ЗАДАЧИ КОМПЬЮТЕРНОЙ МОДЕЛИ В ПРОЦЕССЕ ПРОЕКТИРОВАНИЯ АВТОНОМНОЙ ВЕТРОЭНЕРГЕТИЧЕСКОЙ УСТАНОВКИ

Основной парадигмой современного инженерного творчества является системный подход к проектированию технических устройств. Системный подход выражается в использовании для процесса проектирования разнообразных объектов методологии системного анализа и системной инженерии [1]. Системная инженерия – это раздел инженерной науки, синтезирующий целое как совокупность взаимосвязанных деталей, и рассматривающий общую проблему с учетом изменчивости ее составных частей во всех аспектах – от социального до технологического. В состав задач системной инженерии в процессе создания систем автоматизации входят задачи декомпозиции, анализа и синтеза [2].

Задача декомпозиции означает представление системы (устройства) в виде подсистем, состоящих из более мелких элементов. Часто задачу декомпозиции рассматривают как составную часть анализа. Задача анализа состоит в нахождении различного рода свойств системы или среды, окружающей систему. Целью анализа может быть определение законов, задающих поведение системы. Задача синтеза системы противоположна задаче анализа. Необходимо по описанию закона требуемого функционирования устройства построить новую техническую систему, фактически выполняющую требуемые функции [3]. При этом должен быть предварительно определен класс элементов, из которых строится искомая система, реализующая алгоритм её функционирования.

Основным инструментом данных действий является модель проектируемого технического устройства. Моделью называется некоторый объект-заместитель, который в некоторых условиях может заменять объект – оригинал, воспроизводя интересующие нас свойства и характеристики оригинала, и имеет существенные преимущества и удобства [3]. Важнейшим качеством модели является то, что она дает упрощенный образ, отражающий не все свойства прототипа, а только те, которые существенны для исследования. Наиболее удобным видом моделей технических устройств являются их математические модели. Таким образом, основной целью работы является построение динамической математической модели автономной ветроэнергетической установки со структурной схеме, представленной на рисунке.

При проектировании автономной ветроэнергетической установки возникает ряд специфических вопросов, которые определяют технические характеристики всех её компонентов [1]. К ним можно отнести следующее.

1. Каков размеры ветровой турбины для обеспечения заданной электрической мощности при заданном диапазоне скоростей ветра в данной местности?
2. Каков оптимальный коэффициент передачи механического редуктора для заданной асинхронной машины в качестве генератора?
3. Как будет вести себя инвертор при скорости ветра, когда мощность генерируемой энергии превышает мощность нагрузки? Нужно ли вводить дополнительную управляемую нагрузку?
4. Каково качество электрической энергии у потребителя? Нужно ли ставить фильтр для уменьшения высших гармоник напряжения и тока нагрузки?

Отдельным вопросом является функционал системы управления автономной ветроэнергетической установкой, которая здесь не рассматривается.

Следовательно, основными задачами, решаемыми с помощью разрабатываемой модели ветроэнергетической установки являются:

• исследование энергетических параметров ветровой турбины и механического редуктора;
• исследования системы электроснабжения, образованной ветроэнергетической установкой с целью анализа её энергетических параметров и качества генерируемой электрической энергии;
• исследование и обоснование законов регулирования дополнительной технологической нагрузки установки.

Рисунок 1. Структура установки на базе асинхронной машины с короткозамкнутым ротором при независимом возбуждении: 1 – асинхронная машина с короткозамкнутым ротором; 2 – аккумуляторная батарея; 3 – инвертор; 4 – фильтр; 5 – повышающий трансформатор