РАЗРАБОТКА ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОГО РЕГУЛЯТОРА МОЩНОСТИ ВЕТРОЭНЕРГЕТИЧЕСКОЙ УСТАНОВКИ

Разработка электронного регулятора мощности ветроэнергетической установки, не имеющей балластного сопротивления, имеет следующие особенности:

• поддержание максимального коэффициента мощности С_р регулированием мощности ветроэнергетической установки в диапазоне частот вращения ротора в определенном диапазоне;
• ограничение частоты вращения ротора на номинальной (максимальной) частоте вращения за счет аэродинамических регуляторов;
• отсутствие балластной нагрузки.

Рисунок 1. Главная аэродинамическая характеристика ротора ветроустановки (зависимость С_р от Z)

Регулятор изготавливаться из современных электронных компонентов: блок питания, плата центрального процессора, несколько плат ввода-вывода.

Задачей разработки интеллектуального регулятора является уменьшение потерь мощности, стабилизация выходного напряжения и предельно полное использование энергии ветра. Для получения наибольшего значения мощности при регулировании следует придерживаться оптимизированной быстроходности Z (рис. 1), которая является исходными данными при создании алгоритма интеллектуального преобразователя энергии.

«Критерием оптимальности при разработке алгоритма работы регулятора является максимум выходной мощности на основе регулирования параметров выхода с отслеживанием располагаемой мощности ротора» [1, с.38].

Разработка системы управления ветроэнергетической установки связана с работой ВЭУ в целом, геометрией ротора (ветроколеса), архитектурой (взаимным расположением) компонентов, принципом передачи энергии от механической к электрической части и т.д. В связи с этим электронный регулятор, как правило, не является универсальным, а наоборот, жестко привязан к определенному генератору и типоразмеру ветрогенератора. Однако с другой стороны, наиболее универсальный вариант электронного регулирования является создание искусственной нейронной сети, что является непосредственно принципом работы интеллектуальных регуляторов. «Достоинствами таких систем является обучаемость, нелинейность, параллельная обработка данных» [2, с.146].

Общие требования, относящиеся к интеллектуальному регулятору ветроэнергетической установки:

• управление распределением энергии, которая вырабатывается от генератора для заряда аккумуляторных батарей и питания нагрузки;
• выбор оптимальных рабочих режимов забора мощности от генератора, основываясь на измерении внешних параметров (располагаемой мощности, мощности нагрузки, ток заряда аккумуляторной батареи и др.);
• определение выхода параметров за пределы безопасных режимов и отключение генератора, переводя преобразователь в режим защиты;
• обеспечение заряда аккумуляторных батарей в режиме постоянного напряжения с ограничением тока заряда при условии наличия достаточной или лишней генерируемой мощности;
• предотвращение переразряда аккумулятора.

Схема регулятора разрабатывается на основе программируемого микроконтроллера. Для диагностики, настройки и программирования регулятора имеет интерфейс RS-232, RS-485.

Программирование заключается в следующих действиях:

• необходимо установить программное обеспечение;
• выбрать и настроить необходимые функциональные блоки (генератор, аккумуляторные батареи, инвертор и вспомогательные блоки для оптимальной работы системы);
• соединить функциональные блоки между собой;
• протестировать программу в режиме эмуляции, далее загрузить программу в программируемый регулятор.

Интеллектуальный регулятор может быть построен по схеме понижающего или повышающего (или иного) импульсного регулятора, с несколькими контурами обратной связи.

Измеряемые параметры для обеспечения оптимального алгоритма регулирования электрической мощности ветроэнергетической установки:

• напряжение и ток на аккумуляторной батарее;
• напряжение и ток действующей нагрузки;
• частота тока и напряжение в фазе генератора.

Алгоритм регулирования мощности, отбираемой от генератора ветроэнергетической установки:

1. Определение обладаемой мощности, используя таблицу мощностей ротора и частоту вращения ротора.
2. Измерение напряжения и тока в цепи нагрузки, расчет мгновенной потребляемой мощности.
3. Определение наибольшей допустимой мощности зарядки аккумуляторной батареи, используя наибольшего допустимого тока и напряжения зарядки батареи.
4. Измерение частоты тока в фазе генератора и расчет частоты вращения ротора ветроколеса.
5. Расчет суммарной требуемой мощности для данного момента времени.
6. С помощью цифровых потенциометров в цепях обратных связей регулятора можно обеспечить прямое задание управляющего кода, основываясь на предыдущих расчетах. Для ветроэнергетической установки управляющим кодом является действующая отбираемая мощность от ветрогенератора.
7. Сравнение требуемой и допустимой мощностей и определение наименьшей из них.

Математическая модель системы регулирования ветрогенратора представлена на рисунке 2.

Рисунок 2. Модель ветрогенратора с интеллектуальным регулятором

Список литературы:

1. Кирпичников И.М., Соломин Е.В. Ветроэнергетические установки. Расчет компонентов: учебное пособие. – Челябинск: ЮУрГУ, 2013. – 83 с.
2. Утляков Г.Н., Валеев А.Р., Асадуллин В.М. Разработка и исследование интеллектуальных систем регулирования напряжения бесконтактных синхронных генераторов // Вестник УГАТУ. – 2008. – Т.10, №1(26). – С.174 – 179.
3. Цифровые потенциометры компании On Semiconductor [Электронный ресурс]. – Режим доступа: https://www.compel.ru/lib/ne/2010/3/6-tsifrovyie-potentsiometryi-kompanii-on-semiconductor (дата обращения: 03.05.18)
4. Документация и ПО [Электронный ресурс]. – Режим доступа: http://x-logic.ru/download (дата обращения: 15.05.18)