name: Автономный преобразователь энергии ветра на базе бесконтактной машины постоянного тока
keyword_list: преобразователь энергия ветра бесконтактная машина постоянный ток
abstract: В данной диссертационной работе была посвящена решению разработка ветроустановок  с повышенной энергоэффективностью (КПД)  возможностью работы при низких скоростях ветра. Диссертационная работа посвящена методам повышения энергоэффективности ветроустановки с бесконтактным генератором постоянного тока. Существует множество объектов электропотребления малой мощности, для которых строить линии электропередач затратно и технически сложно, таковыми являются, например, отдаленные автономные объекты, потребляемая мощность которых часто не превышает нескольких киловатт. 
  Решение научной задачи должно опираться на:
  1) Выполнение анализа источников (причин) энергетических потерь в системе «воздушная турбина-электрическая машина-статический преобразователь энергии»;
  2)Выполнение анализа существующих методов повышения коэффициента использования энергии ветра (КИЭВ) ветроэнергетической установки.
   3) Разработка законов управления, обеспечивающих повышение энергетической эффективности ВЭУ с бесконтактным генератором постоянного тока;
  4)Разработка системы автоматического регулирования выходной мощности ВЭУ при переменной скорости ветра. 
  5)Исследование эффективности методов повышения энергетической эффективности ветрогенератора.
  А также в диссертации получены следующие научные результаты.
  1.  Предложена математическая модель ветротурбины малой мощности, с горизонтальной осью, система управления которой отслеживает точку максимальной мощности (MPPT ‒ Maximum Power Point Tracking);
  2. Разработана система автоматического регулирования мощности нагрузки, содержащая контур регулирования частоты вращения ветроколеса, обеспечивающий стабилизацию коэффициента использования энергии ветра на максимальном уровне, и контур регулирования мощности нагрузки, обеспечивающий слежение за мощностью, извлекаемой ветротурбиной из энергии ветра; 
  3. Предложен метод определения энергетических потерь и коэффициента использования энергии ветра для ветроэнергетической установки с векторно-управляемой нагрузкой, работающей в режиме отслеживания точки максимальной мощности (MPPT), отличающийся учетом зависимости магнитных, электрических и механических потерь в системе «ветротурбина-редуктор-электрическая машина-статический преобразователь» от скорости ветра;
  4. Предложен метод векторного управления нагрузкой ветрогенератора с ослаблением поля и оптимизацией значения продольной составляющей тока статора по критерию максимизации КПД, с учетом потерь в системе «инвертор ‒ электрическая машина».
  Основные результаты диссертационной работы:
  1. Проведен обзор и анализ научно-технической литературы по существующим методам повышения КПД ВЭУ с БГПТ. Подтверждена актуальность задачи повышения энергетической эффективности преобразователей энергии ветра в общем и автономных, в частности.
  2. Рассмотрена математическая модель аэродинамики ветротурбины с горизонтальной осью. Составлена имитационная модель ВЭУ в Simulink. Применение режима отслеживания максимума мощности (MPPT) для ветрогенератора с горизонтальной осью позволяет достичь теоретического максимума коэффициента использования мощности (КИМ), равного 0.48.
  3. Найдено выражение для максимально достижимого значения коэффициента крутящего момента Ct и оптимальное значение быстроходности λopt= 8.1 (при CР = CРmax = 0.48).
  4. Разработана структура системы автоматического регулирования выходной электрической мощности БГПТ. Моделирование ВЭУ на базе БМПТ с замкнутой двухконтурной системой подчинённого регулирования мощности продемонстрировало повышение эффективности работы ВЭУ за счёт алгоритмов управления и значительное снижение колебаний выходной электрической мощности генератора. 
  5. Для метода определения энергетических потерь и КПД ВЭУ с векторно-управляемым СГПМ, получены следующие результаты:
  •	Учтена зависимость эквивалентного сопротивления потерь Rc в сердечнике синхронной машины от скорости вращения ротора, что позволяет повысить точность определения потерь мощности.
  •	С увеличением скорости ветра потери мощности ветроэнергетической установки растут, но при этом растет и ее КПД, поскольку входная мощность ветра увеличивается быстрее, чем мощность потерь генератора.
  •	Для оптимального по КПД управления ВЭУ необходимо регулирование скорости ротора при неизменной скорости ветра, что реализуемо за счет поддержания оптимального значения быстроходности с помощью метода слежения за точкой максимальной мощности (режим MPPT) и системы векторного управления электрической мощностью нагрузки.
  •	КПД генератора остается практически неизменным во всем рабочем диапазоне скоростей. С увеличением скорости ветра потери мощности ветроэнергетической установки растут, но при этом растет и ее КПД.
  •	Для рассматриваемого примера, потери в синхронном генераторе мощностью 5.6 кВт при номинальной скорости вращения ротора вдвое больше потерь в инверторе и вчетверо больше потерь в редукторе (253, 104, 45 Вт). 
  •	Для каждого значения скорости ветра, максимальный КПД ВЭУ достигается при определенном значении скорости вращения ротора. Максимальный КПД увеличивается с увеличением скорости ветра. Прирост максимального КПД при изменении скорости ветра от начальной до номинальной незначителен и для рассмотренного примера составляет 5 %.
  •	Режим MPPT дает улучшение производительности ветротурбины: КПД ветрогенератора увеличивается на 3% при скорости воздушных масс 5 м/с при использовании режима поддержания максимума мощности, а при увеличении скорости воздушных масс до 14 м/с КПД веторгенератора увеличивается на 5%.
  6. Предложен метод векторного управления СГПМ с ослаблением поля ротора. Получены зависимости КПД синхронной машины, автономного инвертора напряжения. Увеличение КПД СГПМ при использовании метода векторного управления с оптимизацией тока Id незначительно: при скорости ветра 5 м/с (416 об/мин.) КПД АИН возрастает от 90.2 % до 93%, а при скорости ветра 14 м/с (1178 об/мин) – от 97% до 97,5%. 
  7. Предложен метод оптимизации значения продольной составляющей тока статора (ОТС), с учетом потерь в системе «инвертор ‒ электрическая машина», по критерию энергетической эффективности. Получены зависимости комбинированных КПД «инвертор ‒ электрическая машина» и общего КПД ВЭУ от скорости вращения ротора ветротурбины.
  8. Проведено сравнение КПД системы «инвертор‒ электрическая машина» при классическом векторном управлении мощностью и при использовании метода оптимизации тока статора ОТС. При слабых ветрах (5 м/с) метод OTC дает прирост КПД в 4% по сравнению с традиционным методом векторного управления.
chairman_dissertation_council.name: Виктор
chairman_dissertation_council.surname: Путов
chairman_dissertation_council.patronymic: Владимирович
chairman_dissertation_council.position: профессор
chairman_dissertation_council.degree: Доктор технических наук
chairman_dissertation_council.rank: Профессор
chairman_dissertation_council.wos_research_id: 0
chairman_dissertation_council.scopus_author_id: 56070778200
chairman_dissertation_council.rinc_id: 105115
chairman_dissertation_council.territory: РОССИЯ
organization_supervisor.name: Виктор
organization_supervisor.surname: Шелудько
organization_supervisor.patronymic: Николаевич
organization_supervisor.position: ректор
organization_supervisor.territory: РОССИЯ
rubrics.code: 45.41.33
rubrics.name: Комплексный автоматизированный электропривод
oecds.code: 02.02.AC
oecds.name: AUTOMATION & CONTROL SYSTEMS
speciality_codes.name: Электротехнические комплексы и системы
speciality_codes.code: 05.09.03
supervisors.fio: Самохвалов Д.В.
supervisors.scientific_degree: Кандидат технических наук
supervisors.speciality_code: Электротехнические комплексы и системы
supervisors.responsible_type: Научный руководитель
opponents.fio: Шклярский Я.Э.
opponents.scientific_degree: Доктор технических наук
opponents.speciality_code: Электротехнические комплексы и системы
opponents.responsible_type: Оппонент
opponents.fio: Коровкин Н.В.
opponents.scientific_degree: Доктор технических наук
opponents.speciality_code: Теоретическая электротехника
opponents.responsible_type: Оппонент
protection_organization.short_name: СПбГЭТУ "ЛЭТИ"
protection_organization.name: Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Санкт-Петербургский государственный электротехнический университет “ЛЭТИ” им. В.И. Ульянова (Ленина)"
protection_organization.ogrn: 1027806875381
protection_organization.organization_type: Организация
protection_organization.okogu: Министерство науки и высшего образования Российской Федерации
protection_organization.okopf: Федеральные государственные автономные учреждения
author_organization.short_name: СПбГЭТУ "ЛЭТИ"
author_organization.name: Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Санкт-Петербургский государственный электротехнический университет “ЛЭТИ” им. В.И. Ульянова (Ленина)"
author_organization.ogrn: 1027806875381
author_organization.organization_type: Организация
author_organization.okogu: Министерство науки и высшего образования Российской Федерации
author_organization.okopf: Федеральные государственные автономные учреждения