Стереопанорамный анеморумбометр для системы ориентации горизонтально-осевой ветроэнергетической установки
- Авторы: Соломин Е.В.1, Мартьянов А.С.1, Ковалёв А.А.1, Рявкин Г.Н.1, Осинцев К.В.1, Болков Я.С.1, Антипин Д.С.1
-
Учреждения:
- Южно-Уральский государственный университет (национальный исследовательский университет)
- Выпуск: Том 27, № 3 (2023)
- Страницы: 573-592
- Раздел: Математическое моделирование, численные методы и комплексы программ
- URL: https://journal-vniispk.ru/1991-8615/article/view/310987
- DOI: https://doi.org/10.14498/vsgtu2016
- ID: 310987
Цитировать
Полный текст
Аннотация
Традиционный подход к ориентации ротора горизонтально-осевой ветроэнергетической установки по ветру приводит к появлению известной дифференциальной ошибки ориентации из-за вращающихся лопастей и периодического отклонения воздушного потока. Для снижения ее величины в традиционном подходе используется флюгер, расположенный сверху гондолы.
В настоящем исследовании предлагается новый подход — использование комплексного или «стереодатчика» в виде двух устройств, симметрично расположенных по обе стороны гондолы (аналогично стереоскопическим устройствам). Для доказательства эффективности подхода были выбраны несколько характерных точек вблизи гондолы для последующего моделирования воздушных потоков в ее области в программе ANSYS® CFX с использованием k–ε модели турбулентности на основе дифференциальных уравнений Навье–Стокса.
В каждой точке была рассчитана средняя величина ошибки угла ориентации при следующих условиях: различных скоростях ветра, значениях быстроходности и углов направления на ветер. В результате выявлены две наиболее подходящие для размещения приборов точки. В численном виде показано преимущество стереопанорамного анеморумбометра перед традиционным на примере расчетного случая с номинальными параметрами. Анализ в Matlab/Simulink показал прирост производительности ветроэнергетической установки за счет повышения достоверности определения направления ветра при применении правильно расположенных датчиков ветрового потока.
Данная статья не дает представления о конструкции датчика, поскольку для определения правильного направления ветра можно использовать любой принцип. Однако авторами рассматривается новый «стереодатчик», который будет более детально исследоваться в следующих работах.
Полный текст
Открыть статью на сайте журналаОб авторах
Евгений Викторович Соломин
Южно-Уральский государственный университет (национальный исследовательский университет)
Email: solominev@susu.ru
ORCID iD: 0000-0002-4694-0490
доктор технических наук, профессор, каф. электрических станций, сетей и систем электроснабжения
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
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)
Автор, ответственный за переписку.
Email: alpenglow305@yandex.ru
ORCID iD: 0000-0001-6952-277X
SPIN-код: 7477-6832
Scopus Author ID: 57209801438
ResearcherId: AAJ-5565-2021
аспирант, каф. электрических станций, сетей и систем электроснабжения
Россия, 454080, Челябинск, пр. Ленина, 76Глеб Николаевич Рявкин
Южно-Уральский государственный университет (национальный исследовательский университет)
Email: amdx3@bk.ru
ORCID iD: 0000-0002-7637-0310
аспирант, каф. электрических станций, сетей и систем электроснабжения
Россия, 454080, Челябинск, пр. Ленина, 76Константин Владимирович Осинцев
Южно-Уральский государственный университет (национальный исследовательский университет)
Email: osintsev2008@yandex.ru
ORCID iD: 0000-0002-0791-2980
кандидат технических наук, доцент, каф. промышленная теплоэнергетика
Россия, 454080, Челябинск, пр. Ленина, 76Ярослав Сергеевич Болков
Южно-Уральский государственный университет (национальный исследовательский университет)
Email: iar-bolkov@yandex.ru
ORCID iD: 0000-0003-0807-1623
аспирант, каф. промышленная теплоэнергетика
Россия, 454080, Челябинск, пр. Ленина, 76Дмитрий Сергеевич Антипин
Южно-Уральский государственный университет (национальный исследовательский университет)
Email: andimas98@gmail.com
ORCID iD: 0009-0005-3372-6718
аспирант, каф. электрические станции, сети и системы электроснабжения
Россия, 454080, Челябинск, пр. Ленина, 76Список литературы
- Scholbrock A. K., Fleming P. A., Fingersh L. J., et al. Field testing LIDAR based feed-forward controls on the NREL controls advanced research rurbine: 51st AIAA Aerospace Sciences Meeting including the New Horizons Forum and Aerospace Exposition (Grapevine, Texas; January 7–10, 2013). Conference Paper NREL/CP-5000-57339, 2013. 8 pp. DOI: https://doi.org/10.2514/6.2013-818.
- Steven L., Eamon McK. LIDAR and SODAR measurements of wind speed and direction in upland terrain for wind energy purposes // Remote Sens., 2011. vol. 3, no. 9. pp. 1871–1901. DOI: https://doi.org/10.3390/rs3091871.
- Dongran S., Yang J., Fan X., et al. Maximum power extraction for wind turbines through a novel yaw control solution using predicted // Energy Con. Man., 2018. vol. 157, no. 4. pp. 587–599. DOI: https://doi.org/10.1016/j.enconman.2017.12.019.
- Qu C., Lin Z., Chen P., et al. An improved data-driven methodology and field-test verification of yaw misalignment calibration on wind turbines // Energy Con. Man., 2022. vol. 266, no. 4, 115786. DOI: https://doi.org/10.1016/j.enconman.2022.115786.
- Liu Z., Gao W., Wan Y.-H., Muljadi E. Wind power plant prediction by using neural networks: IEEE Energy Conversion Conference and Exposition (Raleigh, North Carolina; September 15–20, 2012). Conference Paper NREL/CP-5500-55871, 2012. 7 pp. DOI: https://doi.org/10.1109/ECCE.2012.6342351.
- Karakasis N., Mesemanolis A., Nalmpantis T., Mademlis C. Active yaw control in a horizontal axis wind system without requiring wind direction measurement // IET Renewable Power Generation, 2016. vol. 10, no. 9. pp. 1441–1449. DOI: https://doi.org/10.1049/iet-rpg.2016.0005.
- Mamidipudi P., Dakin E., Hopkins A., et al. Yaw Control: The Forgotten Controls Problem. Virginia: Catch the Wind, Inc., 2011.
- Solomin E., Terekhin A., Martyanov A., et al. Horizontal axis wind turbine yaw differential error reduction approach // Energy Con. Man., 2022. vol. 254, no. 9, 115255. DOI: https://doi.org/10.1016/j.enconman.2022.115255.
- Pei Y., Qian Z., Jing B., et al. Data-driven method for wind turbine yaw angle sensor zeropoint shifting fault detection // Energies, 2018. vol. 11, no. 3, 553. DOI: https://doi.org/10.3390/en11030553.
- Kim M.-G., Dalhof P. Yaw systems for wind turbines – Overview of concepts, current challenges and design methods // J. Phys.: Conf. Ser., 2014. vol. 524, no. 1, 012086. DOI: https://doi.org/10.1088/1742-6596/524/1/012086.
- Total Energy: World Energy & Climate Statistics – Yearbook 2023 [Electronic resource]. URL: https://yearbook.enerdata.net/total-energy/world-energy-production.html (Accessed: May 29, 2023).
- Astolfi D., Castellani F., Becchetti M., et al. Wind turbine systematic yaw error: Operation data analysis techniques for detecting it and assessing its performance impact // Energies. vol. 13, no. 9, 2351. DOI: https://doi.org/10.3390/en13092351.
- Churchfield M., Lee S., Moriarty P., et al. A large-eddy simulation of wind-plant aerodynamics: 50th AIAA Aerospace Sciences Meeting including the New Horizons Forum and Aerospace Exposition (Nashville, Tennessee; January 9–12, 2012). Conference Paper NREL/CP-5000-53554, 2012. 19 pp. DOI: https://doi.org/10.2514/6.2012-537.
- Siemens SWT-3.6-120 Offshore — 3,60 MW — Wind turbine [Electronic resource]. URL: https://en.wind-turbine-models.com/turbines/669-siemens-swt-3.6-120-offshore (Accessed: May 29, 2023).
- Соломин Е. В., Терехин А. А., Мартьянов А. С. [и др.] Оценка влияния моделей турбулентности на описание процессов вихреобразования в ветроэнергетике // Вестн. Сам. гос. техн. ун-та. Сер. Физ.-мат. науки, 2022. Т. 26, №2. С. 339–354. EDN: SVRJGF. DOI: https://doi.org/10.14498/vsgtu1885.
- Mueller K., Atman J., Kronenwett N., et al. A multi-sensor navigation system for outdoor and indoor environments / Proceedings of the 2020 International Technical Meeting of The Institute of Navigation. San Diego, California, 2020. pp. 612–625. DOI: https://doi.org/10.33012/2020.17165.
Дополнительные файлы
