Экспоненциальная модель кривой мощности ветровой турбины с дифференцируемыми частями на режимах включения и выключения
| العنوان: | Экспоненциальная модель кривой мощности ветровой турбины с дифференцируемыми частями на режимах включения и выключения |
|---|---|
| المؤلفون: | Vadim V. Romanuke |
| المصدر: | Наукові вісті Національного технічного університету України "Київський політехнічний інститут", Vol 0, Iss 2, Pp 33-43 (2018) Наукові вісті КПІ : міжнародний науково-технічний журнал, 2018, № 2(118) |
| بيانات النشر: | Igor Sikorsky Kyiv Polytechnic Institute, 2018. |
| سنة النشر: | 2018 |
| مصطلحات موضوعية: | скорость на режиме включения, природна гладкість, 517.18 [620.91], Turbine blade, 020209 energy, cut-in speed, 02 engineering and technology, lcsh:Chemical technology, Power law, Turbine, law.invention, Physics::Fluid Dynamics, wind turbine, вітрова турбіна, ветровая турбина, Exponential growth, law, 0202 electrical engineering, electronic engineering, information engineering, Natural smoothness, lcsh:TP1-1185, скорость на режиме выключения, lcsh:Science, естественная гладкость, exponential curve, швидкість на режимі виключення, Mathematics, Smoothness, Wind power, экспоненциальная кривая, business.industry, power curve, Mathematical analysis, експоненціальна крива, natural smoothness, General Medicine, Power (physics), Exponential function, cut-out speed, Cut-out speed, Cut-in speed, Exponential curve, кривая мощности, lcsh:Q, швидкість на режимі включення, business, Power curve, Wind turbine, крива потужності |
| الوصف: | Проблематика. Головною характеристикою вітрової турбіни є її крива потужності. Збирання даних вимірювань з потужних вітрових турбін є набагато складнішим, ніж вимірювання характеристик вітрових турбін для індивідуального/домашнього використання. Ще один значний недолік полягає у тому, що всі вітрові турбіни мають кілька подібностей у своїх кривих потужності, але у них немає формалізованого опису, який міг би допомогти у виборі кращих турбін, пристосованих до певних ділянок (без точних вимірювань в околі швидкостей режимів включення і виключення). Мета дослідження. Оскільки відчутно не вистачає математичного опису кривих потужності вітрових турбін, метою роботи є отримання моделі таких кривих. Методика реалізації. Крива потужності складається із семи частин. Фактичні криві потужності віддалено нагадують трапеції з криволінійними флангами. Через інерцію їх криволінійність гірша для тих вітрових турбін, потужність яких вища. Оскільки лопаті промислових вітрових турбін занадто масивні, їх інерція призводить до ефектів відставання, що можна було б змоделювати з використанням природної гладкості кривих потужності. Для опису цієї гладкості разом зі згаданою криволінійністю для флангів ми використовуємо дві зростаючі та дві спадаючі експоненціальні функції. Результати дослідження. Функція потужності вітрової турбіни складається з двох нульових частин, однієї частини з номінальною потужністю та чотирьох запропонованих експоненціальних частин. Частини режиму включення описуються двома зростаючими експоненціальними функціями, коефіцієнти експоненціального росту яких рівні. Частини режиму виключення описуються двома спадаючими експоненціальними функціями, коефіцієнти експоненціального спаду яких також рівні. Такі рівні коефіцієнти забезпечують сильну диференційованість кривої потужності в межах цих частин. Висновки. Експоненціальна модель призначена для загального опису кривої потужності вітрової турбіни. Маючи диференційовані частини на режимах включення і виключення, вона пропонує саме те “природне згладжування”, що відбувається в дійсності завдяки високоінерційним лопатям вітрових турбін. Така модель може використовуватися не обов’язково для підлаштування деяких експериментальних даних, але й для зразкового моделювання кривих потужності. Background. The main characteristic of a wind turbine is its power curve. Getting measurement data off powerful wind turbines is a way harder than measuring characteristics of wind turbines for individual/home use. A yet significant gap is that all wind turbines have a few similarities in their power curves but they do not have a formalized description, which could help in selecting better turbines fitting specific areas (without precise measurements in a vicinity of cut-in and cut-out speeds). Objective. As there is a straight lack of mathematical description of wind turbine power curves, the goal is to obtain a model of such curves. Methods. A power curve is of seven parts. Factual power curves remotely remind trapezia with curvilinear flanks. Because of inertia, the curvilinearity is severer for those wind turbines whose output power is greater. As blades of industrial wind turbines are too massive, their inertia makes those lag effects, that could be modeled by using natural smoothness of power curves. For describing that smoothness along with the curvilinearity, we use two increasing and two decreasing exponential functions for the flanks. Results. A wind turbine power output function consists of two zero parts, one rated-out part, and the suggested four exponential parts. The cut-in parts are described with two increasing exponential functions whose exponential growth factors are equal. The cut-out parts are described with two decreasing exponential functions whose exponential decrease factors are equal also. Such equal factors ensure strong differentiability of the power curve within those parts. Conclusions. The exponential model is for a general description of the wind turbine power curve. Having differentiable cut-in and cut-out parts, it suggests the “natural smoothing” that happens in reality due to highly-inertial wind turbine blades. The model is not necessarily to be used to fit some experimental data, but rather for patterning power curves. Проблематика. Основной характеристикой ветровой турбины является кривая мощности. Сбор данных измерений с мощных ветровых турбин является намного более сложным, чем измерение характеристик ветровых турбин для индивидуального/домашнего использования. Еще одним значительным недостатком является то, что все ветровые турбины имеют несколько сходств в своих кривых мощности, но у них нет формализованного описания, которое могло бы помочь в выборе лучших турбин, соответствующих конкретным участкам (без точных измерений в окрестности скоростей режимов включения и выключения). Цель исследования. Поскольку ощутимо не хватает математического описания кривых мощности ветровых турбин, целью работы является получение модели таких кривых. Методика реализации. Кривая мощности состоит из семи частей. Фактические кривые мощности отдаленно напоминают трапеции с криволинейными флангами. Из-за инерции их криволинейность хуже для тех ветровых турбин, мощность которых выше. Поскольку лопасти промышленных ветровых турбин слишком массивны, их инерция создает эффекты запаздывания, что могло бы быть смоделировано с использованием естественной гладкости кривых мощности. Для описания этой гладкости наряду с криволинейностью для флангов мы используем две возрастающие и две убывающие экспоненциальные функции. Результаты исследования. Функция мощности ветровой турбины состоит из двух нулевых частей, одной части с номинальной мощностью и предложенных четырех экспоненциальных частей. Части режима включения описываются двумя возрастающими экспоненциальными функциями, коэффициенты экспоненциального роста которых равны. Части режима выключения описываются двумя убывающими экспоненциальными функциями, коэффициенты экспоненциального убывания которых также равны. Такие равные коэффициенты обеспечивают сильную дифференцируемость кривой мощности в пределах этих частей. Выводы. Экспоненциальная модель предназначена для общего описания кривой мощности ветровой турбины. Имея дифференцируемые части на режимах включения и выключения, она предлагает именно то “естественное сглаживание”, которое происходит в действительности благодаря высокоинерционным лопастям ветровых турбин. Такая модель может использоваться не обязательно для подгонки некоторых экспериментальных данных, но и для образцового моделирования кривых мощности. |
| وصف الملف: | application/pdf |
| اللغة: | English |
| تدمد: | 2519-8890 1810-0546 |
| URL الوصول: | https://explore.openaire.eu/search/publication?articleId=doi_dedup___::ecb1370655bae13a7c1ebec9ff711ff8 http://bulletin.kpi.ua/article/view/121504 |
| Rights: | OPEN |
| رقم الانضمام: | edsair.doi.dedup.....ecb1370655bae13a7c1ebec9ff711ff8 |
| قاعدة البيانات: | OpenAIRE |
| تدمد: | 25198890 18100546 |
|---|