Енергоефективна система керування автономним асинхронним генератором для віддалених поселень
DOI:
https://doi.org/10.31548/energiya2021.01.026Анотація
Анотація. Прокладання ліній електропередачі до невеликих поселень та фермерських господарств, що віддалені від міст і сіл, не завжди економічно вигідне. Тому в таких поселеннях все частіше використовують автономні сонячні та вітряні джерела енергії. На відміну від домінуючих на сьогодні у вітряних електростанціях синхронних генераторів з постійними магнітами, асинхронні генератори (АГ) з короткозамкненим ротором мають такі істотні переваги, як вища надійність та менша вартість. Але енергетичні показники АГ нижчі, тому їх поліпшення є актуальною задачею. Для розв’язання цієї задачі інтенсивно розвиваються системи безпошукової оптимізації втрат потужності в АГ. У цих системах оптимальний магнітний потік визначається за аналітичним виразом, отриманим із моделі втрат. Недоліками відомих робіт за даною тематикою є те, що в них використовуються різним чином спрощені моделі втрат. Відповідно це знижує точність алгоритмів оптимізації.
Метою роботи є побудова системи векторного керування АГ, у якій, завдяки оптимізації суми основних втрат потужності, досягається істотне підвищення коефіцієнту корисної дії (ККД) генератора.
У статті застосована модель втрат потужності, що включає усі основні втрати в АГ електромагнітної природи. Сюди відносяться омічні втрати в опорах статора та ротора, магнітні втрати в сталі та додаткові втрати. Шляхом аналітичного дослідження моделі втрат на екстремум отримано вираз для обчислення оптимального потокозчеплення ротора за критерієм мінімуму сумарних втрат в генераторі. Застосування цього виразу дозволяє підвищити точність оптимізації втрат порівняно з відомими аналогами. Проведено числові дослідження усталених процесів у режимі роботи генератора з постійною вихідною потужністю Р2=const за її значень від 10 % до 50 %. Встановлено, що приріст ККД, отриманий завдяки керуванню з оптимізацією втрат, має екстремальний характер з максимумом в околі номінальної швидкості. Отримані в дослідженні максимальний та середній прирости ККД сягають 26 % і 18 % відповідно. Це показує перспективність запропонованої системи енергоефективного векторного керування АГ.
Ключові слова: асинхронний генератор, система автоматичного керування, енергоефективність, оптимізація втрат
Посилання
Peacock, A. D., Jenkins, D., Ahadzi, M., Berry, A., Turan, S. (2008). Micro wind turbines in the UK domestic sector. Energy and Buildings, 40(7), 1324-1333.
https://doi.org/10.1016/j.enbuild.2007.12.004
Mazurenko L., Romanenko V., Dzura O. (2015). Tekhnichna realizatsiia y eksperymentalni doslidzhennia asynkhronnoho heneratora z ventylnym zbudzhenniam ta vektornym keruvanniam [Implementation and experimental study of the induction generator with vector control], Elektromechanical and energy systems, 4, 34-40.
Mesemanolis, A., Mademlis, C., Kioskeridis, I. (2012). High-efficiency control for a wind energy conversion system with induction generator. IEEE Transactions on Energy Conversion, 2(4), 958-967.
https://doi.org/10.1109/TEC.2012.2213602
Leidhold, R., Garcia G., Valla, M.I. (2002). Field-oriented controlled induction generator with loss minimization. IEEE Transaction on Industrial Electronics, 49(1), 147-156.
https://doi.org/10.1109/41.982258
Di Piazza M.C., Luna M., Pucci, M. (2017). Electrical loss minimization technique for wind generators based on a comprehensive dynamic modeling of induction machines. IEEE Transactions on Industry Applications, 53(4), 3696-3706.
https://doi.org/10.1109/TIA.2017.2691307
Mesemanolis, A., Mademlis, C., Kioskeridis, I. (2013). Optimal Efficiency Control Strategy in Wind Energy Conversion System With Induction Generator. IEEE Journal of Emerging and Selected Topics in Power Electronics, 1(4), 238-246.
https://doi.org/10.1109/JESTPE.2013.2284562
Stumper, J. F., Dötlinger, A., Kennel, R. (2013). Loss minimization of induction machines in dynamic operation. IEEE transactions on energy conversion, 28(3), 726-735.
https://doi.org/10.1109/TEC.2013.2262048
Novotny, D.W., Lipo, T.A. (2005) Vector control and dynamics of AC drives, Oxford: Clarendon press, 440.
Pryymak, B.I. (2005) Modeli vtrat potuzhnosti u kerovanii asynkhronnii mashyni dlia zadach enerhozberezhennia [Power loss models in controlled induction machine for the energy saving tasks], Tekhnichna Elektrodynamika, 1, 29-38.
Завантаження
Опубліковано
Номер
Розділ
Ліцензія
Стосунки між правовласниками і користувачами регулюються на умовах ліцензії Creative Commons Із Зазначенням Авторства – Некомерційна – Поширення На Тих Самих Умовах 4.0 Міжнародна (CC BY-NC-SA 4.0):https://creativecommons.org/licenses/by-nc-sa/4.0/deed.uk
Автори, які публікуються у цьому журналі, погоджуються з наступними умовами:
- Автори залишають за собою право на авторство своєї роботи та передають журналу право першої публікації цієї роботи на умовах ліцензії Creative Commons Attribution License, котра дозволяє іншим особам вільно розповсюджувати опубліковану роботу з обов'язковим посиланням на авторів оригінальної роботи та першу публікацію роботи у цьому журналі.
- Автори мають право укладати самостійні додаткові угоди щодо неексклюзивного розповсюдження роботи у тому вигляді, в якому вона була опублікована цим журналом (наприклад, розміщувати роботу в електронному сховищі установи або публікувати у складі монографії), за умови збереження посилання на першу публікацію роботи у цьому журналі.
- Політика журналу дозволяє і заохочує розміщення авторами в мережі Інтернет (наприклад, у сховищах установ або на особистих веб-сайтах) рукопису роботи, як до подання цього рукопису до редакції, так і під час його редакційного опрацювання, оскільки це сприяє виникненню продуктивної наукової дискусії та позитивно позначається на оперативності та динаміці цитування опублікованої роботи (див.The Effect of Open Access).
