Электронный измеритель мощности воздушных потоков для ветроэнергетических установок и систем

Электронный измеритель мощности воздушных потоков для ветроэнергетических установок и систем

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

ЭЛЕКТРОННЫЙ ИЗМЕРИТЕЛЬ МОШНОСТИ ВОЗДУШНЫХ ПОТОКОВ ДЛЯ ВЕТРОЭНЕРГЕТИЧЕСКИХ УСТАНОВОК И СИСТЕМ, содержащий блок измерения скорости и связанный с его выходом нелиней7 )S(SfDfl} UB(J. вп ный блок возведения сигнала скорости в куб, отличаюшийс я тем, что, с целью повышения точности измерения мощности воздушных масс при изменяющихся температуре и давлении окружакяцей среды, в него введены блок умножения, блок сравнения , датчик температуры, блок запрета, блок деления и датчик давления , который через блок сравнения связан с блоком запрета, подключенным к блоку деления, при этом первый вход блока умножения подключен к выходу блока деления, второй входк выходу блока возведения в куб, а выход блока умножения соединен с блоком регистрации, причем датчик температуры соединен с блоком зап (Л рета.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИН (19) (И) 4 (51) G 01 L 5/00

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К ABTQPCHOMV СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫ ПФ (21) 3633782/24-10 (22) 11. 08.83 (46) 30. 01. 85. Бюл. Р 4 (72) И. Я. Тарикулиев (71) Дагестанский; филиал Государственного научно-исследовательского энергетического института им.Г.М.Кржижановского (53) 531.781(088.8) (56) 1.Патент ФРГ Р 2935524, кл.G Ol Ь 5/00, 1979.

2.Патент Японии )) 55-24300, кл.Н ()2 р 9/14, 1975 (прототип). (54)(57) ЭЛЕКТРОННЫЙ ИЗМЕРИТЕЛЬ МОЩНОСТИ ВОЗДУШНЫХ ПОТОКОВ ДЛЯ ВЕТРО—

ЭНЕРГЕТИЧЕСКИХ УСТАНОВОК И СИСТЕМ, содержащий блок измерения скорости и связанный с его выходом нелинейz (s s) ный блок возведения сигнала скорости в куб, отличающийся тем, что, с целью повышения точности измерения мощности воздушных масс при изменяющихся температуре и давлении окружающей среды, в него введены блок умножения, блок сравнения, датчик температуры, блок запрета, блок деления и датчик давления, который через блок сравнения связан с блоком запрета, подключенным к блоку деления, при этом первый вход блока умножения подключен к выходу блока деления, второй входк выходу блока возведения в куб, а выхоц блока умножения соединен с блоком регистрации, причем датчик температуры соединен с блоком запрета.

1137355

Изобретение относится к техническим средствам измерения энергетических характеристик ветра., в частности мощности его потоков и .мОжет быть исполЬЗовано для управления и регулирования ветроэнергетических установок и систем или отдельных их силовых элементов (ветродвигателя, электрического генератора и др;).

Известно устройство, используемое н нетроэнергетических расчетах для определения места размещения ветроустановок по данным измерения скорости ветра, содержащее ветроприемник (или датчик скорости ветра) измерительно-регистрационный. блок с бесконтактным чувствительным элементом, числовой вычислительный блок, который может быть заменен микрокомпьютером и преобразователь (1 3.

Недостатками данного устройства являются. существенная погрешность определения энергии ветровых потоков из-за отсутствия н нем каналов измерительной информации температуры и давления, а. также относительная сложность, вызванная использованием числового вычислительного устройства или микрокомпьютера.

Наиболее близким к предлагаемому является устройство, используемое для автоматического регулирования нетрогенераторной системы, состоящей из ветродвигателя, генератора переменного тока, выпрямителя и самого устройства автоматического измерения сигнала, пропорционального мощности ветрового потока, которое содержит датчик скорости ветрового потока и связанный с ним блок выработки сигнала, пропорционального кубу скорости ветра, выход которого подключен к регулятору возбуждения генератора переменного тока ветроэнергетической установки (2.) .

Однако известное устройство не обеспечивает эффективного автоматического управления ветроэнергетической установкой н режимах переменных температуры и давления воздушных масс.

Цель изобретения — повышение точности измерения мощности воздушных масс при изменяющихся температуре и давлении окружающей среды.

Указанная цель достигается тем, что в электронный измеритель мощности воздушных потоков для ветроэнергетических установок и систем, содержащий блок измерения скорости ветра и связанный с его выходом нелинейный блок .возведения сигнала скорости в куб, нведены блок умножения блок сравнения, датчик темпера туры, блок запрета, блок давления и

65 датчик давления, который через блок сраннения связан с блоком запрета, подключенным к блоку данления, при этом первый вход блока умножения подключен к выходу блока деления, вто5 рой вход — к выходу блока возведения в куб, а выход блока умножения соединен с блоком регистрации, причем датчик температуры соединен с блоком запрета.

На фиг. 1 представлено предлагаемое устройство; на фиг.2 — блок-схема измерителя мощности воздушных потоков; на фиг.3 — расчетные зависимости плотности воздушных масс от их температуры при различных давлениях.

Устройство содержит датчик 1 давления воздушных масс, выходной аналоговый сигнал которого пропорционален измеряемому -му среднему давлению н данный момент времени

D, датчик 2 температуры воздушных масс, выходной аналоговый сигнал которого пропорционален измеряемой

i-й средней температуре в данный момент времени Т =273 + t. С, датчик

3 скорости воздушных потоков, выходной аналоговый сигнал которого пропорционален средней скорости V8 блок 4 сравнения, состоящий из и уль-органов, на один из входов

1 аждого из которых подаются аналоговые сигналы-уставки DР,,пропорциональные расчетным диапазойным давлениям

0 + Р, а на другие, имеющие общую

1 а точку, — непрерывный выходной сигнал датчика давления, пропорциональный текущему, значению давления воздушных масс 0, блок 5 запрета, состоящий из и элементов НЕТ, на

40 логические входы. которых подаются выходные дискретные сигналы х от блока 4, а на аналоговые входы— через общую точку непрерывные сигналы от датчика, температуры, пропорциональные Т, нелинейный блок

6 возведения входной величины (скорости) в куб, блок 7 деления, состоящий из и нелинейных элементов, выполняющих операцию деления, преоб5О Разующих входные сигналы Т при ,соответствующих фиксированйых давлениях в аналоговый сигнал, пропорциональный текущему значению массовой плотности воздушных потоков у блок 8 произведения, параллельное выходное общее сопротивление 9 нелинейных элементов блока 7 и выходной измерительный или регистрирукщий прибор 10.

Режим работы каждого из нуль60 органов 4.1 — 4.п блока 4 подчиняется следующему алгоритму:

1137355 где U(1) е — выходной сигнал датчика давления;

U (D„j — сигнал-установка и-го ч нуль-органа блока сравнения °

Режим работы каждого из и логичес- 5 ких элементов НЕТ 5.1-5.п блока 5 подчиняется следукицей логической функции: и„,„,(т,)=и,„,(Г,) Л x„=Us (s) x„=o) 10 выход(в)»5()Лх О и

«35

50 гдеv (T },v (т )-входной и выходной ехв s выем в аналоговые сигналы блока 5;

-логическое отрицание дискретного сигнала .и„ на запрещакицем входе п-го элемента НЕТ; 20

h — знак логического произведения.

Нелинейный блок 6 аппроксимирует кубическую функцию, и нелинейных элементов блока 7 деления — функцию 25 е (в) 7в в где %, „ — фиксированный коэффициент преобразования rl-го. нелинейного элемента деления, зависящий для каж- З0 ,дого элемента от расчетного диапазона давления D, выходной сигнал которого пропорционален плотности воздушных масс. Выходной сигнал блока 8 пропорционален мощности воздушных потоков. На общем выход ном сопротивлении 9 блока 7 генерируется аналоговый сигнал, пропорциональный массовой плотности воз душных потоков. На фиг. 3 а приведе- 40 ны расчетные зависимости плотности воздушных масс Р от их температуры

Т для различных фиксированных зна8 чений давлений D„ -Р„; на фиг.ЗГнелинейные элементы 7 ° 1 — 7.п, в 45 которых с помощью ячеек аппроксимируются нелинейные зависимости у f (T ), показанные на фиг.За.

Устройство работает следующим образом.

-Допустим, что оно установлено совместно с ветроэнергетической установкой (ВЭУ) в районе, где в рассматриваемый момент времени воздушные потоки, воздействующие на рабочие ветроприемные органы ВЭУ имеют давление D у 0 =740 мм рт ст., температуру Т = Т,+1"С = 273 - 5 C =268 K и скорость V 10 м/с (см.фиг.2 и 3).

Тогда на выходе датчика 1 давления генерируется аналоговый сигнал 60

UÄ(3 )=U(9 ), пропорциональный фактическому в данный момент времени давлению Э 740 мм рт.ст., который будет передан на один из входов нуль-органов 4.1-4.п блока 4 срав- 65 нения, имеющих общую точку. На других входах нуль-органов постоянно дежурят сигналы-установки, пропорциональные расчетным диапазонным давлениям ц„ (П„)-0„ (2 ) . Так как диапазонные давления подчиняются неравенству D„ i Dzc...c Р„, то очевидно, что опорные напряжения нульорганов также будут соответствовать неравенству („) () (Dz)(...c u (ц ) ч

Тогда для рассматриваемого метеорологического режима ветровых потоков значения дискретных выходных сигналов нуль-органов (4.1-4.п)

Х„ — Х„ с учетом их программного алгоритма будут отвечать следующей системе зависимостей"

U (1)<) U„(9„) х

U,(2 )=U (D )-x =0, 0„(Э )(0 (2„) 1, (4) т.е. на выходах всех нуль-органов блока 4 сравнения, кроме 4.2, будут генерироваться запрещающие дискрет-ные сигналы, поступающие на логические входы элементов НЕТ (5.1-5.n) блока 5 запрета. Одновременно с этим на аналогичные входы всех элементов

НЕТ подается непрерывный выходной сигнал, пропорциональный отмеченному выше текущему значению температуры воздушных потоков от датчика температуры, т.е. 0 (Т )= 0 (268 К) .

В любой момент временй входные сигналы всех элементов HET 5.1-5.п равны выходному непрерывному сигналу датчика 2 температуры, т. е U»5 )=V2(е))

Но так как работа элементов ЙЕТ-подчиняется логической функции, соответствующей системе (5), а для рассматриваемого случая дискретные сигналы X„ — Х„ на запрещающих входах элементов HET отвечают системе (7), то работа блока запрета 5 будет соответствовать следующей системе логических функций: (живых.5.1 ТВ И.и (268 К)) Х =0 Х = 1 ()вых. 5. 2 Тв =Бл (268 K) Х2= U (268К) . - -Х,= 0; (5)

Ф вых.5.п,(Т ) = 0 (268 К) Х„=О- Х„1

Так как входные сигналы нелинейных элементов 7.1-7.п блока 7 давления всегда равны выходным сигналам элементов НЕТ, т. е.U „,(T +, (т ), то из системы (8) следует, что на входах всех нелинейных элементов, кроме элемента 7 ° 2, непрерывный аналоговый сигнал будет запрещен и будет равен нулю. В этом случае блок 5 запрета позволяет обеспечить преобразование сигнала, пропорционального контролируемой величине температуры U . (268 К), только тому,нелинейному элементу блока 7 деления, в кото1137355

10 ром аппроксимирована нелинейная

Функция у =f(Т ), соответствующая фактическому для рассматриваемого времени давлению воздушных масс

0 = 740 мм рт.ст. т.е. элементу

7.2. Тогда при преобразовании этим элементом входного сигнала

02(т )» % Т = U (268 K) (фиг.3) на егО вйходе будет генерироваться аналоговый сигнал о„(р )=u (k —, j=à (), (al пропорциональный массовой плотности воздушных масс, что равно около

1,305 кг/м, соответствующей температуре Tö â€ â€ К и давлению О,ь740 мм 15 рт.ст. Этот сигнал обеспечит определенный, соответствующий действительной, плотности gs 1,305 кг/м, электрический потенциал на выходном сопРотивлении 9 U (рз(7)- - U> (0,6525), который будет передаваться на один из входов блока 8 произведения. Одновременно с этим наряду.с измерением и преобразованием непрерывной информации по трактам давления и температуры (для получения достоверной информации о действительной плотности-воздушных масс) по измерительному тракту скорости ветро.вых потоков осуществляется соответствующие преобразовательные процессы над измерительной информацией, адекватной этому параметру. Поэтому на выходе .датчика 3 скорости ветра будет генерироваться сигнал, со-. ответствующий действительной величи- З5 не скорости (т.е. 10 м/с), который подается на вход нелинейного блока, т.е. (ф ) () вы (10) =Пвх ь (7)

Блой 6 нелинейности, осуществляющий непрерывное преобразование вход(ной величины по кубической зависимости, будет в этом случае генерировать на своем выходе аналоговый сигнал U6(Y+)= 0(,(10 ) который бу6. I ь дет передаваться на другой вход блока 8. В результате перемножения входных аналоговых сигналов 09(р 2) и Оь (Ч ) на выходе блока 8 призведения .будет получен аналоговый сигнал, пропорциональный действительной величине мощности воздушного потока, ц,(р, )=а (и,(ч, )о,(„,)), (а) т.е. в рассматриваемом режиме воздушных потоков

9(вп} 8j 6((0 )09(0,6 76Ц=% 0(6Г26т/м2) (>)

Электронный измеритель мощности потоков для ветроэнергетических установок и систем позволяет существенно скомпенсировать погрешности определения и измерения мощности воздушных потоков, вызываемые в реальных условиях ветровых режимрв изменениями температуры (в пределах + 40 С и более) и давления (в пределах 700-800 мм рт.ст. и более).

1 l 373 .>5 и >3735

Я, rrr/м

Составитель A Пашков

Техред Т. Дуби нчак

Редактор Л.Пчелинская

Хорректор М.Максимишинец

Подписное

Заказ 10513/31 Тираж 898

ВНИИПИ Государственного комитета СССР. по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д.4/5

Филиал ППП Патент, r.Óæãîðîä, ул.Проектная, 4

Tg С