Электронный измеритель мощности воздушных потоков для ветроэнергетических установок и систем

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХРЕСПУБЛИН (19) (И)4(51) С 01 Ь 5/00УЕЪМ ВР ПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ ТЕЛЬС ТОРСКО дарсткогоГ.М.Крж ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЬГПФ(72) И.Я.Тарикулиев (711 Дагестанскийфилиал Госу венного научно-исследовательс энергетического института им. жановского (53) 531.781(088.8) (56) 1.Патент ФРГ Р 2935524, кл.С 01 Ь 5/00, 1979,2.Патент Японии55-24300, кл.Н (12 р 9/14, 1975 (пРототип). (54)(57) ЭЛЕКТРОННЫЙ ИЗМЕРИТЕЛЬ МОШ НОСТИ ВОЗДУШНЫХ ПОТОКОВ ДЛЯ ВЕТРО - ЭНЕРГЕТИЧЕСКИХ УСТАНОВОК И СИСТЕМ, содержащий блок измерения скорости и связанный с его выходом нелинейР ( ный блок возведения сигнала скорости в куб, о т л и ч а ю щ и й с ятем, что, с целью повышения точности измерения мощности воздушных маспри изменяющихся температуре идавлении окружающей среды, в неговведены блок умножения, блок сравнения, датчик температуры, блокзапрета, блок деления и датчик давления, который через блок сравнениясвязан с блоком запрета, подключенным к блоку деления, при этом первый вход блока умножения подключенк выходу блока деления, второй входк выходу блока возведения в куб,а выхоц блока умножения соединен сблоком регистрации, причем датчиктемпературы соединен с блоком запрета.датчик давления, который через блоксраннения связан с блоком запрета,подключенным к блоку данления, приэтом первый вход блока умножения подключен к выходу блока деления, вто 5 рой вход - к выходу блока возведения н куб, а выход блока умножениясоединен с блоком регистрации, причем датчик температуры соединен сблоком запрета.(О На фиг, 1 представлено предлагаемое устройство; на фиг.2 - блок-схема измерителя мощности воздушныхпотоков 1 на фиг.3 - расчетные зависимости плотности воздушных массот их температуры при различныхдавлениях,Устройство содержит датчик 1 давления воздушных масс, выходной аналоговый сигнал которого пропорционален измеряемому -му среднемудавлению н данный момент времениР, датчик 2 температуры воздушныхмасс, выходной аналоговый сигналкоторого пропорционален измеряемой1-й средней температуре в данныймомент времени Т 8=273 + 1 фС, датчик3 скорости воздушных потоков, выходной аналоговый сигнал которого пропорционален средней скорости Чблок 4 сравнения, состоящий из иуль-органов, на один из входоваждого из которых подаются аналоговые сигналы-устанки Р, пропорциональные расчетным диапазойным давлениямР + Р , а на другие, имеющие общую1 оточку, - непрерывный выходной сигнал датчика давления, пропорциональный текущему, значению давлениявоздушных масс Р, блок 5 запрета,состоящий из и элементов НЕТ, на40 логические входы. которых подаютсявыходные дискретные сигналы х отблока 4, а на аналоговые входы -через общую точку непрерывные сигналы от датчика. температуры, пропорциональные Тн, нелинейный блок6 возведения входной величины (скорости) в куб, блок 7 деления, состоящий из и нелинейных элементов,выполняющих операцию деления, преобразующих входные сигналы Тц при,соответствующих фиксированйых давлениях н аналоговый сигнал, прапор"циональный текущему значению массовой плотности воздушных потоковблок 8 произведения, параллельноевыходное общее сопротивление 9нелинейных элементов блока 7 ивыходной измерительный или регистрирующий прибор 10.Режим работы каждого из нуль 60 органов 4,1 - 4.п блока 4 подчиняется следующему алгоритму: 65 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 3Недостатками 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, введены блок умноже" ния блок сравнения, датчик темпера"; туры, блок запрета, блок давления игде О(Ве - выходной сигнал датчикадавления;О (0 - сигнал-установка и-гочнуль-органа блока сравненияРежим работы каждого из и логичес. 5 ких элементов НЕТ 5.1-5.и блока 5 подчиняется следукицей логической функции: ц(т,)=и(т,) Л х:О (т,),:о) 10 вых Б (Тв) ех (Т ) Л х = Ох:1 50 гдеО (т ,О (т -входной и выходнойехе ввыход Ваналоговые сигналыблока 5;-логическое отрицание дискретногосигнала х на запре"щакицем входе и-гоэлемента НЕТ; 20Л - знак логического произведения.Нелинейный блок 6 аппроксимирует кубическую Функцию, и нелинейных элементов блока 7 деления - функцию 25Ь=цт )="вгде %,- Фиксированный коэФфициент преобразования и-го нелинейного элемента деления, зависящий для каж ,дого элемента от расчетного диапазона давления Р, выходной сигнал которого пропорционален плотности воздушных масс. Выходной сигнал блока 8 пропорционален мощности 35 воздушных потоков. На общем выходном сопротивлении 9 блока 7 генерируется аналоговый сигнал, пропорциональный массовой плотности воздушных потоков. На фиг. 3 а приведе ны расчетные зависимости плотности воздушных масс ) от их температуры Т для различных фиксированных зна 8чений давлений Р -Р; на фиг.ЗГ- нелинейные элементы 7.1 - 7.и, в 45 которых с помощью ячеек аппроксимируются нелинейные зависимости уЕ (Т 1), 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 Р у Р =740 мм рт ст., температуру Т= Т,+РфС = 273 - 5 С =268 К и скорость Че 10 м/с (см.фиг.2 и 3). Тогда на выходе датчика 1 давления генерируется аналоговый сигнал 60 О(Э фО,Щ, пропорциональный Фактическому в данный момент времени давлению Э 740 мм рт.ст., который будет передан на один из входов нуль-органов 4.1-4.и блока 4 срав нения, имеющих общую точку. На других входах нуль-органов постоянно дежурят сигналы-установки, пропорциональные расчетным диапазонным давлениям О (П-О (2. Так как диапазонные давления подчиняются неравенству Рс Р(с Р, то очевидно, что опорные напряжения нуль- органов также будут соответствовать неравенствуР) с О)сс О(ц) (зТогда для рассматриваемого метеорологического режима ветровых потоков значения дискретных выходных сигналов нуль-органов (4.1-4,и) Х - Х с учетом их программного алгоритма будут отвечать следующей системе зависимостей."О(Э) О(Р) х=1;О,(2 ):О (П ) =О (о(в,) о, (в)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.и 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, те. О (Т )= О (268 К), В любой момент временй входные сигналы всех элементов НЕТ 5.1-5.и равны выходному непрерывному сигналу датчика 2 температуры, т. е.Оех(е=02(те,) Но так как работа элементов ЙЕТ.подчиняется логической Функции, соответствующей системе (5), а для рассматриваемого случая дискретные сигналы Х- Х на запрещающих входах элементов НЕТ отвечают системе (7), то работа блока запрета 5 будет соответствовать следующей системе логических функций:Б 5 Т = И (268 К)Х =0 Х =11О 5 2 Тв =О (268 К) и Х = П (268 К) ф.Хи= 0; (5)вых.5.и,(Т) = 02 (268 К)Х=О-Х=1Так как входные сигналы нелинейных элементов 7.1-7,и блока 7 давления всегда равны выходным сигналам элементов НЕТ, т.е.О(=Ов (Т ,То из системы (8) следует, что на входахвсех нелинейных элементов, кроме элемента 72, непрерывный аналоговый сигнал будет запрещен и будет равен нулю. В этом случае блок 5 запрета позволяет обеспечить преобразование сигнала, пропорционального контролируемой величине температуры 01, (268 К), только тому,нелинейномуэлементу блока 7 деления, в кото 113735510 Ром аппроксимирована нелинейнаяФункция ув=1(Т), соответствующаяфактическому для рассматриваемоговремени давлению воздушных массО = 740 мм рт,ст. т.е. элементу7.2. Тогда при преобразовании этимэлементом входного сигналаО(в) ЪТв = О (268 К) (фиг.3) на еговйходе будет генерироваться аналоговый сигналц,(р,):и( - , ):аи,д , ,)пропорциональный массовой плотностивоздушных масс, что равно около1,305 кг/мэ, соответствующей температуре Тв в в К и давлению 0740 мм 15рт.ст. Этот сигнал обеспечит опре"деленный, соответствующий действительной, плотности у 1,305 кг/м,электрический потенциал .на выходномсопротивлении 9 О Оэ (0,6525),который будет передаваться на одиниз входов блока 8 произведения. Одновременно с этим наряду,с измерением и преобразованием непрерывнойинфоРмации по трактам давления итемпературы (для получения достоверной информации о действительнойплотности воздушных масс) по измерительному тракту скорости ветро".вых потоков осуществляется соответствующие преобразовательные процессынад измерительной информацией,адекватной этому параметру. Поэтомуна выходе .датчика 3 скорости ветрабудет генерироваться сигнал, со-фответствующий действительной величи- З 5не скорости (т,е. 10 м/с), который подается на вход нелинейного блока,т,е,ОВь э (Чв = О вых ( ) =Овх ь ( )Блой 6 нелинейности, осуществляющий непрерывное преобразование вход(ной величины по кубической зависимости, будет в этом случае генерировать на своем выходе аналоговыйсигнал ОьУэ)= О (10), который бу 6, в ьдет передаваться на другой входблока 8. В результате перемножениявходных аналоговых сигналов Ов(Рвр)и Оь (Ч ) на выходе блока 8 призведения .будет получен аналоговыйсигнал, пропорциональный действительной величине мощности воздушного потока,т.е. в рассматриваемом режимевоздушных потоков8 рвп 3 (вРь (0 )О МЖЦ О(Ы 2 ат/м). (ъ)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 вС и более) и давления (в пределах 700"800 мм рт,ст. и более)..Максимишинец одписное 4 Патент, г.ужгород, ул,Проектная, 4 илиал П каэ 10513/31 ВНИИПИ Государствен по делам изобрет 113035, Москва, Ж