Динамический анализ оптимизационной функции в рамках вибраций роторных систем ветроэлектрической установки

Владимир Иосифович Буяльский

doi:10.22213/2410-9304-2022-2-50-60

Авторы

В. И. Буяльский Севастопольский государственный университет

DOI:

https://doi.org/10.22213/2410-9304-2022-2-50-60

Ключевые слова:

оптимизационная модель, вибрационное поле, собственная частота колебаний, ветротурбина, роторная система, коэффициент динамичности

Аннотация

Решена задача построения базовой и оптимизационной функции в рамках динамического анализа вибрационных полей роторных систем ветроэнергетической установки, как одной из подзадач востребованных для дальнейшей разработки математических алгоритмов динамического поведения системы с целью модификации автоматизированного управления ветроэлектрической установкой, которая обеспечивает уменьшение вибраций всех элементов роторных систем в условиях нагруженности привода при разных режимах эксплуатации энергоагрегата, что способствует улучшению показателей надежности составляющих частей современных ветроустановок. Оптимизационная функция имеет существенное преимущество относительно базовой в результате минимизации участков с явно проявляющимися и пиковыми вибрациями в диапазоне частот 190-310 рад/с, характерными для негативных случаев изменения скорости ветра в большую сторону и уменьшения величины потребляемой электроэнергии в рабочем режиме ветроэнергетической установки при разных условиях эксплуатации. Произведено измерение уровней вибраций сигналов с явно выраженными пиками на всем диапазоне частот в независимости от уровня амплитуды, выполнен расчет продольных, изгибных и крутильных колебаний собственных частот роторных систем. Проведен динамический анализ частотных взаимодействий элементов конструкции и силовых воздействий от лопастных элементов на основе расчетных данных коэффициента динамичности для вибрационного участка базовой функции на частоте 310 рад/с с наибольшей амплитудой вибрации. Наименьшая передаваемая динамическая сила составляет 20,1 % от общей и воздействует на продольные колебания роторной системы «ветроколесо - ведущая шестерня», максимальная передаваемая динамическая сила в 100 % приходится на вторую оборотную частоту 314 рад/с и является резонансной. В оптимизационной модели указанные явления не проявляются в результате отсутствия вибрационных участков для исследуемых частот собственных и оборотных колебаний.

Биография автора

В. И. Буяльский, Севастопольский государственный университет

кандидат технических наук

Библиографические ссылки

Шнеерсон Р. М. Разработка гибридного ветроэнергетического комплекса для электроснабжения удаленных потребителей Мурманской области // Вестник науки Сибири. 2015. № 15. С. 55-58.

Пионкевич В. А. Математическое моделирование ветротурбины для ветроэнергетической установки с асинхронным генератором методом частотных скоростных характеристик // Вестник ИрГТУ. 2016. № 3. С. 83-88.

Степанов С. Ф., Павленко И. М., Ербаев Е. Т. Обеспечение эффективной работы мультимодульной ветроэлектростанции при изменении скорости ветра и нагрузки // Современные проблемы науки и образования. 2013. № 6. С. 93-94.

Суяков С. А. Проблемы интеграции ветроустановок в единую энергетическую систему России // Инженерный вестник Дона. 2014. № 3. С. 10-23.

Emadifar R., Tohidi D., Eldoromi M. Controlling Variable Speed Wind Turbines Which Have Doubly Fed Induction Generator by Using of Internal Model Control Method // International Journal of Advanced Research in Electrical, Electronics and Instrumentation Engineering. 2016. no. 5. Pp. 3464-3471.

Balamurugan N., Selvaperumal S.Intelligent controller for speed control of three phase induction motor using indirect vector control method in marine applications // Indian journal of Geo Marine Sciences. 2018. no. 47. Pp. 1068-1074.

Vijayalaxmi B., Bheema K. Individual Pitch Control of Variable Speed Wind Turbines Using Fuzzy Logic with DFIG // International Journal of research in advanced engineering technologies. 2016. no. 5. Pp. 45-52.

Subbaian V., Sasidhar S. Maximum energy capture of variable speed variable pitch wind turbine by using RBF neural network and fuzzy logic control // International Research Journal of Engineering and Technology. 2015. no. 2. Pp. 493-500.

Haiying D., Lixia Y., Guohan Y., Hongwei L. Wind Turbine Active Power Control Based on Multi-Model Adaptive Control // International Journal of Control and Automation. 2015. no. 8. Pp. 273-284.

Буяльский В. И. Методы повышения эффективности управления ветроэлектрической установкой на базе учета вибрационной нагруженности привода при разных условиях эксплуатации энергоагрегата // Интеллектуальные системы в производстве. 2021. Т. 19, № 3. С. 74-81.

Буяльский В. И. Оптимизационная модель учёта условий нагруженности привода при разных условиях эксплуатации ветроэлектрической установки // Интеллектуальные системы в производстве. 2022. Т. 20, № 1. С. 43-48.

Буяльский В. И. Комбинированный метод управления ветротурбиной // Энергетик. 2016. № 4. С. 18-20.

Колосов Ю. В., Барановский В. В. Защита от вибраций и шума на производстве : учеб. пособие. СПб. : СПбГУ ИТМО, 2011. 38 с.

Бейкер Р. Введение в теорию виброиспытаний. М. : LDS, 1994. 44 с.

Бабаков И. М. Теория колебаний : учеб. пособие / И. М. Бабаков. 4-е изд., испр. М. : Дрофа, 2004. 591 с.

Буяльский В. И. Методика для устранения запаздывания включения устройства разворота лопастей ветротурбины // Энергетик. 2014. № 5. С. 33-35.

Биргера И. А., Пановко Я. Г. Прочность, устойчивость, колебания : справочник в 3 т., т. 1. М. : Машиностроение, 1968. 832 с.

Жовдак В. А., Степченко А. С. Свободные колебания механических систем с конечным числом степеней свободы : учеб.-метод. пособие. Харьков : НТУ «ХПИ», 2005. 88 с.

Киселев Ю. В. Вибрационная диагностика систем и конструкций авиационной техники : учеб. пособие. Самара : СГАУ, 2010. 208 с.