Wyniki badań na modelu matematycznym - wnioski


W rozdziale tym przeprowadzono badania symulacyjne na modelu matematycznym, których celem było przedstawienie właściwości dynamicznych elektrowni wiatrowej dla różnych warunków wiatrowych oraz ukazanie wpływu mechanicznych kołysań mocy na generowaną turbozespołu.

W przypadku symulacji pracy elektrowni wiatrowej podczas wystąpienia podmuchów wiatru, okazało się że, odpowiedź układu dla takich warunków środowiskowych ma charakter nadążny oraz przebiega bez oscylacji. Amplituda przyrostu mocy wyjściowej turbozespołu jest ściśle związana z czasem trwania oraz amplitudą przyrostu prędkości wiatru. W celu drobiazgowej analizy wpływu podmuchów wiatru na pracę elektrowni wiatrowej należałoby, dokonać rozbudowy utworzonego modelu warunków wiatrowych, która pozwalałaby wprowadzić cykliczności występowania podmuchów. Dodatkowo można by wziąć pod uwagę stochastyczny charakter wiatru.

W kolejnych symulacjach przedstawiono to, że podczas pracy elektrowni wiatrowych pojawiają się oscylacje różnego typu. W przypadku badanej elektrowni okazało się, że największy wpływ na przebieg generowanej mocy mają oscylacje o częstotliwości 4.5Hz. Natomiast najlepiej tłumione są drgania o największej częstotliwości typu 3P. Należy zaznaczyć, że badania przeprowadzono tylko dla prędkości wiatru pozwalającej osiągnąć turbozespołowi wartość znamionową mocy. Nie przedstawiono wpływu prędkości wiatru na amplitudę drgań mocy. Jednak wypada zaznaczyć, że zwiększenie prędkości wiatru prowadzi zazwyczaj do zwiększenia tych oscylacji. Dokładna analiza wpływu wahań mocy na parametry energii elektrycznej nie jest możliwa, ponieważ wykonany model nie uwzględnia dokładnych parametrów generatora ani własności sieci energetycznej, co pozwoliłoby na przeprowadzenie analizy częstotliwościowej prądów i napięć i ocenić wpływ tych drgań na powstanie harmonicznych. Pozwala za to przeprowadzić symulacje dla różnych wartości współczynnika sztywności wirnika KWG. Wielkość ta wpływa na przenoszenie się drgań z wału turbiny na wał generatora. W przypadku zastosowania bardziej elastycznego połączenia wałów turbiny i generatora przyczyni się to do powstania oscylacji skrętnych, które spowodują wytłumienie amplitudy drgań na wale generatora. Ponieważ celem pracy dyplomowej nie jest dokładna analiza układu przeniesienia, tak więc nie przedstawiono wyników takiej symulacji. Jako że zjawisko to ma znaczący wpływ na właściwości elektrowni, należało o nim wspomnieć.

W dalszych symulacjach zdecydowano się przedstawić wpływ zmiany kierunku wiania wiatru na moc generowaną przez elektrownię wiatrową. Okazało się, że podczas takich warunków wiatrowych dochodzi do pewnych oscylacji mocy generowanej przez elektrownię wiatrową, co jest skutkiem m.in. tego, że elektrownia wiatrowa posiada dwa punkty równowagi. Pierwszy znajduje się dla dodatnich kątów natarcia wiatru Θ na koło wiatrowe natomiast drugi dla ujemnych kątów Θ. Jednocześnie równowaga układu osiągana jest dla takich wartości kątów odchylenia, które nie są symetryczne względem położenia osi wirnika Θz. Dodatkowo okazało się, że oscylacje mocy generowanej wynikające ze zmiany kierunku wiania wiatru, są ściśle związane z wartością amplitudy zmiany kierunku wiania wiatru oraz prędkością wiatru, przy której dochodzi do zmiany parametrów wiatru. Można jeszcze stwierdzić, że zależą one od punktu równowagi, w którym znajduje się elektrownia w stanie początkowym. Dalsze badania należałoby wykonać przeprowadzając symulację, w której jednocześnie dochodzi do podmuchu wiatru oraz zmiany kierunku wiania wiatru. Dodatkowo można by zanalizować, jaki wpływ za nadążaniem za zmianą kierunku wiatru ma profil steru tylnego. Jednak w takim wypadku należałoby wyznaczyć dla takiego obiektu profilowe współczynniki aerodynamiczne.

Ostatniej symulacji dokonano w celu zobrazowania działania regulatora, którego działanie opiera się na zasadach logiki rozmytej. Otrzymane wyniki pozwalają stwierdzić, że regulator ten mógłby sterować pracą siłownika a tym samym regulować wychyleniem steru tylnego. Jednak należałoby przeprowadzić pracochłonny proces strojenia regulatora, być może wprowadzając nową bazę reguł, czy też dokonać innego podziału zbiorów rozmytych. Dodatkowo można by zamiast argumentu prędkości wiatru, wprowadzić informację na temat prędkości obrotowej wirnika.