Васько Віктор Петрович. Керування нестаціонарними режимами роботи вітроустановок промислових вітроелектричних станцій: дисертація канд. техн. наук: 05.14.08 / НАН України; Інститут електродинаміки. - К., 2003.
Анотація до роботи:
Васько В.П. Керування нестаціонарними режимами роботи вітроустановок промислових вітроелектричних станцій. - Рукопис.
Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 05.14.08 - перетворювання відновлюваних видів енергії. - Інститут електродинаміки НАН України, Київ, 2003.
Дисертація присвячена визначенню законів і параметрів керування експлуатаційними нестаціонарними режимами роботи ВЕУ промислових ВЕС, які зменшують аеромеханічні та електричні навантаження на основні елементи конструкції. Розроблено математичну модель вітроустановки як об’єкта керування в довільних діапазонах зміни швидкості вітру, кута повороту та частоти обертання лопатів на основі кубічних сплайнів аеродинамічних характеристик. Досліджено динаміку аеромеханічних і електричних навантажень складових частин ВЕУ за різних способів керування генерованою потужністю (флюгерного, антифлюгерного, автостабілізації та керованої автостабілізації) та в процесі пуску і зупинення. Узагальнення результатів для установок різної потужності в діапазоні (100-1000)кВт виконано шляхом побудови номограм динамічних навантажень в функції параметрів керування та інерційної сталої часу ВЕУ. Визначено раціональні способи зменшення перенапруги ВЕУ та компенсації реактивної енергії ВЕС. Основні результати роботи знайшли застосування при розробці нормативно-технічної документації з виробництва ВЕУ та експлуатації ВЕС.
В дисертаційній роботі здійснено наукове обгрунтування та дослідження необхідних законів і параметрів керування нестаціонарними режимами роботи вітроустановок промислових ВЕС для зменшення аеромеханічних та електромеханічних навантажень на силові елементи конструкції в процесі експлуатації. Отримано наступні наукові та практичні результати:
1. За результатами експериментальних досліджень динаміки експлуатаційних режимів роботи та статистичного аналізу відмов серійних ВЕУ промислових ВЕС встановлено, що найбільшої кількості пошкоджень зазнають ті складові частини вітроустановки, які сприймають пульсуючі механічні та електричні навантаження (ротор, пристрій повороту лопатів, трансмісія, електричне силове обладнання).
2. Розроблена узагальнена математична модель ротора ВЕУ як об’єкта керування на основі інтерполяційних кубічних сплайнів аеродинамічних характеристик, яка дозволяє визначати аеромеханічні навантаження в довільних діапазонах зміни швидкості вітру, кута повороту та частоти обертання лопатів в експлуатаційних режимах роботи. Адекватність та коректність результатів моделювання досягається в результаті використання в вузлах інтерполяції умови неперервності похідних до другого порядку включно та застосування неперервності похідних третього порядку для крайових умов.
3. Розроблено метод визначення узагальнених законів керування вітроустановкою як результату перетину поверхні потужності та поверхні керування, спроектованого на відповідну координатну площину (флюгерне керування, антифлюгерне керування, автостабілізація). Запропоновано та обґрунтовано режим керованої автостабілізації потужності вітроустановки на великих швидкостях вітру, який характеризується малим діапазоном зміни кута повороту лопатів та прийнятними аеромеханічними навантаженнями.
4. Удосконалено математичну модель динаміки експлуатаційних режимів ВЕУ в результаті використання моделі ротора на основі кубічних сплайнів аеродинамічних характеристик та урахування параметрів еквівалентної електричної схеми заміщення промислової ВЕС і електросистеми. Математична модель являє собою систему нелінійних диференційних рівнянь і дозволяє розраховувати перебіг аеромеханічних, механічних і електричних навантажень в режимах генерування, пуску та зупинення вітроустановок з поворотними та фіксованими лопатями.
5. Проведено розрахункові дослідження аеромеханічних перенавантажень лопатів ротора та електричних перенавантажень генератора в режимах пуску та зупинення ВЕУ шляхом повороту лопатів, механічного гальмування трансмісії, пуску за допомогою генератора в режимі двигуна. Узагальнення результатів для установок різної потужності в діапазоні (100-1000)кВт виконано шляхом побудови номограм динамічних навантажень в функції параметрів керування та інерційної сталої часу ВЕУ. Номограми дозволяють визначити необхідні значення швидкодії механізму повороту лопатів та пристрою гальмування, швидкості зміни напруги на генераторі для обмеження динамічних навантажень на заданому рівні. Найбільші аеромеханічні навантаження характерні для режиму зупинення. Найменші аеромеханічні навантаження при зупиненні досягаються в результаті застосування механічного гальмування силової трансмісії.
6. Досліджено динаміку аеромеханічних та електричних навантажень складових частин ВЕУ за різних способів керування генерованою потужністю (флюгерного, антифлюгерного, автостабілізації та керованої автостабілізації). Обґрунтовано застосування способів флюгерного керування та автостабілізації для ВЕУ потужністю (100-1000)кВт та способу керованої автостабілізації для вітроустановок більшої потужності. З’ясовано, що в процесі регулювання аеромеханічне зусилля лобового тиску на лопать в 5-8 раз більше за тягове, яке породжує обертовий момент ротора. Максимальна швидкодія механізму повороту лопатів для стабілізації генерованої потужності на швидкостях вітру більших за номінальне значення повинна знаходитись на рівні 6 град/с.
7. З’ясовано та досліджено причини виникнення та рівні перенапруги складових частин промислових ВЕС в режимі генерування електроенергії. Обґрунтовано спосіб зменшення перенапруги ВЕУ на введених в експлуатацію ВЕС шляхом зміни коефіцієнта трансформації силового трансформатора ТП. Визначено раціональний спосіб компенсації реактивної енергії ВЕС на основі ВЕУ з асинхронним генератором, який полягає в підключенні на клеми генератора конденсаторної батареї тільки для компенсації реактивної потужності контуру намагнічування та ввімкненні на вході станції конденсаторних батарей з керованою ємністю для компенсації реактивної потужності в навантажувальному режимі.
8. Результати дисертаційної роботи рекомендуються для подальшого використання при розробці та виробництві ВЕУ в ДКБ “Південне” та ВО “Південний машинобудівний завод ім. О.М.Макарова” (м. Дніпропетровськ), при проектуванні ВЕС в організаціях “Укргідропроект” та “Укренергомережпроект” (м. Харків), в навчальному процесі при підготовці інженерів на кафедрі “Відновлювані джерела енергії” Національного технічного університету України “КПІ” (м. Київ).
Публікації автора:
Васько В.П. Влияние уставок регулирования ветроэлектрических установок на эксплуатационные показатели // Технічна електродинаміка. Тематичний випуск “Моделювання електронних, енергетичних та технологічних систем”. – 1999. – Ч.1. – С. 38–41.
Брыль А.А., Васько В.П., Васько П.Ф., Кирпатенко И.Н., Пекур П.П. Основные показатели качества изготовления и эксплуатации ветроэлектрических установок // Авиационно-космическая техника и технология. Сб. науч. трудов. Вып.8. – Харьков: Гос. аэрокосмический ун-т “Харьковский авиационный ин-т”. – 1999. – С. 19-23.
Кудря С.А., Кирпатенко И.М., Яценко Л.В., Васько В.П. Состояние развития ветроэнергетики и малой гидроэнергетики Украины // Технічна електродинаміка. Тематичний випуск “Моделювання електронних, енергетичних та технологічних систем”. – 1999. – Ч.1. – С. 32-33.
Васько П.Ф., Васько В.П. Динамика нагрузочных режимов работы ветроэлектрической установки, обусловленная порывами скорости ветра // Вісник Донбаської державної академії будівництва і архітектури. Будівельні конструкції, будівлі та споруди. Том 1. “Вплив вітру на будинки і споруди”. – Донецьк, 2001. – №4(29). – С. 140–144.
Васько В.П. Управление параметрами электроэнергии автономных ветроэлектрических установок // Технічна електродинаміка. – 2002. – №1. – С. 53-56.
Васько В.П. Аналіз процесів генерування активної та реактивної потужності вітроелектричною установкою з асинхронним генератором у складі промислових вітроелектростанцій // Технічна електродинаміка. – 2002. – №5. – С. 64-67.
Васько В.П. Математична модель ротора вітроустановки як об’єкта керування на основі кубічних сплайнів // Технічна електродинаміка. – 2002. – №6. – С. 50-56.
ГКД 3.003 – 2000. Вітроенергетика. Вітрові електричні установки. Порядок поставлення на серійне виробництво / Бриль А.О., Васько В.П., Хілько В.А., Шульга В.Г. // Державний комітет промислової політики України. – Київ, 2000. – 31 с.
Бриль А.О., Васько В.П., Васько П.Ф. Оцінка показників безвідмовності вітроелектричних пристроїв великої потужності // Винахідник і раціоналізатор. – 1999. – № 1-2. – С. 26-28.
Бриль А.О., Васько В.П., Васько П.Ф. Узагальнена модель забезпечення якості проектування і експлуатації вітроелектричних станцій // Винахідник і раціоналізатор. – 1999. – № 1-2. – С. 28-29.
Кудря С.О., Яценко Л.В., Васько В.П., Кирпатенко І.М. Методи підвищення ефективності застосування обладнання на основі відновлюваних джерел енергії в комбінованих енергетичних системах // Винахідник і раціоналізатор. – 1999. – № 1-2. – С. 43.
V.Vasko. Wind Industry in Ukraine // Sustainable Energy News. – 2000. – №28. – P.14-15.
Васько В.П. Оценка объемов выработки электроэнергии современными ветроустановками в ветровых условиях Крыма // В кн.: Устойчивый Крым. Энергетическая стратегия ХХI века. – Симферополь: Экология и мир. – 2001. – С. 319-325.
Васько В.П. Оценка объемов выработки электроэнергии современными ветроустановками в ветровых условиях Крыма // Материалы международной конференции “Экологически чистая энергия для Крыма”, 23-25 апреля 2001г., Гурзуф. – 2001. – С. 37-38.
Бриль А.О., Васько В.П., Васько П.Ф. Задача компенсації реактивної енергії введених в експлуатацію вітрових електростанцій // Вітроенергетика України. – Київ: МНТЦ вітроенергетики. – 2002. – №2. С.12-15.
Бриль А.О., Васько В.П., Васько П.Ф. Пекур П.П. Енергетична сумісність вітроелектростанцій в складі централізованої електроенергетичної системи // Доклады III международной конференции “Нетрадиционная энергетика в XXI веке”, Крым, Судак, 9-15 сентября 2002 г. – Киев: ИТТФ НАНУ. – 2002. – С. 113-115.
Бриль А.О., Васько В.П., Васько П.Ф. Особливості функціонування промислових вітроелектричних станцій у складі регіональної електросистеми // Доклады III международной конференции “Нетрадиционная энергетика в XXI веке”, Крым, Судак, 9-15 сентября 2002 г. – Киев: ИТТФ НАНУ. – 2002. – С. 112-113.
Васько В.П. Математическое моделирование переходных электромеханических процессов ветроэлектрической установки при коротких замыканиях // Тези доповідей 3-ї Міжнародної науково-технічної конференції. Математичне моделювання в електротехніці, електроніці та електроенергетиці. – Львів, 1999. – С. 39–40.
V.Vasko. Technology transfer project between Denmark and Ukraine // Folkecenter for Renewable Energy, Denmark. – 2000. – 40 р.
Розвинути теорію і розробити методи інтенсифікації процесів перетворення енергії в системах енергопостачання на основі відновлюваних джерел: звіт з НДР (заключний)/ Інститут електродинаміки НАН України. – УкрІНТЕІ; №ДР 0198U008150; Інв. № 0203U000591. – Київ, 2002. – 89 с.
