Динамическое моделирование и анализ производительности ветроэнергетической системы, подключённой к сети, с упрощённым генератором и системой управления MPPT

Аннотация

Актуальность: В условиях стремительного роста доли возобновляемых источников энергии интеграция крупных ветровых электростанций в энергосистему делает задачи обеспечения их устойчивой работы, снижения колебаний мощности и совершенствования систем управления особо актуальными. Изменчивость скорости ветра и аэродинамических характеристик турбин приводит к нестабильности и потерям при передаче электроэнергии. Поэтому динамический анализ ветроэнергетических систем на основе упрощённых моделей генераторов и совершенствование алгоритмов слежения за максимальной точкой мощности (MPPT) представляют собой важное научное и практическое направление современных исследований.

Цель: Цель работы заключается в исследовании динамических процессов работы крупной ветровой электростанции, подключённой к сети, на основе упрощённой модели, объединяющей аэродинамические и электрические параметры; в оценке эффективности MPPT-алгоритма управления и анализе устойчивости активных и реактивных потоков мощности при работе в сетевом режиме.

Методы: Разработана упрощённая модель ветроэнергетической установки номинальной мощностью 1,5 МВА, напряжением 575 В и частотой 60 Гц. Аэродинамическая мощность турбины определялась по выражению  а оптимальная мощность MPPT — по зависимости  Электрическая мощность генератора рассчитывалась по формуле а активная и реактивная мощности, передаваемые в сеть, — по соотношениям  Модель использовалась для динамического моделирования работы системы при изменении скорости ветра.

Результаты: Результаты моделирования показали, что при увеличении скорости ветра с 7 м/с до 10,5 м/с активная мощность возрастала с 0,6 п. е. до 1,2 п. е., что подтверждает высокую точность слежения MPPT-алгоритма. Реактивная мощность оставалась близкой к нулю, обеспечивая стабильность напряжения на точке подключения к сети. Формы напряжения и тока сохраняли синусоидальность, что свидетельствует о синхронной и устойчивой работе системы. Разработанная упрощённая модель доказала свою эффективность для динамического анализа, настройки MPPT и использования на ранних стадиях проектирования крупных ветроэнергетических систем.