Анализ динамики ВЭУ с поворотными лопастями

Рассмотрим особенности управления угловой скоростью вращения ВЭУ, представленной на рис. 7. На подвижном основании размещается барабан с необходимым количеством токопроводящих дорожек, которые обеспечивают передачу энергии и необходимой информации для реализации связи наземной аппаратуры (источников питания, датчиков угловой скорости и ускорения ВЭУ, анемометров и датчиков нагрузки) с элементами системы управления, находящимися на подвижном основании (двигателем, микроконтроллерам вычислителем, датчиками угла и угловой скорости поворота лопасти).

Функциональная схема объекта управления приведена на рис. 5.1.

Рисунок 1 Функциональная схема объекта регулирования

На рис. 1 приняты следующие обозначения:

- скорость ветра;

- угол поворота лопасти относительно оси вращения;

- крутящий момент, создаваемый лопастью;

- суммарный крутящий момент, создаваемый ротором ВЭУ;

- угловая скорость вращения ротора электрогенератора;

- ток нагрузки электрогенератора;

- напряжение на выходе генератора.

Уравнение динамики (1) и структура объекта регулирования имеют вид (рис. 2):

(1)

Рисунок 2 Структурная схема объекта регулирования

Особенностью объекта регулирования является наличие трех входных переменных.

В данной статье рассмотрено активное управление выходными параметрами ВЭУ путем изменения угла поворота лопастей. Угловая скорость вращения ротора ВЭУ зависит от скорости ветра, угла поворота лопасти и нагрузки на генераторе. Следовательно, при изменении ветра и нагрузки, варьируя углом поворота лопасти можно обеспечить постоянство угловой скорости ротора ВЭУ.

На рис. 5.3 приведена функциональная схема системы управления, и которой использован данный принцип. На основании информации с датчиков о величине текущих параметров формируется управляющим сигнал для исполнительного механизма, в роли которого выступает электродвигатель, который поворачивает лопасть на требуемый угол для обеспечения заданной угловой скорости вращения электрогенератора.

Рисунок 3 Функциональная схема системы управления ВЭУ

На рис. 3 введены следующие обозначения:

ЗД - задающее устройство выходной угловой скорости электрогенератора; УМ - усилитель мощности; ЭД - электродвигатель; ДУ - датчик угла поворота лопасти; ДУСI - датчик угловой скорости поворота лопасти; ДУГ - датчик угловой скорости генератора; А - анемометр;Д - датчик нагрузки.

В данную систему, в отличие от классической, которая имеет одну обратную связь по угловой скорости вращения электрогенератора, введены еще две дополнительные обратные связи по углу поворота и угловой скорости поворота лопасти, что значительно повышает быстродействие и точность системы.