MODELING OF DYNAMIC AND QUASISTATIC MODES OF THE WORK OF A WIND PUMP INSTALLATION WITH CONSIDERATION OF STOCHASTIC COMPOUND WIND SPEED
The simulation models of the wind turbine and pump installation have been developed. The numerical calculations of the speed of the wind turbine and the pump are carried out taking into account the stochastic component of the wind speed in the dynamic and quasistatic operating modes. To check the re...
Saved in:
| Date: | 2018 |
|---|---|
| Main Authors: | , |
| Format: | Article |
| Language: | Ukrainian |
| Published: |
Institute of Renewable Energy National Academy of Sciences of Ukraine
2018
|
| Subjects: | |
| Online Access: | https://ve.org.ua/index.php/journal/article/view/178 |
| Tags: |
Add Tag
No Tags, Be the first to tag this record!
|
| Journal Title: | Vidnovluvana energetika |
| Download file: |  |
Institution
Vidnovluvana energetika| _version_ | 1871103201772568576 |
|---|---|
| author | Verbovij, А. Pazych, S. |
| author_facet | Verbovij, А. Pazych, S. |
| author_institution_txt_mv | [
{
"author": "А. Verbovij",
"institution": "Institute of Renewable Energy, NAS of Ukraine"
},
{
"author": "S. Pazych",
"institution": "Institute of Renewable Energy, NAS of Ukraine"
}
] |
| author_sort | Verbovij, А. |
| baseUrl_str | https://ve.org.ua/index.php/journal/oai |
| collection | OJS |
| datestamp_date | 2026-07-18T06:32:12Z |
| description | The simulation models of the wind turbine and pump installation have been developed. The numerical calculations of the speed of the wind turbine and the pump are carried out taking into account the stochastic component of the wind speed in the dynamic and quasistatic operating modes. To check the results and adequacy of the created models, a comparison was made with experimental data. When conducting analysis of calculation and experimental data, a good coincidence of the obtained results is established. The supply of a centrifugal pump at a variable speed, taking into account the moment of resistance, is calculated. |
| doi_str_mv | 10.36296/1819-8058.2018.4(55).25-33 |
| first_indexed | 2025-07-17T11:37:30Z |
| format | Article |
| fulltext |
КОМПЛЕКСНІ ЕНЕРГЕТИЧНІ СИСТЕМИ НА ОСНОВІ ВДЕ ISSN 1819-8058
Відновлювана енергетика. 2018. № 4 25
УДК 621.67.015
МОДЕЛЮВАННЯ ДИНАМІЧНИХ І КВАЗІСТАТИЧНИХ РЕЖИМІВ РОБОТИ
ВІТРОВОДОНАСОСНОЇ УСТАНОВКИ З УРАХУВАННЯМ
СТОХАСТИЧНОЇ СКЛАДОВОЇ ШВИДКОСТІ ВІТРУ
А.П. Вербовий, кандидат технічних наук, С.Т. Пазич
Інститут відновлюваної енергетики НАН України
02094 вул. Гната Хоткевича, 20А, м. Київ
Розроблені імітаційні моделі вітротурбіни і насосної установки. Проведені чисельні розрахунки швидкості вітротурбіни і
насосу з урахуванням стохастичної складової швидкості вітру в динамічних і квазістатичних режимах роботи. Для пере-
вірки отриманих результатів і адекватності створених моделей було проведено порівняння з експериментальними даними.
При проведення аналізу розрахункових і експериментальних даних, встановлено хороший збіг отриманих результатів. Розра-
хована подача відцентрового насоса при змінній швидкості з урахуванням моменту опору. Бібл. 25., рис. 7
Ключові слова: вітроводонасосна установка, модель, експеримент, швидкість, момент, подача, напір.
MODELING OF DYNAMIC AND QUASISTATIC MODES OF THE WORK
OF A WIND PUMP INSTALLATION WITH CONSIDERATION
OF STOCHASTIC COMPOUND WIND SPEED
А. Verbovij, candidate of technical sciences, S. Pazych
Institute of Renewable Energy, NAS of Ukraine
02094, 20А Hnata Khotkevycha, Kyiv, Ukraine
The simulation models of the wind turbine and pump installation have been developed. The numerical calculations of the speed of the
wind turbine and the pump are carried out taking into account the stochastic component of the wind speed in the dynamic and quasi-
static operating modes. To check the results and adequacy of the created models, a comparison was made with experimental data.
When conducting analysis of calculation and experimental data, a good coincidence of the obtained results is established. The supply
of a centrifugal pump at a variable speed, taking into account the moment of resistance, is calculated. References 25, fig. 7.
Keywords: wind turbine installation, model, experiment, speed, moment, feed, pressure.
А. Вербовий
A. Verbovij
Відомості про автора: старший науко-
вий співробітник відділу гідроенергети-
ки Інституту відновлюваної енергетики
НАНУ.
Освіта: Національний технічний універ-
ситет України «Київський політехнічний
інститут».
Спеціальність «Електропривод та авто-
матизація промислових установок».
Публікації: 126.
ORCID: 0000-0003-2838-6032
Контакти:
тел. /факс: +38 (044) 206-28-09
e-mail: hydro@ive.org.ua
Author information: senior research
fellow of Hydropower Engineering
Department, Institute of Renewable Energy
NAS of Ukraine.
Education: National Technical University
of Ukraine «Kiev Polytechnic Institute».
Specialty «Electric drive and automation of
industrial plants».
Publications: 126.
ORCID: 0000-0003-2838-6032
Contacts: +38 (044) 206-28-09
e-mail: hydro@ive.org.ua
© А.П.Вербовий, С.Т.Пазич, 2018
КОМПЛЕКСНІ ЕНЕРГЕТИЧНІ СИСТЕМИ НА ОСНОВІ ВДЕ ISSN 1819-8058
Відновлювана енергетика. 2018. № 4 26
С. Пазич
S. Pazych
Відомості про автора: аспірант, молод-
ший науковий співробітник відділу гід-
роенергетики Інституту відновлюваної
енергетики НАНУ.
Освіта: Національний технічний універ-
ситет України «Київський політехнічний
інститут». Спеціальність «Нетрадиційні
та відновлювані джерела енергії» .
Публікації: 9.
ORCID: 0000-0002-6310-9842
Контакти: тел./факс: +38-044-206-28-09,
e-mail: hydro@ive.org.ua
Information about the author:
postgraduate, junior researcher of
Hydropower Engineering Department,
Institute of Renewable Energy NAS of
Ukraine.
Education: National Technical University
of Ukraine «Kiev Polytechnic Institute».
Specialty «Non-traditional and renewable
energy sources».
Publications: 9.
ORCID: 0000-0002-6310-9842
Contacts: +38-044-206-28-09,
e-mail: hydro@ive.org.ua
Перелік умовних позначень:
ВНУ – вітроводонасосна установка; λ – кут повороту лопаті;
ВТ – вітротурбіна; вv – швидкість вітру;
J – момент інерції; ВТn – швидкість вітротурбіни;
ω – кутова швидкість; Q – подача насоса;
ВТM – момент вітротурбіни; H – напір насоса;
pC – коефіцієнта потужності; оM – момент опору насоса.
R – радіус лопатей;
Вступ. Основним напрямком вдосконалення
сучасного вітро- та гідроенергетичного облад-
нання є підвищення техніко-економічних показ-
ників при забезпеченні високої надійності і ефек-
тивності експлуатації таких систем [1]. Для ви-
рішення таких задач чимале значення мають
проблеми, пов’язані з протіканням перехідних
процесів, під час яких виникають найбільші ди-
намічні навантаження, які впливають на окремі
елементи обладнання та напірні водопроводи.
Впровадження в практику більш досконалих ме-
тодів розрахунку і проектування, заснованих на
максимально повному врахуванні реальних па-
раметрів всієї вітро- та гідромеханічної системи,
дозволяє отримати розрахункові технічні харак-
теристики і параметри створюваного об’єкта при
необхідних навантаженнях і передбачуваних
умовах експлуатації. Перехідні процеси, які про-
тікають в вітроводонасосній установці (ВНУ), є
найбільш небезпечними, оскільки вони супрово-
джуються максимальними динамічними наван-
таженнями на устаткування всієї системи.
Для дослідження динамічних і квазістатич-
них режимів ВНУ застосовується комплексна
імітаційна модель. С точки зору, практичного
використання доцільно реалізувати модель ВНУ
в сучасних математичних програмних пакетах.
При цьому значно скорочуються витрати на про-
ведення безпосереднього експерименту, тому що
параметри моделі уточнюються ще в ході
комп’ютерного моделювання. У більшості випа-
дків сучасні засоби моделювання дозволяють за-
безпечити високий рівень адекватності моделі.
Одним з таких засобів, завдяки своїм функціона-
льним і інтерфейсним можливостям, одним з
найбільш широко використовуваних для прове-
дення різного роду розрахунків та досліджень
(моделюванні і аналізі різноманітних динамічних
систем), є математичний пакет MATLAB [2, 3, 4].
При цьому важливими складовими частинами
комплексної моделі є: стохастична модель вітру;
модель вітротурбіни (ВТ); модель системи пере-
качування рідини [5]. Структурна схема моделі
вітроводонасосної установки зображена на рис. 1.
КОМПЛЕКСНІ ЕНЕРГЕТИЧНІ СИСТЕМИ НА ОСНОВІ ВДЕ ISSN 1819-8058
Відновлювана енергетика. 2018. № 4 27
Рис. 1. Структурна схема вітроводонасосної установки.
Fig. 1. Block diagram of a wind pump installation.
З першого блоку виходить сигнал стохастич-
ної (динамічної) складової швидкості вітру [6, 7],
реалізація і моделювання якого детально описана
в [8]. Він надходить на другий блок, який моде-
лює ВТ. Сигнал швидкості ВТ далі надходить на
модель насосу.
Модель вітротурбіни для динамічних і стати-
чних режимів роботи представлена на рис. 2. За
основу взята модель вітротурбіни Wind Turbine
підрозділу SimPowerSystem.
Рис. 2. Імітаційна модель вітротурбіни.
Fig. 2. A simulation model of the wind turbine.
В процесі моделювання ВТ використовується
динамічне рівняння руху, на основі якого буду-
ється модель ВТ.
[ ] cонВТ MMttvM
dt
d
J −−= λωω
),(),( , (1)
де J – момент інерції ВТ; )(tω – кутова швид-
кість ВТ; ВТM – момент ВТ; )(tv – швидкість
вітру; λ – кут повороту лопаті ВТ; онM – мо-
мент опору насосної установки; cM – момент
опору сил тертя і додаткових втрат в редукторі.
За допомогою стандартних блоків Simulink
моделюємо рівняння моменту ВТ, а також всі
моменти опору
[ ]
Z
C
tvRttvM
p
ВТ
23
)(5,0),(),( ρπλω = , (2)
де R – радіус ВТ; ρ – густина повітря; pC – кое-
фіцієнт потужності; )(/)( tvRtZ ⋅= ω – швидко-
хідність ВТ.
Для розрахунку коефіцієнта потужності pC
використовуємо рівняння, яке наведене в [9]
КОМПЛЕКСНІ ЕНЕРГЕТИЧНІ СИСТЕМИ НА ОСНОВІ ВДЕ ISSN 1819-8058
Відновлювана енергетика. 2018. № 4 28
ZCeCC
C
CC
C
p 643
2
1
5
)( +−−=
−
βλ
β
, (3)
де 73.01 =C ; 1162 =C ; 4.03 =C ; 54 =C ;
215 =C ; 0068.06 =C – емпірично визначені
коефіцієнти.
В формулу (3) входить коефіцієнт β, який
находимо за таким виразом (4)
1
035,0
08,0
1
1
3 +
−
+
=
λλ
β
Z
. (4)
Величини моменту інерції – J; радіусу лопа-
тей – R; густини повітря – ρ; кут повороту лопаті
– λ визначаються попередньо, або беруться з
каталожних даних.
Відмінною особливістю роботи ВТ є її робо-
та в умовах безперервної пульсації швидкості
вітру, це обумовлює значну нерівномірність ви-
роблення механічної енергії протягом часу. Ві-
домо, що вироблена потужність ВТ пропорційна
кубу швидкості вітру. Так як швидкість вітру
змінюється стохастично, то відповідно змінюєть-
ся потужність і момент на валу ВТ. В результаті
змінюється частота обертання ВТ [10]. Миттєве
значення швидкості вітру істотно впливає як на
саму ВТ, так і на роботу систем автоматичного
регулювання, управління режимами роботи агре-
гатів [11, 12].
Графічне зображення експериментальних за-
лежностей [13] швидкості ВТ в процесі пуску і
дійсного значення вітру в залежності від часу
показано на рис. 3. На рис. 4 зображені експери-
ментальні залежності тих самих величин в квазі-
статичному режимі [14]. Осцилограми розгону
ВТ було отримано за таких параметрів: радіус
вітроколеса 5,7=R м; кут повороту лопаті
°= 6λ ; момент інерції 9000=J
2мкг ⋅ ; середня
швидкість вітру 8,6=вv cм / . Для отримання
експериментальних залежностей застосовувалася
ВТ з горизонтальною віссю обертання і мала
шість лопатей.
Рис. 3. Експериментальні залежності швидкості вітру і ВТ в процесі пуску.
Fig. 3. Experimental dependencies of wind speed and of the wind turbine during a start-up.
КОМПЛЕКСНІ ЕНЕРГЕТИЧНІ СИСТЕМИ НА ОСНОВІ ВДЕ ISSN 1819-8058
Відновлювана енергетика. 2018. № 4 29
Рис. 4. Експериментальні залежності швидкості вітру і ВТ в квазістатичному режимі.
Fig. 4. Experimental dependencies of wind speed and of the wind turbine in quasistatic mode.
Для моделювання процесу пуску ВТ з ураху-
ванням стохастичної складової швидкості вітру
використаємо такі припущення: не враховується
момент тертя в механічних елементах ВТ і реду-
ктора; кут повороту лопаті приймаємо постійним.
В формулу для розрахунку коефіцієнта потужно-
сті Ср входять коефіцієнти С1...С6, які визначені
для ВТ з трьома лопатями. Оскільки трилопатеві
і шестилопатеві ВТ, з урахуванням специфікації
профілю лопаті, мають подібні аеромеханічні
характеристики – похибка в моделюванні ВТ бу-
де незначна, і її вплив на розрахункові характе-
ристики буде мінімальний.
На рис. 5 зображені характеристики швидко-
сті вітру і ВТ в процесі пуску та в квазістаціона-
рному режимі під час їх моделюванні за допомо-
гою інтерактивного інструменту Simulink, який
входить до прикладного пакету МATLAB.
Рис. 5. Розрахункові залежності швидкості вітру і ВТ.
Fig. 5. Calculated dependencies of wind speed and wind turbine.
Порівняння отриманої розрахункової залеж-
ності швидкості ВТ )(tnВТ з експериментальною
показує хороший збіг результатів. У початковий
момент часу пуску ВТ експериментальна залеж-
ність практично не відрізняється від розрахунко-
вої. Розгін до квазістаціонарного режиму завер-
шується на 45 с під час моделювання і на 60 с – в
результаті проведення експерименту. Амплітуди
коливань розрахованої швидкості ВТ на 7–11%
вищі від експериментальних. Деяка відмінність
викликана відхиленням швидкості вітру, отрима-
ної за допомогою математичного моделювання
від фактичної швидкості вітру в процесі прове-
дення експерименту, та характеризується нехту-
КОМПЛЕКСНІ ЕНЕРГЕТИЧНІ СИСТЕМИ НА ОСНОВІ ВДЕ ISSN 1819-8058
Відновлювана енергетика. 2018. № 4 30
ванням моменту тертя в механічних частинах ВТ
при моделюванні. Незважаючи на деякі відміннос-
ті в процесі моделювання швидкості обертання ва-
лу ВТ, запропонована модель ВТ відповідає сучас-
ним вимогам до розрахункових методів і методик.
Модель системи перекачування рідини на
основі відцентрового насосу. За допомогою ін-
терактивних пакетів SimHydraulics /Simscape та
Simulink програмного комплексу MATLAB було
розроблено модель системи перекачування ріди-
ни, яка показана на рис. 6.
До складу моделі входить блок Centrifugal
Pump – відцентровий насос. Основними парамет-
рами для цього блоку є робочий об’єм насоса,
об’ємний і повний коефіцієнти корисної дії, но-
мінальний тиск і кутова швидкість приводного
валу насоса. Всі ці параметри наводяться в довід-
ковій літературі або каталогах виробників [15,
16]. У вікні блоку Centrifugal Pump необхідно
задати один з методів параметризації (за апрок-
симуючим многочленом, за Q-H характеристи-
кою, або за Q-H характеристикою в залежності
від швидкості обертання насосу). Також необхід-
но навести щільність рідини, кутову швидкість,
вектор подачі насосу, вектор перепаду тиску та
вектор гальмівної потужності [17, 18, 19].
Рис. 6. Модель системи перекачування рідини на основі відцентрового насосу.
Fig. 6. Model of fluid transfer system based on a centrifugal pump.
Для моделювання системи перекачування рі-
дини і блоку Centrifugal Pump візьмемо парамет-
ри і характеристики серійного відцентрового на-
сосу СМ 200-150-400б-4 [20]. Номінальні дані:
подача nQ – 300 м³/год, напір nH – 32 м і кавіта-
ційний запас – 7 м. Залежності потужності і кое-
фіцієнта корисної дії (ККД) від подачі наведені в
[21]. Номінальні оберти насосу приймаємо, як і у
асинхронного двигуна, яким він може бути уко-
мплектований 1476=nn об/хв. Моделювання
системи перекачування рідини будемо здійсню-
вати на прикладі спорудження вітроводонасосної
установки на о. Зміїний. Найбільша висота на
острові складає 41 м, середня 20 м. З урахуван-
ням висоти резервуару, що складає 12 м, напір,
що його розвиває насос, повинен складати не ме-
нше 32=нH м.
Момент опору насоса знаходиться з виразу
k
нпcнон nnMM )/(= , (5)
де )/()( ηωнннcн HQM = – номінальний момент
опору; пn і нn – поточна і номінальна швидкості
обертання. Для визначення показника ступеня k
в формулі (5) необхідно визначитися з парамет-
рами робочого режиму насосної установки [22,
23, 24]. В цьому випадку вони дорівнюють:
3501 =Q м
3
/ч, 1502 =Q м
3
/ч – подача; 66,0=nη –
ККД; 381 =H м і 302 =H м – напір; 32=стH м
– статичний напір; напір 390 =H м при 00 =Q ;
1020=ρ кг/дм
3
– щільність рідини (води). З ура-
хуванням параметрів робочого режиму формула
для показника ступеня k має вигляд
КОМПЛЕКСНІ ЕНЕРГЕТИЧНІ СИСТЕМИ НА ОСНОВІ ВДЕ ISSN 1819-8058
Відновлювана енергетика. 2018. № 4 31
521
22
11
,
log
HQ
HQ
log
k
min
н
=−
⋅
⋅
=
ω
ω
, (6)
де нω – номінальна кутова швидкість обертання
на валу насоса; minω – мінімальна швидкість обе-
ртання, яку з урахуванням перетворень беремо з
графіка )(tnВТ рис. 5.
Подачу насоса при змінній швидкості на валу
ВТ знаходимо за формулою [25]
CR
H
n
n
H
)n(Q
ст
н
п
+
−
=
2
0
, (7)
де R – коефіцієнт опору мережі, значення якого
беруться з довідників, або розраховуються окре-
мо; C – коефіцієнт, який знайдемо за виразом за
номінальними даними насоса:
2
0
Н
н
Q
HH
C
−= , (8)
Формула (7) справедлива для випадку, коли шви-
дкість minп nn ≥ , тобто в робочих межах зміни
швидкості, і при статичному напорі не рівному
нулю.
Рівняння опору насоса, з урахуванням показ-
ника ступеня k вносимо в модель ВТ при розра-
хунку рівняння руху. Формулу подачі при змін-
ній швидкості додаємо в модель системи перека-
чування рідини і проводимо розрахунки. Резуль-
тати розрахунку, які зображені на рис. 7, дозво-
ляють оцінити подачу насоса в квазістатичному
режимі при змінних обертах.
Рис. 7. Розрахункова залежність подачі насосу.
Fig. 7. Estimated dependence of pump.
В початковий момент пуску в зоні дуже ма-
лої швидкості подача насосу відсутня. При
81 об/хв на валу ВТ насос починає працювати. У
разі подальшого збільшення швидкості ВТ, пода-
ча насоса зростає і досягає максимальних зна-
чень, коли швидкість ВТ перевищує номінальну.
Під час роботи насоса на швидкості, близькій до
номінальної, спостерігається процес, коли подача
коливається в деяких межах, тобто вона не по-
стійна. Такі коливання можуть впливати на час
наповнення резервуара. Для резервуарів не вели-
кого об’єму коливання подачі насосу не суттєво
впливатимуть на час наповнення.
Висновки. Розроблена модель вітроводона-
сосної установки достовірно описує механічні
процеси перетворення енергії і дозволяє дослі-
джувати динамічні і квазістатичні режими роботи
системи, з урахуванням стохастичної складової
швидкості вітру. Модель може бути корисна для
проектування вітроводонасосних установок, які
КОМПЛЕКСНІ ЕНЕРГЕТИЧНІ СИСТЕМИ НА ОСНОВІ ВДЕ ISSN 1819-8058
Відновлювана енергетика. 2018. № 4 32
тільки створюються, або для модернізації тих, які
вже існують. Порівняння розрахункових і експе-
риментальних даних швидкості ВТ показало, що
різниця не перевищує 11%, і відповідає сучасним
вимогам до розрахункових моделей.
1. Мхитарян Н.М. Основные направления и стратегия
развития возобновляемой энергетики в Украине //
Відновлювана енергетика. 2005. № 1. С. 8–18.
2. Черных И.В. SIMULINK – Cреда создания инженер-
ных приложений / М., 2004. 496 с.
3. Потемкин В. Введение в MATLAB. М., 2000. 314 с.
4. Дьяконов В.П. MATLAB 6/6.1/6.5 + SIMULINK 4/5 в
математике и моделировании. М., 2003. 768 с.
5. Вербовий А.П. Модель вітроводонасосної установки
для дослідження режимів роботи гідроакумулювальних еле-
ктростанцій / Матеріали 19 міжнародної наук.-практ. конфе-
ренції «Відновлювана енергетика і енергоефективність у 21
столітті», 26–28 вересня 2018 р., Київ. С. 511–514.
6. Обухов С.Г., Плотников И.А., Сарсикеев Е.Ж. Дина-
мическая модель продольной составляющей скорости ветра.
Томск. 2013. № 5.
7. IEC 61400-1: 2005 Wind Turbines – Part 1: Design re-
quirements.
8. Васько П.Ф., Вербовий А.П., Пазич С.Т. Реалізація
стохастичної двопараметричної моделі поздовжньої складо-
вої швидкості вітру для задач вітроенергетики. Відновлюва-
на енергетика. 2017. № 3. С. 54–61.
9. Siegfried Heier. Grid Integration of Wind Energy:
Onshore and Offshore Conversion Systems, 3rd Edition Wiley &
Sons Ltd, 2014.
10. Prassad S.S., Virupaxi A. Optimized Design of a Rotor
Blade for a Wind Pump. International Journal of Renewable
Energy Research.Vol. 2, Number 4. 2012.
11. Харитонов В.П. Работа электронасосной ветроуста-
новки при порывистом ветре. Докл. 1 Всесоюз. науч.-техн.
конф. по возобновляемым источникам энергии. Вып. 2. Вет-
роэнергетика. М., 1972. С. 43–48.
12. Харитонов В.П. Автономные ветроэлектрические
установки. М., 2006. 280 с.
13. Денисенко Г.И., Васько П.Ф., Бриль А.А. Энергети-
ческая оценка возможности создания ветроэлектрических
установок мощностью 10-250 кВт на основе вертолетных
лопастей. Энергетика. 1986. № 12. С. 3–8.
14. Васько В.П., Васько П.Ф. Динамика нагрузочных
режимов работы ветроэлектрической установки, обуслов-
ленная порывами ветра. Вісник Донбаської державної ака-
демії будівництва і архітектури. Зб. наук. праць. 2001.
№ 4 (29). С. 140–144.
15. Ronak, D.G., Pramod, K. Design and Development of
Windmill Operated Water Pump. International Journal of Engi-
neering and Technical Research. 2015.
16. Swapnil D.D. Windmill Water Pumping System. Inter-
national Journal for Technological Research in Engineering. Vol.
2, Issue 7.
17. Dorothy, A. (2004).Water Pumping Windmills. Ac-
cessed on 13th August 2013.
18. Werner Sölken. (2013). Introduction to pumps - cen-
trifugal pumps. Retrieved, 2013. [Електронний ресурс] – Ре-
жим доступу:
http://www.wermac.org/equipment/pumps_centrifugal.html.
19. Дедков В.Н. Применение серийных насосов в каче-
стве гидротурбин для малой энергетики. Проблемы маши-
ностроения. 2011. Т. 14, № 4. С. 24–30.
20. Argaw, N., Foster, R., and Ellis, A. Renewable Energy
for Water Pumping Applications in Rural Villages National Re-
newable Energy Laboratory, Subcontractor Report No. 500-
30361, July 2003. pp. 20–22, 27–31.
21. Вербовий А.П. Серійні насоси у складі малих гідро-
акумулювальних електростанцій в якості гідромашин зворо-
тної дії вітроенергетики. Відновлювана енергетика. 2018.
№ 3. С. 46–53.
22. Соколов М.М. Автоматизированный электропривод
общепромышленных механизмов. М., 1976. 488 с.
23. Williams A. Pumps as turbines. A user’s guide.
Intermediate Technology Publications, London, 1995.
24. Степанов А.И. Центробежные и осевые насосы /
М., 1960. 464 с.
25. Онищенко Г.Б., Юньков М.Г. Электропривод тур-
бомеханизмов. М., 1972. 240 с.
МОДЕЛИРОВАНИЕ ДИНАМИЧЕСКИХ
И КВАЗИСТАТИЧЕСКИХ РЕЖИМОВ РАБОТЫ
ВЕТРОВОДОНАСОСНОЙ УСТАНОВКИ
С УЧЕТОМ СТОХАСТИЧЕСКОЙ СОСТАВЛЯЮЩЕЙ
СКОРОСТИ ВЕТРА
А.П. Вербовой, кандидат технических наук, С.Т. Пазыч
Институт возобновляемой энергетики НАН Украины
02094 ул. Гната Хоткевича, 20А, г. Киев
Разработанные имитационные модели ветротурбины и
насосной установки. Проведенные численные расчеты ско-
рости ветротурбины и насоса с учетом стохастической
составляющей скорости ветра в динамических и квазиста-
тических режимах работы. Для проверки полученных ре-
зультатов и адекватности созданных моделей было прове-
дено сравнение с экспериментальными данными. При прове-
дении анализа расчетных и экспериментальных данных,
установлено хорошее совпадение полученных результатов.
Рассчитана подача центробежного насоса при переменной
скорости с учетом момента сопротивления. Библ. 25, рис. 7.
Ключевые слова: ветроводонасосная установка, модель,
эксперимент, скорость, момент, подача, напор.
REFERENCES
1. Mhitaryan N.M. Osnovnyie napravleniya i strategiya
razvitiya vozobnovlyaemoy energetiki v Ukraine [The main
directions and development strategy of renewable energy in
Ukraine]. Vidnovluvana energetika. 2005. No. 1. pp. 8–18. [in
Russian]
КОМПЛЕКСНІ ЕНЕРГЕТИЧНІ СИСТЕМИ НА ОСНОВІ ВДЕ ISSN 1819-8058
Відновлювана енергетика. 2018. № 4 33
2. Chernyih I.V. SIMULINK – Sreda sozdaniya inzhen-
ernyih prilozheniy [Environment for creating engineering
applications] Moscow. Dialog-MIFI, 2004. 496 p. [in Russian]
3. Potemkin V. Vvedenie v MATLAB [Introduction to
MATLAB]. Moscow, Dialog-MIFI, 2000. 314 p. [in Russian]
4. Dyakonov V.P. MATLAB 6/6.1/6.5 SIMULINK 4/5 v
matematike i modelirovanii [MATLAB 6 / 6.1 / 6.5 +
SIMULINK 4/5 in mathematics and modeling]. Moscow, Solon-
Press, 2003. 768 p. [in Russian]
5. Verbovyi A.P. Model vitrovodonasosnoi ustanovky dlia
doslidzhennia rezhymiv roboty hidroakumuliuvalnykh elektro-
stantsii [Model of the windmill water pumping system for
studying the operation modes of pumped hydro storage power
plants]. Materialy 19 mizhnarodnoi nauk.-prakt. konferentsii Vid-
novliuvana enerhetyka i enerhoefektyvnist u 21 stolitti, 26–28
veresnia 2018 [Materials of 19 international sciences. Conference
Renewable Energy and Energy Efficiency in the 21st Century,
September 26–28, 2018]. Kyiv. pp. 511–514. [in Ukrainian]
6. Obuhov S.G., Plotnikov I.A., Sarsikeev E.Zh. Di-
namicheskaya model prodolnoy sostavlyayuschey skorosti vetra
[The dynamic model of wind speed axial component]. Tomsk,
2013. No. 5. [in Russian]
7. IEC 61400-1: 2005 Wind Turbines – Part 1: Design re-
quirements. [in English]
8. Vasko P.F., Verbovyi A.P., Pazych S.T.. Realizatsiia
stokhastychnoi dvoparametrychnoi modeli pozdovzhnoi
skladovoi shvydkosti vitru dlia zadach vitroenerhetyky
[Implementation of a stochastic two-parameter model of the
longitudinal component of the wind speed for wind power
problems]. Vidnovluvana energetika, 2017. No. 3. pp. 54–61. [in
Ukrainian]
9. Siegfried Heier. Grid Integration of Wind Energy: On-
shore and Offshore Conversion Systems, 3rd Edition Wiley &
Sons Ltd, 2014. [in English]
10. Prassad S.S., Virupaxi A. Optimized Design of a Rotor
Blade for a Wind Pump. International Journal of Renewable
Energy Research.Vol. 2, No. 4. 2012. [in English]
11. Haritonov V.P. Rabota elektronasosnoy vetroustanovki
pri poryivistom vetre [Work of electropump wind at gusting
wind] Dokl. 1 Vsesoyuz. nauch.-tehn. konf. po vozobnovlyae-
myim istochnikam energii. Vyip. 2. Vetroenergetika [Report. 1
All-Union. scientific and technical. conference. on renewable
energy sources. Release. 2. Wind power]. Moscow, Energiya,
1972. pp. 43–48. [in Russian]
12. Haritonov V.P. Avtonomnyie vetroelektricheskie usta-
novki [Autonomous wind power plants]. Moscow, 2006. 280 p.
[in Russian]
13. Denisenko G.I., Vasko P.F., Bril A.A. Energeticheskaya
otsenka vozmozhnosti sozdaniya vetroelektricheskih ustanovok
moschnostyu 10-250 kVt na osnove vertoletnyih lopastey [En-
ergy evaluation of the possibility of creating wind power plants
with a capacity of 10-250 kW based on helicopter blades]. Ener-
getika. 1986. No. 12. pp. 3–8. [in Russian]
14. Vasko V.P., Vasko P.F. Dinamika nagruzochnyih rez-
himov rabotyi vetroelektricheskoy ustanovki, obuslovlennaya
poryivami vetra [Dynamics of loading modes of the wind-
electric installation, caused by gust of wind] VIsnik Donbaskoi
derzhavnoi akademIi budIvnitstva I arhItekturi. Zb. nauk. prats
[Bulletin of the Donbas State Academy of Civil Engineering and
Architecture. Collection of scientific work]. 2001. No. 4 (29).
pp. 140–144. [in Ukrainian]
15. Ronak D.G., Pramod K. Design and Development of
Windmill Operated Water Pump. International Journal of Engi-
neering and Technical Research. 2015. [in English]
16. Swapnil D.D. Windmill Water Pumping System. Inter-
national Journal for Technological Research in Engineering.
Vol. 2, Issue 7. ISSN (online): 2347-4718. 2015. [in English]
17. Dorothy A. (2004).Water Pumping Windmills. Ac-
cessed on 13th August 2013. [in English]
18. Werner Sölken. (2013). Introduction to pumps – cen-
trifugal pumps. Retrieved, 2013. URL: http://www.wermac.org/
equipment/pumps_centrifugal.html. [in English]
19. Dedkov V.N. Primenenie seriynyih nasosov v kachestve
gidroturbin dlya maloy energetiki [Application of series pumps
as hydroturbines for small power engineering] Problemyi mashi-
nostroeniya [Problems of machine building]. 2011. Volume 14,
No. 4. pp. 24–30. [in Russian]
20. Argaw N., Foster R., and Ellis A. Renewable Energy
for Water Pumping Applications in Rural Villages National Re-
newable Energy Laboratory, Subcontractor Report No. 500-
30361, July 2003, pp. 20–22, 27–31. [in English]
21. Verbovyi A.P. Seriini nasosy u skladi malykh hidroa-
kumuliuvalnykh elektrostantsii v yakosti hidromashyn zvorotnoi
dii vitroenerhetyky [Series pumps in the form of small hydroac-
cumulating power plants as wind turbine return motors]. Vidnov-
luvana energetika. 2018. No. 3. pp. 46–53. [in Ukrainian]
22. Sokolov M.M. Avtomatizirovannyiy elektroprivod ob-
schepromyishlennyih mehanizmov [Automated electric drive of
common industrial mechanisms] Moscow, Energiya, 1976.
488 p. [in Russian]
23. Williams A.: Pumps as turbines. A user’s guide. In-
termediate Technology Publications, London, 1995. [in English].
24. Stepanov A. I. Tsentrobezhnyie i osevyie nasosyi [Cen-
trifugal and axial pumps]. Moscow, Mashgiz, 1960. 464 p. [in
Russian]
25. Onischenko G.B., Yunkov M.G. Elektroprivod tur-
bomehanizmov [Power Turbo Mechanisms]. Moscow, Energiya,
1972. 240 p. [in Russian]
Стаття надійшла до редакції 03.10.18
Остаточна версія 30.11.18
|
| id | veorgua-article-178 |
| institution | Vidnovluvana energetika |
| keywords_txt_mv | keywords |
| language | Ukrainian |
| last_indexed | 2026-07-19T01:04:26Z |
| publishDate | 2018 |
| publisher | Institute of Renewable Energy National Academy of Sciences of Ukraine |
| record_format | ojs |
| resource_txt_mv | veorgua/da/91aa3dd960292b6952f9ba2cdc9386da.pdf |
| spelling | veorgua-article-1782026-07-18T06:32:12Z MODELING OF DYNAMIC AND QUASISTATIC MODES OF THE WORK OF A WIND PUMP INSTALLATION WITH CONSIDERATION OF STOCHASTIC COMPOUND WIND SPEED МОДЕЛЮВАННЯ ДИНАМІЧНИХ І КВАЗІСТАТИЧНИХ РЕЖИМІВ РОБОТИ ВІТРОВОДОНАСОСНОЇ УСТАНОВКИ З УРАХУВАННЯМ СТОХАСТИЧНОЇ СКЛАДОВОЇ ШВИДКОСТІ ВІТРУ Verbovij, А. Pazych, S. wind turbine installation, model, experiment, speed, moment, feed, pressure. вітроводонасосна установка, модель, експеримент, швидкість, момент, подача, напір. The simulation models of the wind turbine and pump installation have been developed. The numerical calculations of the speed of the wind turbine and the pump are carried out taking into account the stochastic component of the wind speed in the dynamic and quasistatic operating modes. To check the results and adequacy of the created models, a comparison was made with experimental data. When conducting analysis of calculation and experimental data, a good coincidence of the obtained results is established. The supply of a centrifugal pump at a variable speed, taking into account the moment of resistance, is calculated. Розроблені імітаційні моделі вітротурбіни і насосної установки. Проведені чисельні розрахунки швидкості вітротурбіни і насосу з урахуванням стохастичної складової швидкості вітру в динамічних і квазістатичних режимах роботи. Для перевірки отриманих результатів і адекватності створених моделей було проведено порівняння з експериментальними даними. При проведення аналізу розрахункових і експериментальних даних, встановлено хороший збіг отриманих результатів. Розрахована подача відцентрового насоса при змінній швидкості з урахуванням моменту опору. Institute of Renewable Energy National Academy of Sciences of Ukraine 2018-12-03 Article Article application/pdf https://ve.org.ua/index.php/journal/article/view/178 10.36296/1819-8058.2018.4(55).25-33 Vidnovluvana energetika ; No. 4(55) (2018): Scientific and Applied Journal Vidnovluvana energetika; 25-33 Возобновляемая энергетика; ##issue.no## 4(55) (2018): Научно-прикладной журнал Возобновляемая энергетика; 25-33 Відновлювана енергетика; № 4(55) (2018): Науково-прикладний журнал Відновлювана енергетика; 25-33 2664-8172 1819-8058 uk https://ve.org.ua/index.php/journal/article/view/178/117 Copyright (c) 2018 А. Verbovij, S. Pazych https://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/4.0 |
| spellingShingle | wind turbine installation model experiment speed moment feed pressure. Verbovij, А. Pazych, S. MODELING OF DYNAMIC AND QUASISTATIC MODES OF THE WORK OF A WIND PUMP INSTALLATION WITH CONSIDERATION OF STOCHASTIC COMPOUND WIND SPEED |
| title | MODELING OF DYNAMIC AND QUASISTATIC MODES OF THE WORK OF A WIND PUMP INSTALLATION WITH CONSIDERATION OF STOCHASTIC COMPOUND WIND SPEED |
| title_alt | МОДЕЛЮВАННЯ ДИНАМІЧНИХ І КВАЗІСТАТИЧНИХ РЕЖИМІВ РОБОТИ ВІТРОВОДОНАСОСНОЇ УСТАНОВКИ З УРАХУВАННЯМ СТОХАСТИЧНОЇ СКЛАДОВОЇ ШВИДКОСТІ ВІТРУ |
| title_full | MODELING OF DYNAMIC AND QUASISTATIC MODES OF THE WORK OF A WIND PUMP INSTALLATION WITH CONSIDERATION OF STOCHASTIC COMPOUND WIND SPEED |
| title_fullStr | MODELING OF DYNAMIC AND QUASISTATIC MODES OF THE WORK OF A WIND PUMP INSTALLATION WITH CONSIDERATION OF STOCHASTIC COMPOUND WIND SPEED |
| title_full_unstemmed | MODELING OF DYNAMIC AND QUASISTATIC MODES OF THE WORK OF A WIND PUMP INSTALLATION WITH CONSIDERATION OF STOCHASTIC COMPOUND WIND SPEED |
| title_short | MODELING OF DYNAMIC AND QUASISTATIC MODES OF THE WORK OF A WIND PUMP INSTALLATION WITH CONSIDERATION OF STOCHASTIC COMPOUND WIND SPEED |
| title_sort | modeling of dynamic and quasistatic modes of the work of a wind pump installation with consideration of stochastic compound wind speed |
| topic | wind turbine installation model experiment speed moment feed pressure. |
| topic_facet | wind turbine installation model experiment speed moment feed pressure. вітроводонасосна установка модель експеримент швидкість момент подача напір. |
| url | https://ve.org.ua/index.php/journal/article/view/178 |
| work_keys_str_mv | AT verbovija modelingofdynamicandquasistaticmodesoftheworkofawindpumpinstallationwithconsiderationofstochasticcompoundwindspeed AT pazychs modelingofdynamicandquasistaticmodesoftheworkofawindpumpinstallationwithconsiderationofstochasticcompoundwindspeed AT verbovija modelûvannâdinamíčnihíkvazístatičnihrežimívrobotivítrovodonasosnoíustanovkizurahuvannâmstohastičnoískladovoíšvidkostívítru AT pazychs modelûvannâdinamíčnihíkvazístatičnihrežimívrobotivítrovodonasosnoíustanovkizurahuvannâmstohastičnoískladovoíšvidkostívítru |