10.14489/vkit.2023.11.pp.016-025

DOI: 10.14489/vkit.2023.11.pp.016-025

Третьяков А. В.
МОДЕЛИРОВАНИЕ СИСТЕМЫ АВТОМАТИЧЕСКОГО УПРАВЛЕНИЯ ГОРИЗОНТАЛЬНО-ОСЕВОЙ ВЕТРОЭНЕРГЕТИЧЕСКОЙ УСТАНОВКИ
(с. 16-25)

Аннотация. Приведены результаты исследования по моделированию режимов работы системы генерирования электроэнергии горизонтально-осевой ветроэнергетической установки (ВЭУ), состоящей из аэродинамических профилей лопастей ветроколеса, соединенного упругим валом с генератором через мультипликатор. Исполнительным органом системы автоматического управления (САУ) служит механизм поворота лопастей относительно угла притекания ветра. Предложен метод оптимизации основных геометрических, динамических параметров и коэффициентов САУ, позволяющий комплексно оценить работу ВЭУ. В качестве критерия оптимизации используется величина среднегодовой выработки электроэнергии. Описана математическая модель и первоначальные результаты теоретической проработки алгоритмов управления методом математического моделирования.

Ключевые слова: математическое моделирование ВЭУ; среднегодовая выработка электроэнергии; оптимизация алгоритмов ВЭУ; аэродинамика ветроколеса; коэффициент использования ветра; КПД ВЭУ.

Tretyakov A. V.
SIMULATION OF THE AUTOMATIC CONTROL SYSTEM OF A HORIZONTAL-AXIAL WIND POWER PLANT
(pp. 16-25)

Abstract. We considered the results of modelling the operating modes of an electric power generation system of a horizontal-axial wind turbine. The system consist of an aerodynamic blades of a wind wheel connected by an elastic shaft to a generator through a multiplier. Engineering part of the automatic control system (ACS) is the mechanism of rotation of the blades relative to the angle of wind flow. A method for optimizing the main parameters: geometric, dynamic and ACS coefficients is proposed. The method allows a comprehensive assessment of the operation of wind turbines. The value of the average annual electricity generation was used as an optimization criterion. As a result, a deep optimization of the adjustment depth coefficient was carried out. Secondly, we investigated the system in dynamics. A stochastic wind model was used as a disturbing effect. We constructed the system by mathematic simulation methods. As a reference control algorithm, a direct linear dependence of the angular velocity of the turbine rotation on the wind speed with restrictions on the minimum and maximum values was used. Also we described the mathematical model of system and the initial results of the theoretical calculations of algorithms for controlling. The versatility of the calculation system makes it possible to use any aerodynamic profiles of the blades in its composition. The characteristics of aerodynamic moments for the calculation of force moments are obtained by converting Lilienthal curves as initial data for the considered aerodynamic profiles.

Keywords: Mathematical modeling of wind turbines; Average annual electricity generation; Optimization of wind turbine algorithms; Wind wheel aerodynamics; Wind utilization factor; Wind turbine efficiency.

+ - Информация об авторах (About the Authors) Click to collapse

Рус

А. В. Третьяков (Университет «Дубна», Дубна, Россия) E-mail: Этот e-mail адрес защищен от спам-ботов, для его просмотра у Вас должен быть включен Javascript

Eng

A. V. Tretyakov (Dubna State University, Dubna, Russia) E-mail: Этот e-mail адрес защищен от спам-ботов, для его просмотра у Вас должен быть включен Javascript

+ - Библиографический список (References) Click to collapse

Рус

1. Певзнер Л. Д. Теория систем управления. СПб.: Лань, 2021. 424 с.
2. Востриков А. С., Французова Г. А. Теория автоматического регулирования. М.: Юрайт, 2019. 279 с.
3. Пискунова О. И., Третьяков А. В. Проектирование системы автоматического управления ветроэнергетической установкой. Дубна: Изд. учеб. лит. и учеб. пособий ун-та «Дубна», 2021. 150 с.
4. Машинкин В. С., Третьяков А. В. Математическое моделирование системы генерирования электроэнергии горизонтально-осевой ветроэнергетической установки // Инновации в альтернативной энергетике: производство и накопление. Всерос. конф. с междунар. участием. Сб. тез. докл. Дубна: Изд. учеб. лит. и учеб. пособий ун-та «Дубна», 2021. с. 30.
5. Airfoil Tools [Электронный ресурс]. URL: www.airfoiltools.com (дата обращения 14.07.2023).
6. Фатеев Е. М. Ветродвигатели и ветроустановки. М.: Гос. изд. с.-х. лит., 1948. 544 с.
7. Кривцов В. С., Олейников А. М., Яковлев А. И. Неисчерпаемая энергия. Кн. 2. Ветроэнергетика. Харьков: ХАИ, 2004. 519 с.
8. Кирпичникова И. М., Соломин Е. В. Ветроэнергетические установки. Расчет параметров компонентов. Челябинск: Изд. центр ЮУрГУ, 2013. 71 с.
9. ГОСТ Р 54418.1–2012. Установки ветроэнергетические. Ч. 1. Технические требования. М.: Стандартинформ, 2016.
10. Мартьянов А. С. Исследование алгоритмов управления и разработка контроллера ветроэнергетической установки с вертикальной осью вращения: автореф. дис. … канд. техн. наук: 05.09.03 / Челябинск: Южно-Уральский гос. ун-т, 2016. 20 с.
11. Машинкин В. С., Третьяков А. В. Математическое моделирование системы управления ветрогенератора // Радиоэлектроника, электротехника и энергетика: Двадцать девятая Междунар. науч.-техн. конф. студентов и аспирантов: тез. докл. М.: Центр полиграфических услуг «Радуга», 2023. C. 1135.
12. Дворяшин Е. А., Третьяков А. В. Способ оптимизации функционального алгоритма ветроэлектрогенератора // Радиоэлектроника, электротехника и энергетика: Двадцать девятая Междунар. науч.-техн. конф. студентов и аспирантов: тез. докл. М.: Центр полиграфических услуг «Радуга», 2023. C. 1134.
13. Ким Д. П. Теория автоматического управления. Линейные системы. М.: Юрайт, 2020. 441 с.
14. Разработка цифрового двойника ветровой электростанции: постановка задачи и проектирование / А. Г. Массель, Л. В. Массель, Н. И. Щукин, А. Р. Цибиков // Информационные и математические технологии в науке и управлении. 2022. № 1 (25). С. 79–90.

Eng

1. Pevzner L. D. (2021). Theory of control systems. Saint Petersburg: Lan'. [in Russian language]
2. Vostrikov A. S., Frantsuzova G. A. (2019). Theory of automatic regulation. Moscow: Yurayt. [in Russian language]
3. Piskunova O. I., Tret'yakov A. V. (2021). Design of an automatic control system for a wind power plant. Dubna: Izdatel'stvo uchebnoy literatury i uchebnyh posobiy universiteta «Dubna». [in Russian language]
4. Mashinkin V. S., Tret'yakov A. V. (2021). Mathematical modeling of the electricity generation system of a horizontal-axis wind power plant. Innovations in alternative energy: production and accumulation. All-Russian conference with international participation. Collection of abstracts of reports. Dubna: Izdatel'stvo uchebnoy Literatury i uchebnyh posobiy universiteta «Dubna». [in Russian language]
5. Airfoil Tools. Retrieved from www.airfoiltools.com (Accessed: 14.07.2023).
6. Fateev E. M. (1948). Wind engines and wind turbines. Moscow: Gosudarstvennoe izdatel'stvo s.-h. literatury. [in Russian language]
7. Krivtsov V. S., Oleynikov A. M., Yakovlev A. I. (2004). Inexhaustible energy. Book 2. Wind energy. Har'kov: HAI. [in Russian language]
8. Kirpichnikova I. M., Solomin E. V. (2013). Wind power plants. Calculation of component parameters. Chelya-binsk: Izdatel'skiy tsentr YuUrGU. [in Russian language]
9. Wind power installations. Part 1. Technical requirements. (2016). Ru Standard No. GOST R 54418.1–2012. Moscow: Standartinform. [in Russian language]
10. Mart'yanov A. S. (2016). Research of control algorithms and development of a controller for a wind power plant with a vertical axis of rotation. Chelyabinsk: Yuzhno-Ural'skiy gosudarstvenniy universitet. [in Russian language]
11. Mashinkin V. S., Tret'yakov A. V. (2023). Mathematical modeling of a wind generator control system. Radioelectronics, electrical engineering and energy: Twenty-ninth International Scientific and Technical Conference of Undergraduate and Postgraduate Students: Abstracts. Moscow: Tsentr poligraficheskih uslug «Raduga». [in Russian language]
12. Dvoryashin E. A., Tret'yakov A. V. (2023). A method for optimizing the functional algorithm of a wind power generator. Radioelectronics, electrical engineering and energy: Twenty-ninth International Scientific and Technical Conference of Students and Postgraduate Students: Abstracts. Moscow: Tsentr poligraficheskih uslug «Raduga». [in Russian language]
13. Kim D. P. (2020). Theory of automatic control. Linear systems. Moscow: Yurayt. [in Russian language]
14. Massel' A. G., Massel' L. V., Shchukin N. I., Tsibikov A. R. (2022). Development of a digital twin of a wind power plant: problem statement and design. Informatsionnye i matematicheskie tekhnologii v nauke i upravlenii, 25(1), 79 – 90. [in Russian language]

+ - Заказать электронную версию статьи (Purchase digital version of a single article) Click to collapse

Рус

Статью можно приобрести в электронном виде (PDF формат).

Стоимость статьи 500 руб. (в том числе НДС 20%). После оформления заказа, в течение нескольких дней, на указанный вами e-mail придут счет и квитанция для оплаты в банке.

После поступления денег на счет издательства, вам будет выслан электронный вариант статьи.

Для заказа скопируйте doi статьи:

10.14489/vkit.2023.11.pp.016-025

и заполните форму

Отправляя форму вы даете согласие на обработку персональных данных.

Eng

This article is available in electronic format (PDF).

The cost of a single article is 500 rubles. (including VAT 20%). After you place an order within a few days, you will receive following documents to your specified e-mail: account on payment and receipt to pay in the bank.

After depositing your payment on our bank account we send you file of the article by e-mail.

To order articles please copy the article doi:

10.14489/vkit.2023.11.pp.016-025

and fill out the form