УПРАВЛЕНИЕ ГАЗОВОЗДУШНОЙ ЭНЕРГЕТИЧЕСКОЙ УСТАНОВКОЙ ПРОМЫШЛЕННОГО ПРЕДПРИЯТИЯ

V. Y. Lobov, K. V. Lobova, A. V. Dats

Аннотация


Цель работы. Обосновать вопрос эффективного использования кинетической энергии отработанных технологической установкой газовоздушных потоков для выработки электрической энергии, что позволит разработать новый алгоритм управления и создать новое программное обеспечение для управления газовоздушной энергетической установкой. Для проверки на адекватность разработанных алгоритмов управления и программного обеспечения разработать лабораторную газовоздушную энергетическую установку.

Методи исследования. Для исследования распределения газовоздушных масс в технологических установках промышленного предприятия использован метод имитационного моделирования, выполненный в программной среде SolidWorks Flow Simulation. Метод имитационного моделирования позволил разработать новый алгоритм управления и создать новое программное обеспечение с учетом основных технических требований, предъявляемых к управлению газовоздушной энергетической установкой. Для проверки работоспособности разработанных алгоритмов и программного обеспечения управления газовоздушной энергетической установкой использован метод физического моделирования, проведенного на разработанной лабораторной установке, соединенной через интерфейс USB с ЭВМ, имеет виртуальную модель SCADA системы, представленную в среде LabVIEW.

Полученные результаты. На основе моделирования газовоздушных потоков на разработанной математической модели оптимально выбранные соотношения размеров трубопровода, рационально определены расходы газовоздушной смеси, необходимой для наиболее эффективной работы газовоздушной энергетической установки, то есть в рабочей зоне газовоздушного тракта винт генератора контактирует с наиболее значительными потоками, обеспечивая максимальный эффект вращения. Полученные результаты исследования газовоздушных потоков технологических установок промышленного предприятия в программной среде SolidWorks Flow Simulation и на их основе разработаны основные технические требования, предъявляемые к управлению газовоздушной энергетической установкой. Разработан оптимальный алгоритм управления, который позволил внедрить его в схему управления газовоздушной энергетической установки с микропроцессором или специализированным микроконтроллером.

Научная новизна. Найдены новые возможности дальнейшего усовершенствования известных базовых математических моделей кинетики газовоздушных потоков и предложены варианты адаптации в области газодинамики для оценки расходов газовоздушных потоков при работе вентиляторной установки на трубопровод. Разработана структурная схема и алгоритмы управления газовоздушной энергетической установкой, в которую входят вентилятор, генератор, трубопровод и блок управления, выполненный на основе использования микроконтроллера Arduino Uno. Разработан также алгоритм подпрограммы для соединения газовоздушной энергетической установки со SCADA системой.

Практическая ценность. Предложенный способ выработки электрической энергии газовоздушной энергетической установкой с микропроцессорной системой управления, как показали расчеты, подтвержденные экспериментальными исследованиями на лабораторной установке, позволяет уменьшить до 20% количества затраченной электроэнергии технологической установкой и может быть использован в промышленных условиях. Внедрение газовоздушных энергетических установок с микропроцессорной системой и SCADA системой позволит повысить энергоэффективность работы технологических установок.


Ключевые слова


технологическая установка; газовоздушные потоки; электрическая энергия; управление; микроконтроллер; алгоритмы

Полный текст:

PDF (Українська)

Литература


World Wind Energy Association, “2014 half-year report.” [Elektronnyy resurs]. – Rezhym dostupu: http://www.wwindea.org/webimages/WWEA_half_year_report_2014.pdf. – Nazva z ekranu. – Data perehlyadu: 27.01.17.

Rodrigo, T.P., Sílvio, F.R., Edwin, W., Ricardo, S., Pavol, B., Jan, P. (2013). Operation and Power Flow Control of Multi-Terminal DC Networks for Grid Integration of Offshore Wind Farms Using Genetic Algorithms. Energies, 6, 1–26. doi:10.3390/en6010001.

Alexander, K., Bruno, U.S., Lueder, V.B. (2016). Curtailment in a Highly Renewable Power System and Its Effect on Capacity Factors. Energies, 9, 510. doi: 10.3390/en9070510.

Design and operation of power systems with large amounts of wind power [Elektronnyy resurs]. – Rezhym dostupu: www.vtt.fi/inf/pdf/technology/2016/T268. pdf. – Nazva z ekranu. – Data perehlyadu: 27.01.17.

Enerhetychna stratehiya Ukrayiny na period do 2030 roku [Elektronnyy resurs]. – Rezhym dostupu: zakon1.rada.gov.ua/signal/kr06145a.doc. – Nazva z ekranu. – Data perehlyadu: 27.12.17.

Inzhenernyy analiz v srede SolidWorks Simulation [Elektronnyy resurs]. – Rezhym dostupu: sapr.ru/article/19880. – Nazva z ekranu. – Data perehlyadu: 27.01.17.

Ivashko, O. (2012). Yak pidkoryly viter suchasni Don Kikhoty : v Mykolayiv. obl. zapratsyuvala persha promyslova vitroelektrostantsiya, Uryad. kur'yer, 2, 8.

PSS E Wind and Solar Models [Elektronnyy resurs]// UWIG/EnerNex/DOE Workshop. – Elektron. dani. – NY, 2011. – Rezhym dostupu: http://www.nyiso.com/public/webdocs/markets_operations/services/planning/Documents_and_Resources/Cofeences_and_Workshops/DOE_Wind_Turbine_Plant_Mdlg_wkshop/PSSE_Wind_Solar_Models_Kazachkov.pdf. – Nazva z ekranu. – Data perehlyadu: 07.12.17.

Matskevych, P. (2011). Vykorystannya enerhiyi vitru. EKOinform. 5, 36-38.

Kuzo, I. V., Korendiy V. M. (2010). Obhruntuvannya rozvytku vitroenenerhetychnykh ustanovok maloyi ta nadmaloyi potuzhnosti, Visn. Nats. un-tu "Lviv. politekhnika". Optymizatsiya vyrobnychykh protsesiv i tekhnichnyy kontrol v mashynobuduvanni ta pryladobuduvanni, Lviv, 679, 61-67.

Petrenko, N. (2013). Vetroheneratory maloy moshchnosty. Radyoamator, 7, 40-43.

Sokolovskiy, YU. B., Sokolovskiy, A. YU., Limonov L. G. (2014). Povysheniye effektivnosti vetrovykh energeticheskikh ustanovok. Energosberezheniye. Energetika. Energoaudit, 9, 28-37.

The wind energy fact sheet - Office of Environment and Heritage [Elektronnyy resurs]. – Rezhym dostupu: http://www.environment.nsw.gov.au/resources/households/WindEnergyfactsheet.pdf. – Nazva z ekranu. – Data perehlyadu: 27.01.17.

Alekseyevsky P. D., Andrienko K. O., Turyshev K. O., Pankova O. O. Definition of the working area of the IPPN in the electromechanical system of the VEU with variable speed rotation, Electrical Engineering And Power Engineering, 2017, 1, 79–85. DOI: 10.15588/1607-6761-2017-1-10

Nemudryi I. Yu. Improving the efficiency of converting electricity into wind turbines with aerodynamic animation, Electrical Engineering And Power Engineering, 2014, 1, 79–86. DOI: 10.15588/1607-6761-2014-1-13

Shikhaylov, M. O., Favorskiy, YU. P. (2006). Osobennosti konstruktsiy i ispol'zovaniye vetroenergeticheskikh ustanovok maloy moshchnosti. Elektrik, 1-2, 29-31.

Makarchuk, O., Rusek, A., Shchur, I., Shchur, V. (2015). The electromagnetic transformer of mechanical energy into heat for wind turbine. Przegląd Elektrotechniczny, 91, 1, 179-182.

Wind turbine control [Elektronnyy resurs]. – Rezhym dostupu: https://www3.nd.edu/~tcorke/w.WindTurbineCourse/WindTurbineControl_Presentation.pdf. – Nazva z ekranu. – Data perehlyadu: 27.01.17.

Skrypnyk, O. I. Konoval, V. S. (2013). Matematychna model vitroheneratora typu DFIG dlya analizu stiykosti elektrychnykh system, Naukovi pratsi DonNTU. Seriya: «Elektrotekhnika i enerhetyka», 2 (15), 234-239.

Savaghebi, M., et al. (2012). Secondary Control Scheme for Voltage Unbalance Compensation in an Islanded Droop-Controlled Microgrid, Smart Grid, IEEE Transactions on, 3, 797-807.

Vandoorn, T. L., et al. (2012). Analogy Between Conventional Grid Control and Islanded Microgrid Control Based on a Global DC-Link Voltage Droop, Ieee Transactions on Power Delivery, 27, 1405-1414.

Pat. № 62126 Ukrayina, MPK (2011.01) H02J 13/00. Prystriy dlya avtomatychnoho keruvannya elektrospozhyvannyam / P. H. Plyeshkov, I. V. Savelenko, O. I. Sirikov; zayavn. Kirovohradskyy natsionalnyy tekhnichnyy universytet. - №201101588; zayavl. 11.02.2011; opubl. 10.08.2011; Byul. № 15. – 2 s.

Pat. № 109070 Ukrayina, MPK (2016.01) H02J 13/00. Prystriy dlya avtomatychnoho keruvannya elektrospozhyvannyam / V. Y. Lobov, YE. L. Yefimenko, M. P. Tykhanskyy, M. S. Chernyuk; zayavn. DVNZ «Kryvorizkyy natsionalnyy universytet». - №201600998; zayavl. 08.02.2016; opubl. 26.09.2016; Byul. № 18. – 7 s.

Pat. № 105303 Ukrayina, MPK (2016.01) F03D 1/04, F03D 9/25. Sposib otrymannya elektroenerhiyi / V. Y. Lobov, K. V. Lobova; zayavn. DVNZ «Kryvorizkyy natsionalnyy universytet». - № 201509470; zayavl. 01.10.2015; opubl. 10.03.2016, Byul. № 5. – 6 s.

Pat. № 119021 Ukrayina, MPK (2006) F03B 13/00/ Prystriy dlya avtomatychnoho keruvanya elektrospozhyvannyam tekhnolohichnoyi ustanovky / Lobov V.Y., Lobova K.V. Dats A.V.; zayavn. DVNZ «Kryvorizkyy natsionalnyy universytet». - № u201701906; zayavl. 27.02.2017; opubl. 11.09.2017, Byul. №17. – 7 s.

Boyko, E. A., Derynh, I. S., Okhorzyna, T. I. (2006). Aerodinamicheskiy raschet kotel'nykh ustanovok. Krasnoyarsk: KGTU, 71.

Lozhechnikov, V. F., Stopakevich, A. A. (1999). Struktura mnogomernoy matematicheskoy modeli dinamiki barabannogo kotla sredney moshchnosti. Optimizatsiya upravleniya, informatsionnyye sistemy i komp'yuternyye tekhnologii. Trudy Ukrainskoy akademii ekonomicheskoy kibernetiki (Yuzhnyy nauchnyy tsentr). Kiyev-Odessa: ISTS, 1, 2, 167–176.

Alyamovskiy, A. A., Sobachkin, A. A., Odintsov, Ye. V., Kharitonovich, A. I., Ponomarev N. B. (2008). SolidWorks 2007/2008. Komp'yuternoye modelirovaniye v inzhenernoy praktike. SPb. BKHV-Peterburg, 1040.


Пристатейная библиография ГОСТ


1. World Wind Energy Association, “2014 half-year report.” [Електронний ресурс]. – Режим доступу: http://www.wwindea.org/webimages/WWEA_half_year_report_2014.pdf. – Назва з екрану. – Дата перегляду: 27.01.17.

2. Rodrigo, T.P., Sílvio, F.R., Edwin, W., Ricardo, S., Pavol, B., Jan, P. (2013). Operation and Power Flow Control of Multi-Terminal DC Networks for Grid Integration of Offshore Wind Farms Using Genetic Algorithms. Energies, 6, 1–26. doi:10.3390/en6010001.

3. Alexander, K., Bruno, U.S., Lueder, V.B. (2016). Curtailment in a Highly Renewable Power System and Its Effect on Capacity Factors. Energies, 9, 510. doi: 10.3390/en9070510.

4. Design and operation of power systems with large amounts of wind power [Електронний ресурс]. – Режим доступу: www.vtt.fi/inf/pdf/technology /2016/T268.pdf. – Назва з екрану. – Дата перегляду: 27.01.17.

5. Енергетична стратегія України на період до 2030 року [Електронний ресурс]. – Режим доступу: zakon1.rada.gov.ua/signal/kr06145a.doc. – Назва з екрану. – Дата перегляду: 27.12.17.

6. Инженерный анализ в среде SolidWorks Simulation [Електронний ресурс]. – Режим доступу: sapr.ru/article/19880. – Назва з екрану. – Дата перегляду: 27.01.17.

7. Івашко О. Як підкорили вітер сучасні Дон Кіхоти : в Миколаїв. обл. запрацювала перша промислова вітроелектростанція // Уряд. кур'єр, 2012. – № 2.–С.8.

8. PSS E Wind and Solar Models [Електронний ресурс]// UWIG/EnerNex/DOE Workshop. – Електрон. дані. – NY, 2011. – Режим доступу: http://www.nyiso.com/public/webdocs/markets_operations/services/planning/Documents_and_Resources/Conferences_and_Workshops/DOE_Wind_Turbine_Plant_Mdlg_wkshop/PSSE_Wind_Solar_Models_Kazachkov.pdf. – Назва з екрану. – Дата перегляду: 07.12.17

9. Мацкевич П. Використання енергії вітру // ЕКОінформ. –2011. – № 5. – С. 36-38.

10. Кузьо І. В. Обгрунтування розвитку вітроененергетичних установок малої та надмалої потужності / І. В. Кузьо, В. М. Корендій // Вісн. Нац. ун-ту "Львів. політехніка". Оптимізація виробничих процесів і технічний контроль в машинобудуванні та приладобудуванні. – Львів, 2010. – № 679. – С. 61-67.

11. Петренко Н. Ветрогенераторы малой мощности // Радиоаматор. – 2013. – № 7. – С. 40-43.

12. Соколовский Ю. Б. Повышение эффективности ветровых энергетических установок / Ю. Б. Соколовский, А. Ю. Соколовский, Л. Г. Лимонов // Энергосбережение. Энергетика. Энергоаудит. – 2014. – № 9. – С. 28-37.

13. The wind energy fact sheet - Office of Environment and Heritage [Електронний ресурс]. – Режим доступу: http://www.environment.nsw.gov.au/resources/ households/WindEnergyfactsheet.pdf. – Назва з екрану. – Дата перегляду: 27.01.17.

14. Алексієвський Д. Г. Визначення робочої області  ІППН у складі  електромеханічної системи ВЕУ зі змінною швидкістюобертання [Текст] / Д. Г.  Алексієвський, П. Д. Андрієнко, К. О. Туришев, О.О. Панкова // Електротехніка та електроенергетика. – 2017 – №1 – С. 79 – 85. DOI: 10.15588/1607-6761-2017-1-10

15. Немудрий І. Ю. Підвищення ефективності перетворення електроенергії в вітроелектричних  установках  з аеродинамічною мультиплікацією [Текст] / І. Ю. Немудрий // Електротехніка та електроенергетика. – 2014 – №1 – С. 79 – 86. DOI: 10.15588/1607-6761-2014-1-13

16. Шихайлов М. О. Особенности конструкций и использование ветроэнергетических установок малой мощности / М. О. Шихайлов, Ю. П. Фаворский // Электрик. – 2006. – № 1-2. – С. 29-31.

17. Makarchuk O. The electromagnetic transformer of mechanical energy into heat for wind turbine / O. Makarchuk, A. Rusek, I. Shchur, V. Shchur // Przegląd Elektrotechniczny (ElectricalReview). – 2015. – R. 91, nr 1. – P. 179-182.

18. Wind turbine control [Електронний ресурс]. – Режим доступу: https://www3.nd.edu/~tcorke/ w.WindTurbineCourse/WindTurbineControl_Presentation.pdf. – Назва з екрану. – Дата перегляду: 27.01.17.

19. Скрипник О.І. Математична модель вітрогенератора типу DFIG для аналізу стійкості електричних систем / О. І. Скрипник, В.С. Коновал // Наукові праці ДонНТУ. Серія: «Електротехніка і енергетика» №2 (15)’ - 2013. – С. 234-239.

20. M. Savaghebi, et al. (2012). Secondary Control Scheme for Voltage Unbalance Compensation in an Islanded Droop-Controlled Microgrid, Smart Grid, IEEE Transactions on, vol. 3, pp. 797-807.

21.  T. L. Vandoorn, et al. (2012). Analogy Between Conventional Grid Control and Islanded Microgrid Control Based on a Global DC-Link Voltage Droop, Ieee Transactions on Power Delivery, vol. 27, pp. 1405-1414.

22. Пат. № 62126 Україна, МПК (2011.01) H02J 13/00. Пристрій для автоматичного керування електроспоживанням / П. Г. Плєшков, І. В. Савеленко, О. І. Сіріков; заявн. Кіровоградський національний технічний університет. - №201101588; заявл. 11.02.2011; опубл. 10.08.2011; Бюл. № 15. – 2 с.

23. Пат. № 109070 Україна, МПК (2016.01) H02J 13/00. Пристрій для автоматичного керування електроспоживанням / В. Й. Лобов, Є. Л. Єфіменко, М. П. Тиханський, М. С. Чернюк; заявн. ДВНЗ «Криворізький національний університет». - №201600998; заявл. 08.02.2016; опубл. 26.09.2016; Бюл. № 18. – 7 с.

24. Пат. № 105303 Україна, МПК (2016.01) F03D 1/04, F03D 9/25. Спосіб отримання електроенергії / Лобов В.Й., Лобова К.В.; заявн. ДВНЗ «Криворізький національний університет». - № 201509470; заявл. 01.10.2015; опубл. 10.03.2016, Бюл. № 5. – 6 с.

25. Пат. № 119021 Україна. МПК (2006) F03B 13/00/ Пристрій для автоматичного керування електроспоживанням технологічної установки / Лобов В.Й., Лобова К.В. Даць А.В.; заявн. ДВНЗ «Криворізький національний університет». - № u201701906; заявл. 27.02.2017; опубл. 11. 09. 2017, Бюл. №17. – 7 с.

26. Бойко Е.А. Аэродинамический расчет котельных установок / Е.А. Бойко, И.С. Деринг, Т.И. Охорзина. – Красноярск: КГТУ, 2006. – 71 с.

27. Ложечников В.Ф. Структура многомерной математической модели динамики барабанного котла средней мощности / В.Ф. Ложечников, А.А. Стопакевич // Оптимизация управления, информационные системы и компьютерные технологии / Труды Украинской академии экономической кибернетики (Южный научный центр). – Киев–Одесса: ИСЦ. - 1999. – № 1. – Ч.2. – С. 167–176.

28. Алямовский А.А. SolidWorks 2007/2008. Компьютерное моделирование в инженерной практике/ А.А. Алямовский, А.А. Собачкин, Е.В. Одинцов, А.И. Харитонович, Н.Б. Пономарев. – СПб.: БХВ-Петербург, 2008. - 1040с.





DOI: https://doi.org/10.15588/1607-6761-2017-2-9

Метрики статей

Загрузка метрик ...

Metrics powered by PLOS ALM

Ссылки

  • На текущий момент ссылки отсутствуют.


Copyright (c) 2018

Creative Commons License
Эта работа лицензирована Creative Commons Attribution 4.0 International License.

Адрес редакции журнала:
Редакция журнала «E&E», Запорожский национальный технический университет, 
ул. Жуковского, 64, г. Запорожье, 69063, Украина. 
Телефон: 0 (61) 769-82-96 – редакционно-издательский отдел
E-mail: rvv@zntu.edu.ua