Przeprowadzane pomiary miały polegać na wyznaczeniu charakterystyki mocy w funkcji prędkości obrotowej wału generatora oraz w funkcji prędkości wiejącego wiatru. Niestety w trakcie pomiarów okazało się, że prędkości wiatru zmieniają się tak szybko, że nie dało się dla jednej konkretnej jego prędkości zbadać charakterystyki generowanej mocy dla różnych prędkości wału generatora. Gdyby udało się trafić na wiatr, który wiał by w miarę stabilnie z daną prędkością, regulując obciążenie generatora zamontowanym w obudowie sterownika potencjometrem udało by się wyznaczyć charakterystykę silnika wiatrowego. Niestety sytuację pogorszył fakt, że elektrownia znajduje się pomiędzy wieloma zabudowaniami zakładu i to dodatkowo mogło wprowadzać silne zawirowania wiatru powodując dużą szybkozmienność jego prędkości.

Rys. 38 Widok stanowiska pomiarowego podczas pracy.

Prowadzono więc pomiary wartości chwilowych, starając się potencjometrem w danej chwili znaleźć tylko wartość wypełnienia, dla którego moc w tej chwili jest największa. Wiatr zmieniał się tak szybko, że zapisanie wartości mocy dla każdego z położeń potencjometru było niemożliwe. Jednak informacja o optymalnym wypełnieniu dla danego wiatru była wystarczająca dla zbudowania sterownika, który automatycznie sterował by obciążeniem elektrowni. W pomiarach wykorzystano miernik prędkości wiatru zamontowany niedaleko turbiny wiatrowej oraz mierzono napięcie międzyfazowe generatora poprzez mały transformator obniżający napięcie wraz z prostownikiem i kondensatorem filtrującym. Mierzone napięcie jest wprost proporcjonalne do prędkości obrotowej turbiny i określone eksperymentalnie wyznaczonym wzorem:

Tak więc mierząc napięcie można wyliczać prędkość obrotową wału generatora w każdym punkcie pomiarowym. Układ pomiarowy napięcia na generatorze zbudowano na bazie małego transformatora sieciowego wraz z prostownikiem i kondensatorem filtrującym:

Rys. 39 Schemat ideowy układu pomiarowego napięcia na generatorze.

W układzie pomiarowym zastosowano także dzielnik napięcia obniżający je jeszcze bardziej, sygnał ten wykorzystano do sterowania układem zabezpieczenia elektrowni przed zbyt silnymi wiatrami, pojawienie się w tym miejscu pewnego napięcia powoduje załączenie hamulca i układu zwierającego o czym wcześniej wspomniano.
Prowadzenie pomiarów zajęło dość długi okres czasu ze względu da fakt, że nie występowały wiatry o wystarczających prędkościach, co jakiś czas udawało się zmierzyć wartości dla konkretnej prędkości wiatru aż w dniu 7 października 2009r. pogoda sprawiła niespodziankę w postaci wiatrów wiejących z prędkościami dochodzącymi do 15 m/s.

Na podstawie dokonanych pomiarów ustalono, że optymalną dla tego rodzaju obciążenia będzie trzyetapowa charakterystyka obciążenia realizowana przez sterownik. Jako wartość mierzoną przez sterownik wykorzystano napięcie międzyfazowe z transformatora pomiarowego za dzielnikiem rezystorowym. Etap pierwszy dla wiatrów wiejących z maksymalną prędkością do 2,8 m/s - w tym zakresie sterownik ustawi minimalne wypełnienie na wyjściu w ogóle nie obciążając generatora i tym samym umożliwiając jego rozruch przy maksymalnie najmniejszej możliwej prędkości wiejącego wiatru.

Rys. 40 Regulator podczas pracy.


Rys. 41 Opracowana na podstawie pomiarów charakterystyka sterowania.
Gdy turbina zacznie się obracać pojawi się napięcie międzyfazowe i gdy za transformatorem i dzielnikiem osiągnie wartość 3,8V sterownik zacznie zwiększać napięcie sterujące pracą regulatora mocy. Przy zastosowaniu jako obciążenia grzałki o rezystancji 100 ohm uznano że optymalną będzie charakterystyka liniowa w tym zakresie. Gdy napięcie na wejściu sterownika osiągnie wartość 14,3 V dla wiatru wiejącego z prędkością 10 m/s na wyjściu sterownika powinniśmy już otrzymać maksymalne napięcie wysterowania równe 3,4V odpowiadające maksymalnej szerokości impulsu w układzie regulatora mocy. Cały trzeci etap sterowania będzie utrzymywał tą wartość aż do osiągnięcia napięcia krytycznego ok. 29 V co wskazywało by na fakt nie zadziałania zabezpieczeń przeciwburzowych i nadmiernego rozpędzenia zespołu wiatrowego. W takim przypadku sterownik powinien mieć możliwość załączenia np. przekaźnika który uruchomił by alarm lub wymusił zadziałanie zabezpieczeń.

Zastosowanie grzałki o rezystancji 100 ohm, która po rozgrzaniu może zwiększać nawet znacznie swoją rezystancję spowodowało, że generator pracował niedociążony zwłaszcza w wysokich punktach charakterystyki. Stosując obciążenie o mniejszej wartości można by było zapewnić lepszy odbiór energii przy odpowiednim wyznaczeniu charakterystyki dla nowej, niższej rezystancji. Wymagało by to wydłużenia pierwszego etapu sterowania pozwalając generatorowi rozpędzić się i na pewno zmieniły by się pozostałe dwa etapy bo przy napięciu sterującym mieli byśmy już moc, która znacznie przewyższała by znamionową moc generatora i tego rodzaju obciążenie bardzo szybko by go wyhamowywało i choć przez chwilę moc była by bardzo wysoka to później spadła by znacznie i konieczna by była znów faza rozpędzania.

Stosując obciążenie o bardzo małej rezystancji z odpowiednio dobraną charakterystyką sterowania można by jednocześnie wykorzystać je do wyhamowywania obrotów turbiny przy wiatrach przekraczających dopuszczalne normy przed załączeniem stycznika zwierającego. Rozwiązanie to było by bardzo korzystne ze względu na fakt łagodnego zwalniania prędkości turbiny a nie gwałtownego jak to ma miejsce w przypadku załączania obciążenia hamującego stycznikiem. Efektywne obszary charakterystyki mogły by znajdować się w granicach np. 5 - 70 % wypełnienia a pozostały obszar 70 - 100 % byłby obszarem hamowania.

Niestety ze względu na niesprzyjające warunki pogodowe i problemy techniczne związane z wymianą grzałki w niniejszej pracy nie zostaną przedstawione wyniki prac przy innych wartościach rezystancji obciążenia.

Odwiedź nas na Allegro: PaneleAllegro.pl

Komentarze

PaneleAllegro.pl darmowe panele allegro