УПРАВЛІННЯ ГАЗОПОВІТРЯНОЮ ЕНЕРГЕТИЧНОЮ УСТАНОВКОЮ ПРОМИСЛОВОГО ПІДПРИЄМСТВА
DOI:
https://doi.org/10.15588/1607-6761-2017-2-9Ключові слова:
технологічна установка, газоповітряні потоки, електрична енергія, управління, мікроконтролер, алгоритмиАнотація
Мета роботи. Обґрунтувати питання ефективного використання кінетичної енергії відпрацьованих технологічною установкою газоповітряних потоків для вироблення електричної енергії, що дозволить розробити новий алгоритм управління і створити нове програмне забезпечення до управління газоповітряною енергетичною установкою. Для перевірки на адекватність розроблених алгоритмів управління і програмного забезпечення розробити лабораторну газоповітряну енергетичну установку.
Методи дослідження. Для дослідження розподілу газоповітряних мас у технологічних установках промислового підприємства використаний метод імітаційного моделювання, виконаний в програмному середовищі SolidWorks Flow Simulation. Метод імітаційного моделювання дозволив розробити новий алгоритм управління і створити нове програмне забезпечення з урахуванням основних технічних вимог, що пред’являються до управління газоповітряною енергетичною установкою. Для перевірки працездатності розроблених алгоритмів і програмного забезпечення управління газоповітряною енергетичною установкою використаний метод фізичного моделювання, яке проведено на розробленій лабораторній установці, з’єднаної через інтерфейс USB з ЕОМ, що має віртуальну модель SCADA системи, представлену в середовищі LabVIEW.
Отримані результати. На основі моделювання газоповітряних потоків на розробленій математичній моделі оптимально вибрані співвідношення розмірів трубопроводу, раціонально визначено витрати газоповітряної суміші, необхідної для найбільш ефективної роботи газоповітряної енергетичної установки, тобто у робочій зоні газоповітряного тракту гвинт генератора контактує з найбільш значними потоками, забезпечуючи максимальний ефект обертання. Розроблені основні технічні вимоги, що пред’являються до управління газоповітряною енергетичною установкою. Розроблено оптимальний алгоритм управління, який дозволив впровадити його в схему управління газоповітряної енергетичної установки з мікропроцесором або спеціалізованим мікроконтролером.
Наукова новизна. Знайдені нові можливості подальшого удосконалення відомих базових математичних моделей кінетики газоповітряних потоків і запропоновані варіанти адаптації в області газодинаміки для оцінки витрат газоповітряних потоків при роботі вентиляторної установки на трубопровід. Розроблена структурна схема та алгоритми управління газоповітряною енергетичною установкою, до якої входять вентилятор, генератор, трубопровід і блок управління, виконаний на основі використання мікроконтролера Arduino Uno. Розроблено також алгоритм підпрограми для з’єднання газоповітряної енергетичної установки з SCADA системою.
Практична цінність. Запропонований спосіб вироблення електричної енергії газоповітряною енергетичною установкою з мікропроцесорною системою управління, як показали розрахунки, підтверджені експериментальними дослідженнями на лабораторній установці, дозволяє зменшити до 20% кількості витраченої електроенергії технологічною установкою та може бути використаний в промислових умовах. Впровадження газоповітряних енергетичних установок із мікропроцесорною системою і SCADA системою дозволить підвищити енергоефективність роботи технологічних установок.
Посилання
World Wind Energy Association, “2014 half-year report.” [Elektronnyy resurs]. – Rezhym dostupu: http://www.wwindea.org/webimages/WWEA_half_year_report_2014.pdf. – Nazva z ekranu. – Data perehlyadu: 27.01.17.
Rodrigo, T.P., Sílvio, F.R., Edwin, W., Ricardo, S., Pavol, B., Jan, P. (2013). Operation and Power Flow Control of Multi-Terminal DC Networks for Grid Integration of Offshore Wind Farms Using Genetic Algorithms. Energies, 6, 1–26. doi:10.3390/en6010001.
Alexander, K., Bruno, U.S., Lueder, V.B. (2016). Curtailment in a Highly Renewable Power System and Its Effect on Capacity Factors. Energies, 9, 510. doi: 10.3390/en9070510.
Design and operation of power systems with large amounts of wind power [Elektronnyy resurs]. – Rezhym dostupu: www.vtt.fi/inf/pdf/technology/2016/T268. pdf. – Nazva z ekranu. – Data perehlyadu: 27.01.17.
Enerhetychna stratehiya Ukrayiny na period do 2030 roku [Elektronnyy resurs]. – Rezhym dostupu: zakon1.rada.gov.ua/signal/kr06145a.doc. – Nazva z ekranu. – Data perehlyadu: 27.12.17.
Inzhenernyy analiz v srede SolidWorks Simulation [Elektronnyy resurs]. – Rezhym dostupu: sapr.ru/article/19880. – Nazva z ekranu. – Data perehlyadu: 27.01.17.
Ivashko, O. (2012). Yak pidkoryly viter suchasni Don Kikhoty : v Mykolayiv. obl. zapratsyuvala persha promyslova vitroelektrostantsiya, Uryad. kur'yer, 2, 8.
PSS E Wind and Solar Models [Elektronnyy resurs]// UWIG/EnerNex/DOE Workshop. – Elektron. dani. – NY, 2011. – Rezhym dostupu: http://www.nyiso.com/public/webdocs/markets_operations/services/planning/Documents_and_Resources/Cofeences_and_Workshops/DOE_Wind_Turbine_Plant_Mdlg_wkshop/PSSE_Wind_Solar_Models_Kazachkov.pdf. – Nazva z ekranu. – Data perehlyadu: 07.12.17.
Matskevych, P. (2011). Vykorystannya enerhiyi vitru. EKOinform. 5, 36-38.
Kuzo, I. V., Korendiy V. M. (2010). Obhruntuvannya rozvytku vitroenenerhetychnykh ustanovok maloyi ta nadmaloyi potuzhnosti, Visn. Nats. un-tu "Lviv. politekhnika". Optymizatsiya vyrobnychykh protsesiv i tekhnichnyy kontrol v mashynobuduvanni ta pryladobuduvanni, Lviv, 679, 61-67.
Petrenko, N. (2013). Vetroheneratory maloy moshchnosty. Radyoamator, 7, 40-43.
Sokolovskiy, YU. B., Sokolovskiy, A. YU., Limonov L. G. (2014). Povysheniye effektivnosti vetrovykh energeticheskikh ustanovok. Energosberezheniye. Energetika. Energoaudit, 9, 28-37.
The wind energy fact sheet - Office of Environment and Heritage [Elektronnyy resurs]. – Rezhym dostupu: http://www.environment.nsw.gov.au/resources/households/WindEnergyfactsheet.pdf. – Nazva z ekranu. – Data perehlyadu: 27.01.17.
Alekseyevsky P. D., Andrienko K. O., Turyshev K. O., Pankova O. O. Definition of the working area of the IPPN in the electromechanical system of the VEU with variable speed rotation, Electrical Engineering And Power Engineering, 2017, 1, 79–85. DOI: 10.15588/1607-6761-2017-1-10
Nemudryi I. Yu. Improving the efficiency of converting electricity into wind turbines with aerodynamic animation, Electrical Engineering And Power Engineering, 2014, 1, 79–86. DOI: 10.15588/1607-6761-2014-1-13
Shikhaylov, M. O., Favorskiy, YU. P. (2006). Osobennosti konstruktsiy i ispol'zovaniye vetroenergeticheskikh ustanovok maloy moshchnosti. Elektrik, 1-2, 29-31.
Makarchuk, O., Rusek, A., Shchur, I., Shchur, V. (2015). The electromagnetic transformer of mechanical energy into heat for wind turbine. Przegląd Elektrotechniczny, 91, 1, 179-182.
Wind turbine control [Elektronnyy resurs]. – Rezhym dostupu: https://www3.nd.edu/~tcorke/w.WindTurbineCourse/WindTurbineControl_Presentation.pdf. – Nazva z ekranu. – Data perehlyadu: 27.01.17.
Skrypnyk, O. I. Konoval, V. S. (2013). Matematychna model vitroheneratora typu DFIG dlya analizu stiykosti elektrychnykh system, Naukovi pratsi DonNTU. Seriya: «Elektrotekhnika i enerhetyka», 2 (15), 234-239.
Savaghebi, M., et al. (2012). Secondary Control Scheme for Voltage Unbalance Compensation in an Islanded Droop-Controlled Microgrid, Smart Grid, IEEE Transactions on, 3, 797-807.
Vandoorn, T. L., et al. (2012). Analogy Between Conventional Grid Control and Islanded Microgrid Control Based on a Global DC-Link Voltage Droop, Ieee Transactions on Power Delivery, 27, 1405-1414.
Pat. № 62126 Ukrayina, MPK (2011.01) H02J 13/00. Prystriy dlya avtomatychnoho keruvannya elektrospozhyvannyam / P. H. Plyeshkov, I. V. Savelenko, O. I. Sirikov; zayavn. Kirovohradskyy natsionalnyy tekhnichnyy universytet. - №201101588; zayavl. 11.02.2011; opubl. 10.08.2011; Byul. № 15. – 2 s.
Pat. № 109070 Ukrayina, MPK (2016.01) H02J 13/00. Prystriy dlya avtomatychnoho keruvannya elektrospozhyvannyam / V. Y. Lobov, YE. L. Yefimenko, M. P. Tykhanskyy, M. S. Chernyuk; zayavn. DVNZ «Kryvorizkyy natsionalnyy universytet». - №201600998; zayavl. 08.02.2016; opubl. 26.09.2016; Byul. № 18. – 7 s.
Pat. № 105303 Ukrayina, MPK (2016.01) F03D 1/04, F03D 9/25. Sposib otrymannya elektroenerhiyi / V. Y. Lobov, K. V. Lobova; zayavn. DVNZ «Kryvorizkyy natsionalnyy universytet». - № 201509470; zayavl. 01.10.2015; opubl. 10.03.2016, Byul. № 5. – 6 s.
Pat. № 119021 Ukrayina, MPK (2006) F03B 13/00/ Prystriy dlya avtomatychnoho keruvanya elektrospozhyvannyam tekhnolohichnoyi ustanovky / Lobov V.Y., Lobova K.V. Dats A.V.; zayavn. DVNZ «Kryvorizkyy natsionalnyy universytet». - № u201701906; zayavl. 27.02.2017; opubl. 11.09.2017, Byul. №17. – 7 s.
Boyko, E. A., Derynh, I. S., Okhorzyna, T. I. (2006). Aerodinamicheskiy raschet kotel'nykh ustanovok. Krasnoyarsk: KGTU, 71.
Lozhechnikov, V. F., Stopakevich, A. A. (1999). Struktura mnogomernoy matematicheskoy modeli dinamiki barabannogo kotla sredney moshchnosti. Optimizatsiya upravleniya, informatsionnyye sistemy i komp'yuternyye tekhnologii. Trudy Ukrainskoy akademii ekonomicheskoy kibernetiki (Yuzhnyy nauchnyy tsentr). Kiyev-Odessa: ISTS, 1, 2, 167–176.
Alyamovskiy, A. A., Sobachkin, A. A., Odintsov, Ye. V., Kharitonovich, A. I., Ponomarev N. B. (2008). SolidWorks 2007/2008. Komp'yuternoye modelirovaniye v inzhenernoy praktike. SPb. BKHV-Peterburg, 1040.
##submission.downloads##
Опубліковано
Як цитувати
Номер
Розділ
Ліцензія
Авторське право (c) 2018 V.Y. Lobov, K.V. Lobova, A.V. Dats
Ця робота ліцензується відповідно до Creative Commons Attribution 4.0 International License.
Положення про авторські права Creative Commons
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.
