Research of the Electric Power Conversion in Wind Turbines with the Aerodynamic Multiplication / Studiul schemelor de conversie a energiei electrice în instalații eoliene cu multiplicare aerodinamică / Исследование схем преобразования электроэнергии в ветроэлектрических установках с аэродинамической мультипликацией

• Published in: Problems of the regional energetics Vol. 2019; no. 1
• Main Authors: Nemykina, O V, Andrienko, P D, Alekseevskiy, D G
• Format: Journal Article
• Language: English; Romanian; Russian
• Published: Chişinău Institute of Power Engineering 01.01.2019
• Subjects: Adequacy; Aerodynamics; Busbars; Circuits; Electric equipment; Electric power loss; Electricity distribution; Energy conversion efficiency; Energy transfer; Modelling; Multiplication; Rectifiers; Rotation; Steering; Turbines; Turbogenerators; Wind turbines
• DOI: 10.5281/zenodo.2650423
• ISSN: 1857-0070

The paper deals with the research of busbar power losses depending on electrical equipment installation and the dynamic change of the generated power of a wind turbine with the aerodynamic multiplication. The analysis of the electricity conversion electromechanical system is carried out on the example of the first Ukrainian pilot wind turbine with the aerodynamic multiplication of the TG-1000 type. The aim of the article is analytic method creation of analysis of power relative losses in busbars of electrical equipment depend on its arrangement, as well as the research of electromagnetic processes in the electromechanical system depend on the wind flow speed at the height axis of the turbogenerators setted on the blades of the wind wheel (WW) turbine by computer modelling method. This aim achieves by the rectifiers series connection and their location changing (generator clips), which allows the DC energy transfer inside the wind turbine. The research results have showed that power losses reduce in busbars and lead to increase wind turbine efficiency and decrease cable consumption. Electromagnet processes modelling of visual block model have evidenced the adequacy of the assumptions in the determination of the power losses. It has been obtained that the wind flow speed irregularity at the height axis of the turbogenerator and steering angle between turbogenerator axis and wind wheel rotation plane provokes the power generation variances, which pulse according to wind wheel rotation speed. In addition, balanced current of the circuit has provided the symmetrizing amplitudes of the power generator. Lucrarea este dedicată studierii pierderilor de putere în conductori în funcție de amplasarea echipamentului electric și de dinamica schimbărilor în puterea generată folosind un model vizual al blocului sistemului electromecanic al unei instalații electrice eoliene cu multiplicare aerodinamică. În acest scop, a fost efectuată o analiză a conversiei energiei electrice în prima centrală eoliană experimentală eoliană cu model multiplicativ aerodinamic TG-1000 la o viteză constantă a fluxului de vânt. Scopul lucrării este de a analiza circuitele electrice de plasare a echipamentelor electrice din punctul de vedere al reducerii pierderilor de putere în conductoare prin metode analitice, precum și studiul proceselor electromagnetice într-un sistem electromecanic utilizând metoda simulării în funcție de viteza fluxului de vânt la înălțimea axei turbogeneratoarelor amplasate pe palele turbinei eoliene ale instalației. Acest obiectiv se realizează prin schimbarea amplasării redresoarelor la bornele generatoarelor și a conexiunii lor în serie, ce permite transferul energiei în interiorul centralei eoliene la curent continuu. S-a constatat că pierderile de putere în conductoarele cu curent continuu se micșorează de 4,5 ori și ca rezultat contribuie la o creștere a randamentului (eficienței) turbinei eoliene cu mai mult de 1,1% și o reducere de 2,25 ÷ 4,5 oria a consumului de cablu în instalația eoliană. Se constată, că viteza inegală a fluxului de vânt la înălțimea axei turbogeneratoarelor față de sol și unghiul de rotație al axei turbogeneratoare față de planul de rotație al turbinei eoliene conduce la generarea inegală de putere care pulsează cu frecvența de rotație a turbinei eoliene. Работа посвящена исследованию потерь мощности в токопроводах в зависимости от размещения электрооборудования и динамики изменения генерируемой мощности с использованием визуально-блочной модели электромеханической системы ветроэлектрической установки с аэродинамической мультипликацией. С этой целью проведен анализ преобразования электроэнергии в первой опытной украинской ветроэлектрической установки с аэродинамической мультипликацией типа ТГ-1000 при постоянной скорости ветрового потока. Целью работы является анализ электрических схем размещения электрооборудования с точки зрения снижения потерь мощности в токопроводах аналитическими методами, а также исследование электромагнитных процессов в электромеханической системе методом имитационного моделирования в зависимости от скорости ветрового потока на высоте оси турбогенераторов, расположенных на лопастях ветроколеса ветроэлектрической установки. Поставленная цель достигается изменением места расположения выпрямителей у зажимов генераторов и их последовательным соединением, что позволяет осуществлять передачу энергии внутри ветроэлектрической установки на постоянном токе. При этом установлено, что потери мощности в токопроводах постоянного тока снижаются в 4,5 раза и приводят к повышению КПД ветроустановки более чем на 1,1% и снижению расхода кабеля в 2,25÷4,5 раза. Результаты моделирования электромагнитных процессов на разработанной визуально-блочной модели показывают адекватность схем размещения оборудования. Установлено, что неравномерность скорости ветрового потока на высоте расположения осей турбогенераторов относительно земли и наличие угла разворота оси турбогенераторов относительно плоскости вращения ветроколеса приводит к неравномерной генерации мощности, которая пульсирует с частотой вращения ветроколеса, а наличие уравнительного тока в схеме приводит к симметрированию амплитуд генерируемой мощности. При пространственном сдвиге осей турбогенераторов на 120 градусов и симметрировании генерируемой турбогенераторами мощности в выходной мощности ветроустановки отсутствуют пульсации, кратные частоте вращения ветроколеса.