Объект регулирования

Функциональная схема объекта регулирования приведена на рис. 1.

Для простоты понимания исследуемый объ­ект регулирования (гори­зонтально-пропеллерная ВЭУ с поворотными лопастями) предста­вим в виде последовательного соединения соответствующих бло­ков: регулирующей ступени – блока поворотных лопастей, блока выра­ботки суммарного крутящего момента – ротора ВЭУ и блока электри­ческого ге­нератора (рис. 1).

Рисунок 1 – Функциональная схема объекта регулирования

На рис. 1 приняты следующие обозначения:

V(t) – скорость ветра;

θ(t) – угол поворота лопасти относительно оси маха;

М_КР^Л (t) – крутящий момент, создаваемый ло­пастью;

М_К^Р (t) – суммарный крутящий момент, со­здаваемый ротором ВЭУ;

ω(t) – угловая скорость вращения ротора электрогенератора;

Iн(t) – ток нагрузки электрогенератора;

U(t) – напряжение на выходе генератора.

В качестве электрического генератора в зави­симости от его мощности, рода тока, условий экс­плуатации и режимов работы (на собственную нагрузку или на сеть) могут быть использованы ге­нераторы постоянного тока, генераторы переменно­го тока (синхронные, асинхронизированные) или другого типа, например, вентильные. Несмотря на их существенные конструктив­ные отличия, общим для них является то, что при заданной нагрузке, определенной, например, электрической мощностью (Р) или током (I_Н) они требуют соответствующей стабилизации, прежде всего, угловой скоро­сти вра­щения якоря или ротора.

Структурная схема объекта регулирования приведена на рис. 2.

Рисунок 2 – Структурная схема объекта регулирования

Из приведенных схем четко видна отличительная особенность данного объекта регулирования: это наличие трёх входных переменных.

Система управления вэу

Существует много способов управления вы­ходными параметрами ВЭУ [6]. Все они делятся на активные и пассивные. Достоинством пассив­ного способа управления ВЭУ является относительная простота в проектировании таких систем и их экс­плуатации, активного – высокая точность выходных управляемых параметров.

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

На рис. 3 приведена функциональная схема си­стемы управления, в ко­торой использован данный принцип.

Эта система имеет следующие датчики: датчик угловой скорости элек­трогенератора, 4 датчика ско­рости ветра и датчики угла поворота лопастей и ее угловой скорости. На основании информации с них о вели­чине текущих параметров формируется управляющий сигнал для исполнительного меха­низма, в роли которого выступает электропривод, 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 – задатчик выходной угловой скорости электрогенератора:

ДУС – датчик угловой скорости;

ДУ – датчик угла;

ДСВ – датчик скорости ветра;

УМ – усилитель мощности;

Р – редуктор;

ДСГ – датчик угловой скорости генератора.

Четыре ДСВ расположены таким образом, что фиксируют значение скоро­сти ветра в 4 разных точ­ках и направлениях относительно оси вращения ро­тора. Блок обработки воздушной скорости форми­рует среднее значение скорости. Таким образом, решается проблема учета возникновения рез­ких по­рывов ветра и вихревых потоков, которые возника­ют в результате враще­ния ротора ВЭУ.

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 отклонения и угло­вой скорости лопасти, что значительно повы­шает быстродействие и точность системы.