагрузки (I2(U), I3(U))

Значение Rw может быть измерено автоматически, для определения оптимального значения а предлагается использовать итеративный подбор значения с использованием ширины спектра P в качестве параметра обратной связи. Эмпирически это можно описать двумя заключениями (Мг. опт – Мг при котором достигается ):

·  если Мг > Мг. опт., то скорость увеличения мощности при порыве ветра оказывается ниже чем должна быть из-за перегрузки ветрогенератора

·  если Мг < Мг. опт., то при спаде ветра генерируемая мощность уменьшается медленнее, т. к. ветрогенератор недогружен

Оба эти заключения создают предпосылки к созданию алгоритма ОТММ с использованием спектрального анализа P(t), т. к. состав спектра P(t) зависит от максимальных значений dP/dt. Математическое моделирование подтвердило работоспособность предложенного алгоритма.

Т. к. аналитическое доказательство выдвинутой гипотезы затруднительно, произведено эмпирическое исследование с целью доказательства предложенной гипотезы. В качестве испытательного стенда был разработан импульсный преобразователь, общая структурная схема которого изображена на рис. 2.

Рисунок 2 – Структурная схема преобразователя

В ходе экспериментов был получен 71% прирост эффективности, что эквивалентно 71% увеличению средней выработки энергии, значит, ранее подтвержденная моделированием гипотеза подтверждена эмпирически, достигнута цель научной работы, решены поставленные задачи.

7 Результаты, теоретическая и практическая ценность научной работы

В результате работы:

·  разработан алгоритм отслеживания ТММ ветрогенератора, обеспечивающий оптимальной потребление энергии при нестабильном ветровом потоке

·  разработанный алгоритм опробован на имеющейся в лаборатории ВЭУ. Испытания подтвердили положительный эффект от применения разработанного алгоритма управления преобразователем.

·  Практическая ценность работы заключается в увеличении количества производимой энергии за счет более полного использования энергии ветра.

Теоретическая ценность состоит в том, что:

·  произведен анализ динамики работы ВЭУ

·  сформулированы требования к быстродействию системы управления

·  построена подробная математическая модель ветрогенератора

·  показано влияние сопротивления проводов на итоговые характеристики ветрогенератора.

8 Список литературы, опубликованной авторами по теме научной работы

1.  , Фролков выходной ВАХ и эффективности использования ветрогенератора// 4-я Международная научно-техническая конференция студентов и аспирантов «Энергетика, информатика, инновации-2014» - СФ МЭИ, 2014.

2.  , Фролков эффективности использования ветрогенератора // 4-я Международная научно-техническая конференция студентов и аспирантов «Энергетика, информатика, инновации-2014» - СФ МЭИ, 2014.

3.  Киселев работы ветрогенератора на нагрузку с противо-ЭДС // Сборник материалов II международного молодежного форума "Интеллектуальные энергосистемы" – ТПУ (ЭИ), 2014.

4.  , Фролков паразитного сопротивления проводов на режим работы ветрогенератора// Сборник материалов XII международной научно-технической конференции студентов и аспирантов «Информационные технологии, энергетика и экономика» - СФ МЭИ, 2015.

5.  , Фролков DC-DC преобразователя для коррекции выходной ВАХ ветрогенератора// Сборник материалов XII международной научно-технической конференции студентов и аспирантов «Информационные технологии, энергетика и экономика» - СФ МЭИ, 2015.

6.  Киселев методов повышения эффективности использования ветрогенератора // Сборник трудов ХХI международной научно-технической конференции студентов и аспирантов “Радиоэлектроника, электротехника и энергетика” – СФ МЭИ, 2015.