Имитационное моделирование параллельной работы ветрогенерирующих установок
В.Л. Шатчилембе, В.Я. Фролов, Д.В. Иванов, Д.Ю. Ланцев, А.И. Таджибаев, А.В. Погорелов
Вестник ИГЭУ, 2025 г. выпуск 4, сс. 66—75
Скачать PDF
Состояние вопроса. В настоящее время, несмотря на бурное развитие ветроэнергетики, уделяется недостаточное внимание вопросу влияния параллельной работы ветроэнергетических установок с полупроводниковыми преобразователями на качество вырабатываемой электрической энергии. В связи с этим исследования, направленные на анализ гармонических искажений напряжения и тока в системе электроснабжения с несколькими ветровыми генераторами, приводящих к значительным дополнительным потерям электрической энергии, являются актуальными и необходимы для повышения энергоэффективности ветроэнергетических систем.
Материалы и методы. Исследование проведено с использованием имитационной модели параллельной работы сетевых ветрогенерирующих установок с трехфазным синхронным генератором с постоянными магнитами, созданной в среде Matlab/Simulink. Объектом исследования является система электроснабжения, состоящая из шести ветрогенераторов, подключенных к сети с помощью трансформаторной подстанции. Предметом исследования является энергоэффективность параллельной работы ветрогенерирующих установок ветрогенерирующей системы.
Результаты. Осуществлено моделирования трех синхронных генераторов с 4Q-преобразователями для исследования параллельной работы ветроэнергетических установок в составе ветроэнергетической системы, вводимой в сеть в режиме максимальной мощности. Установлено, что при неравных условиях работы установок, связанных с разной скоростью ветра (от 12 до 15 м/с), генерируются активные мощности, равные 1,39, 1,46 и 1,5 МВт соответственно. Суммарная генерируемая активная мощность трех генераторов на шине 690 В составляет 4,35 МВт, а реактивная мощность – 250 кВАр. Дополнительные потери активной мощности от высших гармоник составляют 10,48 % от основных потерь в элементах системы электроснабжения. Значения коэффициентов гармонических составляющих напряжения на напряжении 690 В превышают установленные нормы.
Выводы. Созданная модель является адекватной и обеспечивает достоверное моделирование режимов ветрогенерирующей системы при параллельной работе ветрогенерирующих установок с синхронными генераторами с постоянными магнитами. На основании результатов моделирования и расчета мощностей, коэффициентов высших гармоник и потерь электрической мощности доказано, что параллельная работа генераторов усиливает негативное влияние мощных нелинейных устройств на электрическую сеть.
1. Шатчилембе В.Л., Фролов В.Я., Таджибаев А.И. Имитационное моделирование режимов работы ветроэлектростанции на базе трехфазного синхронного генератора с постоянными магнитами // Электричество. – 2024. – № 8. – С. 60–69. DOI: 10.24160/0013-5380-2024-8-60-69.
2. Каталог автоматических выключателей OptiMat-A [Электронный ресурс]. – URL: https://energo5.ru/wp content/u loads/2019/01/Katalog-OptiMat-A.pdf (дата обращения: 10.04.2025).
3. Прасол Д.А. Электромагнитная совместимость в высоковольтных рудничных сетях с мощными тиристорными электроприводами постоянного тока [Электронный ресурс]: автореф. дис. ... канд. техн. наук. – Красноярск: СФУ, 2018.
4. Задорожный Я. Ветряные электростанции. Краткий обзор свойств и применений // Przegląd Elektrotechniczny. – 2012. – Т. 88, № 10а. – С. 1–6.
5. The Study of Solar and Wind Power Systems under Different Weather Conditions / A. Rama Krishna, A. Vijay Kumar, A. Gopala Krushna, et al. // E3S Web of Conferences. – 2024. – Т. 547. – 03009. DOI.org/10.1051/e3sconf/ 202454703009.
6. Ресурсы и технологии использования возобновляемых источников энергии / В.В. Елистратов, И.В. Богун, Р.С. Денисов и др. – СПб.: ПОЛИТЕХ-ПРЕСС, 2022. – 528 с.
7. Фролов В.Я., Смородинов В.В. Источники питания. – СПб.: Изд-во Политехн. ун-та, 2008. – 159 с.
8. Фролов В.Я., Сурма А.М., Васерина К.Н. Силовая полупроводниковая элементная база. Технология производства. Конструктивные решения. – СПб.: Изд-во «Лань», 2019. – 228 c.
9. Фролов В.Я., Смородинов В.В., Зверев С.Г. Силовая электроника. – СПб.: Изд-во Политехн. ун-та, 2011. – 281 с.
10. IGBT модуль МТКИ-2400-17Т [Электронный ресурс]. URL: https://www.elvpr.ru/ru/catalog/silovye-poluprovodnikovye-pribory/igbt-i-frd-moduli/igbt-moduli/igbt-modul-mtki-2400-17t/?ysclid=m6c09dyu9b957667222 (дата обращения 02.01.25).
11. Гордиевский Е.М. Разработка модели ветроэнергетической установки в программе Matlab/Simulink // Наука ЮУрГУ. – 2020. – № 7. – С. 25–32.
12. Рамадан А. Обоснование параметров систем энергоснабжения на основе ВИЭ для условий Сирии: дис. … канд. техн. наук. – СПб., 2020. – 183 с.
13. Оценка дополнительных потерь мощности от снижения качества электрической энергии в элементах системы электроснабжения / С.Ю. Долингер, А.Г. Лютаревич, В.Н. Горюнов и др. // Омский научный вестник. – 2013. – № 2. – С. 178–183.