Отправить статью по E-mail Дифференциальная ошибка угла ориентации анеморумбометра горизонтально-осевой ветроэнергетической установки
- Авторы: Соломин Е.В.1, Терехин А.А.1, Мартьянов А.С.1, Ковалёв А.А.1, Исмагилов Д.Р.1, Мирошниченко А.А.1, Ян Ю.1, Рявкин Г.Н.1
-
Учреждения:
- Южно-Уральский государственный университет (национальный исследовательский университет)
- Выпуск: Том 25, № 2 (2021)
- Страницы: 365-380
- Раздел: Математическое моделирование, численные методы и комплексы программ
- URL: https://journals.eco-vector.com/1991-8615/article/view/61613
- DOI: https://doi.org/10.14498/vsgtu1839
- ID: 61613
Цитировать
Полный текст
Аннотация
Рассматривается проблема ориентации горизонтально-осевых ветроэнергетических установок при изменении направления, силы и скорости ветра. Когда направление ветра меняется, активная ометаемая площадь ротора, представляющая собой круг при коллинеарности оси вращения и вектора набегающего потока, уменьшается и принимает форму эллипса. Это, в свою очередь, приводит к снижению вырабатываемой электроэнергии.
Для ориентации ротора используется анеморумбометр, регистрирующий скорость и направление потока ветра. При изменении направления потока ветра соответствующий сигнал передается системе управления, которая дает команду на разворот ротора на ветер. Однако при прохождении потока ветра между вращающимися лопастями его направление искажается, происходит вихреобразование, в результате чего прибор выдает изначально неверные данные о направлении и скорости потока. В результате при регулировании положения ротора коллинеарность оси вращения и вектора набегающего потока не достигается, ометаемая площадь постоянно остается эллипсообразной, а вырабатываемая мощность пропорционально снижается. В связи со значимостью приведенной проблемы целью исследования является получение численных значений угла отклонения в различных режимах путем трехмерного моделирования в программном комплексе ANSYS CFX. Полученные сведения могут быть использованы в дальнейшем для разработки алгоритма устранения данной ошибки.
Об авторах
Евгений Викторович Соломин
Южно-Уральский государственный университет (национальный исследовательский университет)
Email: solominev@susu.ru
ORCID iD: 0000-0002-4694-0490
SPIN-код: 7191-4503
Scopus Author ID: 56497029400
ResearcherId: A-2409-2014
http://www.mathnet.ru/person105233
доктор технических наук, профессор; каф. электрических станций, сетей и систем электроснабжения
Россия, 454080, Челябинск, пр. Ленина, 76Александр Александрович Терехин
Южно-Уральский государственный университет (национальный исследовательский университет)
Email: aleksandr.terekhin@gmail.com
ORCID iD: 0000-0002-5744-2104
SPIN-код: 6161-8358
Scopus Author ID: 26536627100
http://www.mathnet.ru/person171764
кандидат технических наук, доцент; каф. летательных аппаратов
Россия, 454080, Челябинск, пр. Ленина, 76Андрей Сергеевич Мартьянов
Южно-Уральский государственный университет (национальный исследовательский университет)
Email: martianovas@susu.ru
ORCID iD: 0000-0002-9997-9989
SPIN-код: 7745-3958
Scopus Author ID: 57170580600
ResearcherId: AAU-6241-2020
http://www.mathnet.ru/person117729
кандидат технических наук, доцент; каф. электрических станций, сетей и систем электроснабжения
Россия, 454080, Челябинск, пр. Ленина, 76Антон Александрович Ковалёв
Южно-Уральский государственный университет (национальный исследовательский университет)
Email: alpenglow305@yandex.ru
ORCID iD: 0000-0001-6952-277X
SPIN-код: 7477-6832
Scopus Author ID: 57209801438
http://www.mathnet.ru/person164305
аспирант; каф. электрических станций, сетей и систем электроснабжения
Россия, 454080, Челябинск, пр. Ленина, 76Денис Рашидович Исмагилов
Южно-Уральский государственный университет (национальный исследовательский университет)
Email: drismagilov@gmail.com
ORCID iD: 0000-0002-9312-295X
SPIN-код: 8488-6020
Scopus Author ID: 57226504955
http://www.mathnet.ru/person171765
инженер-исследователь; НОЦ «Аэрокосмические технологии»
Россия, 454080, Челябинск, пр. Ленина, 76Алексей Александрович Мирошниченко
Южно-Уральский государственный университет (национальный исследовательский университет)
Email: alex.miroshnichenko@mail.ru
ORCID iD: 0000-0003-4594-3806
SPIN-код: 2280-0150
Scopus Author ID: 57205376224
http://www.mathnet.ru/person171766
аспирант; каф. электрических станций, сетей и систем электроснабжения
Россия, 454080, Челябинск, пр. Ленина, 76Юйсун Ян
Южно-Уральский государственный университет (национальный исследовательский университет)
Email: 1152108936@qq.com
ORCID iD: 0000-0002-2941-5942
Scopus Author ID: 57217211823
http://www.mathnet.ru/person171767
аспирант; каф. электрических станций, сетей и систем электроснабжения
Россия, 454080, Челябинск, пр. Ленина, 76Глеб Николаевич Рявкин
Южно-Уральский государственный университет (национальный исследовательский университет)
Автор, ответственный за переписку.
Email: amdx3@bk.ru
ORCID iD: 0000-0002-7637-0310
SPIN-код: 9303-6629
Scopus Author ID: 57219672086
ResearcherId: AAZ-3852-2021
http://www.mathnet.ru/person171768
магистрант; каф. электрических станций, сетей и систем электроснабжения
Россия, 454080, Челябинск, пр. Ленина, 76Список литературы
- Statistics — World Wind Energy Association: https://wwindea.org/information-2/information/.
- Solomin E., Kirpichnikova I., Amerkhanov R., Korobatov D., Lutovats M., Martyanov A. Wind-hydrogen standalone uninterrupted power supply plant for all-climate application // Int. J. Hydrogen Energy, 2019. vol. 44, no. 7. pp. 3433–3449. https://doi.org/10.1016/j.ijhydene.2018.12.001.
- Wan S., Cheng L., Sheng X. Effects of yaw error on wind turbine running characteristics based on the equivalent wind speed model // Energies, 2015. vol. 8, no. 7. pp. 6286–6301. https://doi.org/10.3390/en8076286.
- Кирпичникова И. М., Мартьянов А. С., Соломин Е. В. Моделирование генератора ветроэнергетической установки // Электротехника, 2013. № 10. С. 46–49.
- Sirotkin E. A., Martyanov A. S., Solomin E. V., Kozlov S. V. Emergency braking system for the wind turbine / 2016 2nd International Conference on Industrial Engineering, Applications and Manufacturing (ICIEAM), 2016. https://doi.org/10.1109/icieam.2016.7911451.
- Korobatov D. V., Sirotkin E. A., Troickiy A. O., Solomin E. V. Wind turbine power plant control / 2016 Dynamics of Systems, Mechanisms and Machines (Dynamics), 2016. https://doi.org/10.1109/Dynamics.2016.7819031.
- Martyanov A. S., Martyanov N. A., Anikin A. S. Comparative analysis of wind turbine control strategies // Procedia Engineering, 2015. vol. 129. pp. 607–614. https://doi.org/10.1016/j.proeng.2015.12.077.
- Chen F., Yang J. Fuzzy PID controller used in yaw system of wind turbine / 2009 3rd International Conference on Power Electronics Systems and Applications (PESA), 2009. 4 pp. https://ieeexplore.ieee.org/document/5228644.
- van Dijk M. T., van Wingerden, J.-W., Ashuri T., Li Y., Rotea M. A. Yaw-misalignment and its impact on wind turbine loads and wind farm power output // J. Phys.: Conf. Ser., 2016. vol. 753, 062013. https://doi.org/10.1088/1742-6596/753/6/062013.
- MacMahon E., Stock A., Jamieson P., Leithead B. Yaw control for 20MW offshore multi rotor system / European Wind Energy Association Annual Event (EWEA 2015), Paris expo Porte de Versailles, 2015. https://strathprints.strath.ac.uk/59716/.
- Zhang L., Yang Q. A method for yaw error alignment of wind turbine based on Li-DAR // IEEE Access, 2020. vol. 8. pp. 25052–25059. https://doi.org/10.1109/ACCESS.2020.2969477.
- Scholbrock A., Fleming P., Wright A., Slinger C., Medley J., Harris M. Field test results from lidar measured yaw control for improved yaw alignment with the NREL controls advanced research turbine: To be presented at the AIAA Science and Technology Forum and Exposition, 2015. 9 pp. https://www.nrel.gov/docs/fy15osti/63202.pdf.
- Wind power plant Siemens: SWT–3.6–120, Technical documentation. https://pdf.archiexpo.com/pdf/siemens-gamesa/swt-36-120/88089-134487.html.
- Wilcox D. C. Turbulence Modeling for CFD. California: DCW Industries, 1998. 460 pp.
- Chung T. J. Computational Fluid Dynamics. London: Cambridge Univ. Press, 2010. xxii+1034 pp. https://doi.org/10.1017/CBO9780511780066.
- Versteeg H., Malalasekra W. An Introduction to Computational Fluid Dynamics. The Finite Volume Method. London: Prentice Hall, 2007. xiii+503 pp.
- Ferziger J. H., Peric M. Computational Methods for Fluid Dynamics. Berlin: Springer-Verlag, 2002. xiv+426 pp. https://doi.org/10.1007/978-3-642-56026-2.
- Hassid S., Poreh M. A turbulent energy dissipation model for flows with drag reduction // J. Fluids Eng., 1978. vol. 100, no. 1. pp. 107–112. https://doi.org/10.1115/1.3448580.
- Wolfshtein M. The velocity and temperature distribution in one-dimensional flow with turbulence augmentation and pressure gradient // Int. J. Heat Mass Transfer, 1969. vol. 12, no. 3. pp. 301–318. https://doi.org/10.1016/0017-9310(69)90012-x.
- Troshko A. A, Hassan Y. A. A two-equation turbulence model of turbulent bubbly flows // Int. J. Multiphase Flow, 2001. vol. 27, no. 11. pp. 1965–2000. https://doi.org/10.1016/s0301-9322(01)00043-x.
- Yakhot V, Orszag S. A. Renormalization group analysis of turbulence. I. Basic theory // J. Sci. Comput., 1986. vol. 1, no. 1. pp. 3–51. https://doi.org/10.1007/bf01061452.
- Yakhot V., Orszag S. A., Thangam S., Gatski T. B., Speziale C. G. Development of turbulence models for shear flows by a double expansion technique // Phys. Fluids A, 1992. vol. 4, no. 7. pp. 1510–1520. https://doi.org/10.1063/1.858424.
- Menter F. R. Two-equation eddy-viscosity turbulence models for engineering applications // AIAA J., 1994. vol. 32, no. 8. pp. 1598–1605. https://doi.org/10.2514/3.12149.
- Roshko A. On the development of turbulent wakes from vortex streets: Technical Report no. 1191. Washington, D.C.: National Advisory Committee for Aeronautics, 1954. 25 pp. https://resolver.caltech.edu/CaltechAUTHORS:ROSnacarpt1191.
- Шлихтинг Г. Теория пограничного слоя. М.: Наука, 1974. 637 с.
- Strelets M. Detached eddy simulation of massively separated flows / 39th Aerospace Sciences Meeting and Exhibit. Reno, NV, 2001. https://doi.org/10.2514/6.2001-879.
Дополнительные файлы
