Математическое моделирование системы управления горизонтальной ветротурбиной в режиме поддержания максимума мощности

  • Ахмед Ибрагим Джабер
  • Дмитрий Вадимович Самохвалов
  • Хайдер Джасим Мохаммед
  • Игорь Васильевич Ильин
Ключевые слова: ветроэлектрическая установка с горизонтальным расположением оси, коэффициент использования мощности, быстроходность ветротурбины, выходная мощность, поддержание максимума мощности, возобновляемые источники энергии

Аннотация

В статье предложена математическая модель маломощной ветротурбины с горизонтальным расположением оси. Предложен и исследуется новый закон управления ветротурбиной, основанный на оценке генерируемой мощности с помощью наблюдателя. При этом исключены обратные связи по скорости вращения турбины и(или) моменту на ее валу. Предложенный закон управления отличается простотой, обеспечивает эффективное регулирование мощности ветрогенератора при изменяющейся скорости вращения турбины и различной скорости ветрового потока. Проведены исследования выходных, аэродинамических и механических характеристик ветротурбины. Рассмотрено управление быстроходностью для метода поддержания максимума мощности. Полученные динамические характеристики скорости вращения и момента ветроколеса соответственно заданному значению скорости ветра подтверждают адекватность математической модели, корректность работы системы управления и её способность извлекать максимальную механическую мощность при всех допустимых значениях скорости ветра. При этом наибольшее значение коэффициента мощности составляет 0,45 и достигается при быстроходности 8,1.

Биографии авторов

Ахмед Ибрагим Джабер

кандидат техн. наук, преподаватель кафедры энергетики и электромашиностроения инженерного факультета, Университет Дияла, Дияла, Ирак; e-mail: dr.ahmedjaber@uodiyala.edu.iq

Дмитрий Вадимович Самохвалов

кандидат техн. наук, доцент, доцент кафедры робототехники и автоматизации производственных систем, старший научный сотрудник отдела систем автоматического управления, Санкт-Петербургский государственный электротехнический университет «ЛЭТИ» имени В. И. Ульянова (Ленина), Санкт-Петербург, Россия; dmitry.samokhvalov@gmail.com

Хайдер Джасим Мохаммед

аспирант, Санкт Петербургский политехнический университет Петра Великого, Санкт-Петербург, Россия: ассистент кафедры машиностроения, Майсан университет, Майсан, Аль-Амара, 62001, Ирак; hdr_jsm@uomisan.edu.iq

Игорь Васильевич Ильин

доктор экон. наук, профессор, директор Высшей школы бизнес инжиниринга Института промышленного менеджмента, экономики и торговли, Санкт Петербургский политехнический университет Петра Великого, Санкт-Петербург, Россия; ivi2475@gmail.com

Литература

1. Errami Y., Maaroufi M, Ouassaid M. Modelling and Control Strategy of PMSG Based Variable Speed Wind Energy Conversion System. – International Conference on Multimedia Computing and Systems, 2011, DOI: 10.1109/ICMCS.2011.5945736.‏
2. Peña J.C.U. et al. A Comparative Study of MPPT Strategies and a Novel Single-Phase Integrated Buck-Boost Inverter for Small Wind Energy Conversion Systems. – XI Brazilian Power Electronics Conference, 2011, pp. 458-465, DOI: 10.1109/COBEP.2011.6085307.
3. Mohammed H.J., Korovkin N.V. Prospects for Renewable Energy Sources in Iraq. – Электричество, 2024, № 1, с. 63–68.
4. Thongam J.S., Ouhrouche M. MPPT Control Methods in Wind Energy Conversion Systems. – Fundamental and Advanced Topics in Wind Power, 2011, pp. 339-360, DOI:10.5772/21657.
5. Papatzimos A.K. Data-Driven Operations & Maintenance for Offshore Wind Farms: Tools and Methodologies: Doctoral Thesis. University of Exeter (United Kingdom), 2019.‏
6. Samokhvalov D.V., Jaber A.I., Almahturi F.S. Maximum Power Point Tracking of a Wind-Energy Conversion System by Vector Control of a Permanent Magnet Synchronous Generator. – Russian Electrical Engineering, 2021, 92(3), pp. 163–168.
7. Blackwood M., Grinshpan A. Maximum Efficiency of a Wind Turbine. – Undergraduate Journal of Mathematical Modeling: One + Two, 2016, 6(2), DOI:10.5038/2326-3652.6.2.4865.
8. Catalogue of European Urban Wind Turbine Manufacturers [Электрон. ресурс], URL http://www.urbanwind.net/pdf/CATALOGUE_V2.pdf (Date of appeal 05.01.2024).
9. El Azzaoui M. Modeling and Control of a Wind System Based Doubly Fed Induction Generator: Optimization of the Power Produced. – Journal of Electrical & Electronic Systems, 2015, 4(1), DOI: 10.4172/2332-0796.1000141.
10. Xia, Y., Ahmed K.H., Williams B. A New Maximum Power Point Tracking Technique for Permanent Magnet Synchronous Generator Based Wind Energy Conversion System. – IEEE Transactions on Power Electronics, 2011, 26(12), pp. 3609–3620, DOI:10.1109/TPEL.2011.2162251.
11. Cace J. et al. Urban Wind Turbines: Guidelines for Small Wind Turbines in the Built Environment, 2007 [Электрон. ресурс], URL: http://www.urbanwind.net/pdf/SMALL_WIND_TURBINES_GUIDE_final.pdf (Date of appeal 05.01.2024).
12. Gipe P. Wind Power: Renewable Energy for Home, Farm, and Business. Chelsea Green Publishing, 2004.
13. Gipe P. Wind Energy Basics: A Guide to Home- and Community-Scale Wind-Energy Systems. Chelsea Green Publishing, 2009, 166 p.
14. Osman M. H., Refaat A., Korovkin N.V. A Novel Method to Extract Single-Diode PV Parameters Based on Datasheet Values. – Электричество, 2021, № 2, с. 16–21.
15. Refaat A., Elgamal M., Korovkin N.V. A Novel Grid-Connected Photovoltaic Centralized Inverter Topology to Improve the Power Harvest during Partial Shading Condition. – Электричество, 2019, № 7, с. 59–68.
#
1. Errami Y., Maaroufi M., Ouassaid M. Modelling and Control Strategy of PMSG Based Variable Speed Wind Energy Conversion System. – International Conference on Multimedia Computing and Systems, 2011, DOI: 10.1109/ICMCS.2011.5945736.‏
2. Peña J.C.U. et al. A Comparative Study of MPPT Strategies and a Novel Single-Phase Integrated Buck-Boost Inverter for Small Wind Energy Conversion Systems. – XI Brazilian Power Electro-nics Conference, 2011, pp. 458-465, DOI: 10.1109/COBEP.2011.6085307.
3. Mohammed H.J., Korovkin N.V. Elektrichestvo – in Russ. (Electricity), 2024, No. 1, pp. 63–68.
4. Thongam J.S., Ouhrouche M. MPPT Control Methods in Wind Energy Conversion Systems. – Fundamental and Advanced Topics in Wind Power, 2011, pp. 339-360, DOI:10.5772/21657.
5. Papatzimos A.K. Data-Driven Operations & Maintenance for Offshore Wind Farms: Tools and Methodologies: Doctoral Thesis. University of Exeter (United Kingdom), 2019.‏
6. Samokhvalov D.V., Jaber A.I., Almahturi F.S. Maximum Power Point Tracking of a Wind-Energy Conversion System by Vector Control of a Permanent Magnet Synchronous Generator. – Russian Electrical Engineering, 2021, 92(3), pp. 163–168.
7. Blackwood M., Grinshpan A. Maximum Efficiency of a Wind Turbine. – Undergraduate Journal of Mathematical Modeling: One + Two, 2016, 6(2), DOI:10.5038/2326-3652.6.2.4865.
8. Catalogue of European Urban Wind Turbine Manufacturers [Электрон. ресурс], URL http://www.urbanwind.net/pdf/CATALOGUE_V2.pdf (Date of appeal 05.01.2024).
9. El Azzaoui M. Modeling and Control of a Wind System Based Doubly Fed Induction Generator: Optimization of the Power Produced. – Journal of Electrical & Electronic Systems, 2015, 4(1), DOI: 10.4172/2332-0796.1000141.
10. Xia Y., Ahmed K.H., Williams B. A New Maximum Power Point Tracking Technique for Permanent Magnet Synchronous Generator Based Wind Energy Conversion System. – IEEE Transactions on Power Electronics, 2011, 26(12), pp. 3609–3620, DOI:10.1109/TPEL.2011.2162251.
11. Cace J. et al. Urban Wind Turbines: Guidelines for Small Wind Turbines in the Built Environment, 2007 [Electron. resource], URL: http://www.urbanwind.net/pdf/SMALL_WIND_TURBINES_GUIDE_final.pdf (Date of appeal 05.01.2024).
12. Gipe P. Wind Power: Renewable Energy for Home, Farm, and Business. Chelsea Green Publishing, 2004.
13. Gipe P. Wind Energy Basics: A Guide to Home- and Community-Scale Wind-Energy Systems. Chelsea Green Publishing, 2009, 166 p.
14. Osman M.H., Refaat A., Korovkin N.V. Elektrichestvo – in Russ. (Electricity), 2021, No. 2, pp. 16–21.‏
15. Refaat A., Elgamal M., Korovkin N.V. Elektrichestvo – in Russ. (Electricity), 2019, No. 7, pp. 59–68
Опубликован
2024-05-30
Раздел
Статьи