Українська
Отримано 30.08.2024, Доопрацьовано 26.11.2024, Прийнято 18.12.2024
В умовах енергодефіциту, спричиненого знищенням енергетичної інфраструктури, нестабільністю постачання електроенергії та зростанням попиту на автономні джерела енергії, виникає потреба у розробці незалежних і ефективних систем енергозабезпечення. Особливе значення мають вітроенергетичні установки, які здатні функціонувати автономно, забезпечуючи стабільність енергопостачання навіть у кризових умовах. У зв’язку з цим актуальним є вивчення перспективних рішень, які відповідають сучасним стандартам якості та здатні інтегруватися в автономні енергетичні системи. Метою роботи було підтвердження ефективності розрахунку фільтрів інвертора у статичних та динамічних режимах, а також за умов несиметричного навантаження. Це було досягнуто на основі імітаційного моделювання автономної вітроенергетичної установки з аеродинамічним мультиплікуванням, що працює на базі асинхронного генератора з фазним ротором і збудженням від інвертора напруги. Описано імітаційну модель автономної вітроенергетичної установки, параметри інвертора, яку розраховано за авторськими методиками, у середовищі PSIM. Програмно виконано Фур’є-аналіз гармонічного складу вихідної напруги інвертора, розраховано його коефіцієнт гармонік, який не перевищує 5%, відповідно до діючого стандарту. Доведено, що збудження від інвертора напруги поліпшує її роботу при несиметричному навантаженні та скиданні-накиданні навантаження. Виконано порівняння результатів моделювання вихідної напруги інвертора з вимогами стандартів на безперервні джерела енергоживлення. На основі результатів імітаційного моделювання автономної вітроенергетичної установки з аеродинамічним мультиплікуванням підтверджено ефективність розрахунку фільтрів інвертора напруги для асинхронного генератора з фазним ротором. Методики показали свою результативність як у статичних і динамічних режимах, так і за умов несиметричного навантаження
автономний інвертор напруги; скидання та накидання навантаження; несиметричне навантаження; коефіцієнт гармонік; імітаційне моделювання
[1] Abadi, G., Lopez, J., Rodriguez, M., Marroyo, L., & Iwanski, G. (2011). Doubly fed induction machine: Modeling and control for wind energy generation (1st ed.). Hobokes: John Wiley and Sons, Inc. doi: 10.1002/9781118104965.
[2] Alekseevskiy, D.G. (2020). Synthesis of wind power plants electromechanical systems with aerodynamic multiplication. (Doctoral dissertation, Kharkiv Polytechnic Institute, Kharkiv, Ukraine).
[3] Alekseevskiy, D.G., Andrienko, P.D., & Nemykina, O.V. (2019). Research of the electric power conversion in wind turbines with an aerodynamic multiplication. Problemele Energeticii Regionale, 1(39), 70-79. doi: 10.5281/zenodo.2650423.
[4] Anderson, C. (2020). Wind turbines: Theory and practice. Cambridge: Cambridge University Press. doi: 10.1017/9781108478328.
[5] Atawi, I.E., Kassem, A.M., & Sherif, A.Z. (2019). Modeling, management, and control of an autonomous wind/fuel cell micro-grid system. Processes, 7(2), article number 85. doi: 10.3390/pr7020085.
[6] Chabani, M.S., Benchouia, M.T., Golea, A., & Boumaaraf, R. (2017). Implementation of direct stator voltage control of stand-alone DFIG-based wind energy conversion system. In 5th International conference on electrical engineering – Boumerdes (ICEE-B) (pp. 1-6). Boumerdes: IEEE. doi: 10.1109/ICEE-B.2017.8192060.
[7] DSTU IEC 62040-3:1999/COR1:2003. (n.d.). Corrigendum 1 – uninterruptible power systems (UPS) – part 3: Method of specifying the performance and test requirements. Retrieved from https://dnaop.com/html/34040/doc-%D0%94%D0%A1%D0%A2%D0%A3_IEC_62040-3.
[8] Goel, P.K., Singh, B., Murthy, S.S., & Kishore, N. (2010). Modeling and control of autonomous wind energy conversion system with doubly fed induction generator. In 2010 Joint international conference on power electronics, drives and energy systems, PEDES 2010 & 2010 power India. New Delhi: IEEE. doi: 10.1109/PEDES.2010.5712542.
[9] Golovko, V., Kovalenko, M., Kovalenko, I., & Halasun, I. (2020). Mathematical simulation of autonomous wind installation with synchronous magneto-electric type generator. Vidnovluvana Energetika, 4(63), 50-58. doi: 10.36296/1819-8058.2020.4(63).50-58.
[10] Golubenko, M. S., Olishevska, V. E., Kurdyukov, S.D., Olishevsky, G.S., & Kurdyukov, S.S. (2008). Wind electric turbo-generator TG-750. Science and Innovation, 4(6), 71-77. doi: 10.15407/scin4.06.071.
[11] GOST 27699-88. (1988). Uninterruptible power supply systems for alternating current electrical receivers. Retrieved from https://dnaop.com/html/77554/doc-%D0%93%D0%9E%D0%A1%D0%A2_27699-88.
[12] Jamieson, P. (2020). Top-level rotor optimisations based on actuator disc theory. Wind Energy Science, 5(2), 807-818. doi: 10.5194/wes-5-807-2020.
[13] Jangid, T., Yadav, D.K., & Suman, N. (2018). Maximum power output of DFIG based WECS using improved MPPT algorithm. In 2018 International conference on inventive research in computing applications (ICIRCA), (pp. 1074-1079), Coimbatore: IEEE. doi: 10.1109/ICIRCA.2018.8597385.
[14] Klymenko, V.V., Soldatenko, V.P., Pleshkov, S.P., Skrypnyk, O.V., & Sachenko, A.I. (2023). Alternative energy sources and technologies of their use. Kropyvnytskyi: Exclusive System Publishing House.
[15] Konechenkov, A., Knysh, K., Kachan, S., Schmidt, G., Hrytsyshina, M., Oleniuk, A., Vatutina, L., Gaidai, A., & Vorotnikov, N. (2022). Wind energy sector of Ukraine 2021. Market overview for the year before the war. Kyiv: Ukrainian Wind Energy Association.
[16] Kovalenko, M., Kovalenko, I., Tkachuk, I., Reutskyi, M., Harford, A., & Zhuk, S. (2024). Construction of the mathematical model of magnetic transmission for an autonomous wind power plant. Eastern-European Journal of Enterprise Technologies, 2(5(128)), 22-32. doi: 10.15587/1729-4061.2024.302008.
[17] Kumar, D., & Chatterjee, K. (2016). A review of conventional and advanced MPPT algorithms for wind energy systems. Renewable and Sustainable Energy Reviews, article number 55, 957-970. doi: 10.1016/j.rser.2015.11.013.
[18] Kumhar, A.R. (2018). Vector control strategy to control active and reactive power of doubly fed induction generator based wind energy conversion system. In 2nd International conference on trends in electronics and informatics (ICOEI), (pp. 1-9), Tirunelveli: IEEE. doi: 10.1109/ICOEI.2018.8553761.
[19] Monroy‐Morales, J., Peña-Alzola, R., Sebastián-Fernández, R., Campos-Gaona, D., Castellano, J., & Guardado, J.L. (2024). Frequency control in an isolated wind‐diesel hybrid system with energy storage and an irrigation water supply system. IET Renewable Power Generation, 18(6), 1040-1054. doi: 10.1049/rpg2.12950.
[20] Morgan, L., & Leithead, W. (2022). Aerodynamic modelling of a novel vertical axis wind turbine concept. Journal of Physics: Conference Series, article number 2257. doi: 10.1088/1742-6596/2257/1/012001.
[21] Morgan, L., Leithead, W., & Carroll, J. (2024). On the use of secondary rotors for vertical axis wind turbine power take off. Wind Energy, 27(6), 569-582. doi: 10.1002/we.2901.
[22] Nemykina, O.V. (2020). Renewable and alternative energy sources. Zaporizhzhia: National University “Zaporizhzhia Polytechnic”.
[23] Olczak, P., & Surma, T. (2023). Energy productivity potential of offshore wind in Poland and cooperation with onshore wind farm. Applied Sciences, 13(7), article number 4258. doi: 10.3390/app13074258.
[24] Pereverzev, A.V., Semenov, V.V., & Strunkin, G.N. (2006). Spectrum of input current of three-phase VSI with neutral wire (Part 5). Kyiv: National Academy of Sciences of Ukraine.
[25] Pereverzev, A.V., Semenov, V.V., & Strunkin, G.N. (2007). Selection of output filter parameters for an autonomous voltage-source inverter with PWM and a two-circuit automatic regulation system (Part 1). Kyiv: National Academy of Sciences of Ukraine.
[26] Pohl, J., Gabriel, J., & Hübner, G. (2018). Understanding stress effects of wind turbine noise – the integrated approach. Energy Policy, 112, 119-128. doi: 10.1016/j.enpol.2017.10.007.
[27] PSIM user's guide. (2020). Retrieved from https://powersimtech.com/wp-content/uploads/2021/01/PSIM-User-Manual.pdf.
[28] Puchalapalli, S., & Singh, B. (2020). A single input variable FLC for DFIG-Based WPGS in standalone mode. IEEE Transactions on Sustainable Energy, 11(2), 595-607. doi: 10.1109/TSTE.2019.2898115.
[29] Ranjan, R., Kumar, S., Ghosh, S.K., & Kumar, M. (2023). Experimental and statistical analysis of wear on gear material. Lubrication Science, 35(6), 438-448. doi: 10.1002/ls.1650.
[30] Shmyhal, D. (2024). Speech of the Prime Minister of Ukraine Denys Shmyhal at the Government meeting. Retrieved from https://www.kmu.gov.ua/news/promova-premier-ministra-ukrainy-denysa-shmyhalia-na-zasidanni-uriadu30072024.
[31] Tiwari, S.K., Singh, B., & Goel, P.K. (2018). Design and control of autonomous wind-solar system with DFIG feeding 3-phase 4-wire loads. IEEE Transactions on Industry Applications, 54(2), 1119-1127. doi: 10.1109/TIA.2017.2780168.
[32] Zhu, C., & Li, Y. (2018). Reliability analysis of wind turbines. In Stability control and reliable performance of wind turbines. Melbourne: IntechOpen. doi: 10.5772/intechopen.74859.
English