IMMEDIATIVE MODEL OF THE CHARGING PROCESS OF THE EMCSENTIAL AC-CUMULATOR OF THE ELECTRODYNAMIC DRIVER PUMP IN ALONE STATE WINDTURBINE
Capacitive drives, as a necessary component, are widely used in a variety of electrical installations and systems. The analysis of known approaches to increasing the efficiency of the charging circuit has shown that they are associated with certain difficulties. For example, chargers with sources re...
Saved in:
| Date: | 2019 |
|---|---|
| Main Authors: | , , , , |
| Format: | Article |
| Language: | Ukrainian |
| Published: |
Institute of Renewable Energy National Academy of Sciences of Ukraine
2019
|
| Subjects: | |
| Online Access: | https://ve.org.ua/index.php/journal/article/view/191 |
| Tags: |
Add Tag
No Tags, Be the first to tag this record!
|
| Journal Title: | Vidnovluvana energetika |
| Download file: |  |
Institution
Vidnovluvana energetika| _version_ | 1871103225782861824 |
|---|---|
| author | Holovko, V. Kokhanievych, V. Shykhailov, M. Donets, A. Percova, I. |
| author_facet | Holovko, V. Kokhanievych, V. Shykhailov, M. Donets, A. Percova, I. |
| author_institution_txt_mv | [
{
"author": "V. Holovko",
"institution": "Institute of Renewable Energy of NAS of Ukraine, 02094, 20A, Hnat Khotkevich Str., Kyiv, Ukraine"
},
{
"author": "V. Kokhanievych",
"institution": "Institute of Renewable Energy of NAS of Ukraine, 02094, 20A, Hnat Khotkevich Str., Kyiv, Ukraine"
},
{
"author": "M. Shykhailov",
"institution": "Institute of Renewable Energy of NAS of Ukraine, 02094, 20A, Hnat Khotkevich Str., Kyiv, Ukraine"
},
{
"author": "A. Donets",
"institution": "Institute of Renewable Energy of NAS of Ukraine, 02094, 20A, Hnat Khotkevich Str., Kyiv, Ukraine"
},
{
"author": "I. Percova",
"institution": "Institute of Renewable Energy of NAS of Ukraine, 02094, 20A, Hnat Khotkevich Str., Kyiv, Ukraine"
}
] |
| author_sort | Holovko, V. |
| baseUrl_str | https://ve.org.ua/index.php/journal/oai |
| collection | OJS |
| datestamp_date | 2026-07-18T06:32:12Z |
| description | Capacitive drives, as a necessary component, are widely used in a variety of electrical installations and systems. The analysis of known approaches to increasing the efficiency of the charging circuit has shown that they are associated with certain difficulties. For example, chargers with sources regulated under a certain voltage law are complex and their application can only be justified in exceptional cases. In addition to the converging power source and the capacitive drive additional reactive elements are required that store energy and maintain the input and output levels at the same level during the charging process. This requirement plays a significant role in the case of the use of a source of limited power. In most cases, the energy processes of the charge of the capacitor were analyzed at zero initial conditions.
The maximum efficiency can be achieved with a constant input and output current. To achieve the maximum efficiency of the converter in the initial period of time should store energy to end the charge to give stored energy to maintain the charge current.
The wind turbine works under stochastic conditions of changing the level of wind speed, which leads to the corresponding indicators on the charger terminals. Estimation of the required amount of energy for charging a capacitive drive for the above-mentioned dependence is complicated.
The purpose of the work was to determine the time of charging the capacitive drive of the electrodynamic actuator of the pump of the autonomous wind power plant to the given technological limits by means of simulation modeling under stochastic conditions of changing the level of wind speed. When changing the values of the mathematical expectation of wind speed in the range of 4...5,2 m/s, when charging a capacitive drive, at the technological limit of voltage 100 V, is, respectively, 12.5 ... 7s. Ref. 10,  fig. 10. |
| doi_str_mv | 10.36296/1819-8058.2019.1(56).51-60 |
| first_indexed | 2025-07-17T11:37:35Z |
| format | Article |
| fulltext |
ВІТРОЕНЕРГЕТИКА ISSN 1819-8058
Відновлювана енергетика. 2019. № 1 51
УДК 621.548
ІМІТАЦІЙНА МОДЕЛЬ ПРОЦЕСУ ЗАРЯДЖЕННЯ ЄМНІСНОГО НАКОПИЧУВАЧА
ЕЛЕКТРОДИНАМІЧНОГО ПРИВОДА НАСОСУ АВТОНОМНОЇ ВІТРОЕЛЕКТРО-
УСТАНОВКИ
В.М. Головко, докт. техн. наук, проф., В.П. Коханєвич, канд. техн. наук, М.О. Шихайлов,
А.М. Донець, канд. техн. наук, І.Ю. Перькова, інженер
Інститут відновлюваної енергетики НАН України,
02094, вул. Гната Хоткевича, 20А, м. Київ, Україна,
Ємнісні накопичувачі, як необхідний складовий елемент, знаходять широке застосування в різноманітних електротех-
нічних установках і системах. Аналіз відомих підходів збільшення ККД зарядного кола показав, що вони пов’язані з певними
труднощами. Наприклад, зарядні пристрої із джерелами, регульованими за певним законом напруги, є складними і їхнє за-
стосування може бути виправдано лише у виняткових випадках. Крім перетворювача, що узгоджує джерело енергії та
ємнісний накопичувач, потрібні додаткові реактивні елементи, що запасають енергію і підтримують на одному рівні
вхідну і вихідну потужності протягом процесу зарядження. Ця вимога грає істотну роль у випадку застосування джерела
обмеженої потужності. У більшості випадків енергетичні процеси заряду конденсатора аналізувались при нульових по-
чаткових умовах.
Максимальний ККД може бути досягнутий при незмінній формі вхідного та вихідного струму. Для досягнення максималь-
ного ККД перетворювача ємнісний накопичувач в початковий відрізок часу повинен запасати енергію, щоб в кінці заряду
віддати запасену енергію для підтримання струму зарядження.
Вітроустановка працює при стохастичних умовах зміни рівня швидкості вітру, що спричиняє до відповідних показників на
клемах зарядного пристрою. Оцінка необхідної кількості енергії для зарядження ємкісного накопичувача ускладнюється.
Метою роботи становила задача визначити час зарядження ємнісного накопичувача електродинамічного привода насосу
автономної вітроелектричної установки до заданих технологічних меж за допомогою імітаційного моделювання при сто-
хастичних умовах зміни рівня швидкості вітру. При зміні значень математичного сподіванням швидкості вітру в межах
4…5,2 м/с час зарядження ємнісного накопичувача при технологічній межі напруги 100 В складає відповідно 12,5…7 с.
Бібл. 10, рис. 10.
Ключові слова: вітроелектроустановка, ємнісний накопичувач, імітаційне моделювання, електродинамічний привод, сто-
хастичні умови зміни рівня швидкості вітру
IMMEDIATIVE MODEL OF THE CHARGING PROCESS OF THE EMCSENTIAL AC-
CUMULATOR OF THE ELECTRODYNAMIC DRIVER PUMP IN ALONE STATE
WINDTURBINE
V.M. Golovko, doctor of technical sciences, professor, V.P. Kohanevich, candidate of technical sciences, M.O. Shikhailov,
A.M. Donets, candidate of technical sciences, I.Yu. Perkova, engineer
Institute of Renewable Energy of NAS of Ukraine,
02094, 20A, Hnat Khotkevich Str., Kyiv, Ukraine
Capacitive drives, as a necessary component, are widely used in a variety of electrical installations and systems. The analysis of
known approaches to increasing the efficiency of the charging circuit has shown that they are associated with certain difficulties.
For example, chargers with sources regulated under a certain voltage law are complex and their application can only be justified in
exceptional cases. In addition to the converging power source and the capacitive drive additional reactive elements are required that
store energy and maintain the input and output levels at the same level during the charging process. This requirement plays a signif-
icant role in the case of the use of a source of limited power. In most cases, the energy processes of the charge of the capacitor were
analyzed at zero initial conditions.
The maximum efficiency can be achieved with a constant input and output current. To achieve the maximum efficiency of the con-
verter in the initial period of time should store energy to end the charge to give stored energy to maintain the charge current.
The wind turbine works under stochastic conditions of changing the level of wind speed, which leads to the corresponding indicators
on the charger terminals. Estimation of the required amount of energy for charging a capacitive drive for the above-mentioned de-
pendence is complicated.
The purpose of the work was to determine the time of charging the capacitive drive of the electrodynamic actuator of the pump of the
autonomous wind power plant to the given technological limits by means of simulation modeling under stochastic conditions of
changing the level of wind speed. When changing the values of the mathematical expectation of wind speed in the range of
4...5,2 m/s, when charging a capacitive drive, at the technological limit of voltage 100 V, is, respectively, 12.5 ... 7s. Ref. 10, fig. 10.
Keywords: wind turbine, capacitive drive, simulation, electrodynamic drive, stochastic conditions for changing the wind speed
© В.М.Головко, В.П. Коханєвич, М.О. Шихайлов, А.М. Донець, І.Ю. Перькова, 2019
ВІТРОЕНЕРГЕТИКА ISSN 1819-8058
Відновлювана енергетика. 2019. № 1 52
В.М. Головко
V. Holovko
Відомості про автора: провідний науко-
вий співробітник Інституту відновлюваної
енергетики НАН України.
Освіта: закінчив 1977 р. Українську
сільськогосподарську академію за
спеціальністю «Електрифікація сільського
господарства».
Наукова сфера: відновлювані джерела
енергії, вітроенергетика, вітроустановки
малої потужності, автономні системи
енергозабезпечення.
Публікації: 157
ORCID: 0000-0003-0195-9654
Контакти: тел./факс: +38-044-206-28-09
e-mail: renewable@ukr.net
Author information: chief researcher at Institute of
Renewable Energy, National Academy of Sciences of
Ukraine.
Education: graduated from the Ukrainian Agricultural
Academy in 1977 with the degree of "Electrification of
Agriculture".
Research area: renewable sources of energy, wind
power systems, small capacity wind units, autonomous
power systems.
Publications: 157
ORCID: 0000-0003-0195-9654
Contacts: тел./факс: +38-044-206-28-09
e-mail: renewable@ukr.net
В.П. Коханєвич
V. Kokhanievych
Відомості про автора: старший науковий
співробітник Інституту відновлюваної
енергетики НАН України.
Освіта: закінчив 1979 р. Київський
політехнічний інститут за спеціальністю
«Технологія машинобудування, метало
ріжучі верстати та інструменти».
Наукова сфера: вітроенергетика, вітро-
установки малої потужності, системи ре-
гулювання та захисту.
Публікації: 129
ORCID: 0000-0003-0033-1355
Контакти: тел./факс: +38-044-206-28-09
e-mail: renewable@ukr.net
Author information: senior researcher at Institute of
Renewable Energy, National Academy of Sciences of
Ukraine.
Education: graduated from the Kyiv Polytechnic
Institute in 1979 with the specialization "Technology
of Machine-Building, Metal Cutting Machines and
Tools".
Research area: power systems, converting types of
energy, automation and modeling processes. wind po-
wer systems, small capacity wind units, control systems
and protect.
Publications: 129
ORCID: 0000-0003-0033-1355
Contacts: тел./факс: +38-044-206-28-09
e-mail: renewable@ukr.net
М.О. Шихайлов
M. Shykhailov
Відомості про автора: науковий
співробітник Інституту відновлюваної
енергетики НАН України.
Освіта: закінчив 1979 р. Київський
політехнічний інститут за спеціальністю
«Гідропневмоавтоматика та гидропривод».
Наукова сфера: вітроенергетика, вітро-
установки малої потужності, системи
управління.
Публікації: 200
ORCID: 0000-0003-1845-9904
Контакти: тел./факс: +38-044-206-28-09
e-mail: renewable@ukr.net
Author information: researcher at Institute of Re-
newable Energy, National Academy of Sciences of
Ukraine.
Education: graduated from the Kyiv Polytechnic
Institute in 1979 with the specialty "Hydropneumatic
and Hydraulic Drive".
Research area: wind power systems, small capacity
wind units, control systems.
Publications: 200
ORCID: 0000-0003-1845-9904
Contacts: тел./факс: +38-044-206-28-09
e-mail: renewable@ukr.net
А.М. Донець
A. Donets
Відомості про автора: науковий
співробітник Інституту відновлюваної
енергетики НАН України.
Освіта: магістр енергетики НТУУ «КПІ
ім. І. Сікорського», факультет електро-
енерготехніки та автоматики, спеціаль-
ність: «відновлювані джерела енергії»
Наукова сфера: енергетичні системи,
перетворення видів енергії, автоматизація і
моделювання процесів.
Публікації: 10
ORCID: 0000-0003-4486-5666
Контакти: тел./факс +38-044-206-28-09
e-mail: renewable@ukr.net
Author information: Researcher at Institute of Re-
newable Energy, National Academy of Sciences of
Ukraine.
Education: Master of Science, National Technical
University of Ukraine “Kyiv Polytechnic Institute”,
Faculty of Electric Power Engineering and
Automation, Department of Renewable Sources of
Energy.
Research area: power systems, converting types of
energy, automation and modeling processes.
Publications: 10
ORCID: 0000-0003-4486-5666
Contacts: тел./факс +38-044-206-28-09
e-mail: renewable@ukr.net
ВІТРОЕНЕРГЕТИКА ISSN 1819-8058
Відновлювана енергетика. 2019. № 1 53
І.Ю. Перькова
I. Percova
Відомості про автора: інженер Інституту
відновлюваної енергетики НАН України.
Освіта: магістр енергетики НТУУ «КПІ
ім. І. Сікорського», факультет електро-
енерготехніки та автоматики, спеціаль-
ність: «відновлювані джерела енергії»
Наукова сфера: вітроенергетика, вітро-
установки малої потужності, системи
управління.
Публікації: 6.
ORCID: 0000-0002-9070-1593
Контакти: тел./факс +38-044-206-28-09
e-mail: renewable@ukr.net
Author information: Engineer at Institute of Rene-
wable Energy, National Academy of Sciences of
Ukraine.
Education: Master of Science, National Technical Uni-
versity of Ukraine “Kyiv Polytechnic Institute”, Faculty
of Electric Power Engineering and Automation, De-
partment of Renewable Sources of Energy.
Research area: Wind power, wind power plants of
low power, management system.
Publications: 6.
ORCID: 0000-0002-9070-1593
Contacts: тел./факс +38-044-206-28-09
e-mail: renewable@ukr.net
Перелік використаних позначень та скорочень:
ЄН – ємнісний накопичувач;
ВЕУ – вітроелектрична установка;
і – струм джерела живлення;
uc – напруга конденсатора ємнісного накопичувача;
С – ємність конденсаторів;
Rз – опір ланцюга зарядження;
Rв – опір еквівалентного ланцюга, що враховує струми витікання;
tз – час зарядження.
Вступ. Ємнісні накопичувачі, як необхідний
складовий елемент, знаходять широке застосу-
вання в різноманітних електротехнічних уста-
новках і системах. Дослідженню та аналізу енер-
гетичних характеристик в зарядних і розрядних
колах конденсаторів при повному їх розряді на
навантаження присвячено ряд робіт вчених
Інституту електродинаміки НАН України. Аналіз
відомих підходів збільшення ККД зарядного кола
показав, що вони пов’язані з певними трудноща-
ми. Наприклад, зарядні пристрої із джерелами,
регульованими за певним законом напруги, є
складними і їхнє застосування може бути
виправдано лише у виняткових випадках. У
більшості випадків енергетичні процеси заряду
конденсатора аналізувались при нульових почат-
кових умовах [1].
Система зарядження ємнісного накопичувача
(ЄН) повинна здійснювати зарядження з найви-
щим ККД. В [2, 3] визначено, при якому режимі
ефективність буде максимальна. Максимальний
ККД може бути досягнутий при незмінній формі
вхідного та вихідного струму. Для досягнення
максимального ККД перетворювача в початко-
вий відрізок часу ЄН повинен запасати енергію,
щоб в кінці заряду віддати запасену енергію.
Тоді, крім перетворювача, що узгоджує джерело
енергії та ЄН, потрібні додаткові реактивні еле-
менти, що запасають енергії і підтримують на
одному рівні вхідну і вихідну потужності протя-
гом процесу зарядження. Ця вимога грає істотну
роль у випадку застосування джерела обмеженої
потужності [4-6]. При цьому, в основному,
розглядалися процеси зарядження при сталих
параметрах джерела енергії. Тоді кількість
енергії, що споживається за час зарядного про-
цесу ємнісним накопичувачем, складає [7]:
2
2
0 0
з зt t
c
e з c c
в
u
W R i dt Cu u dt
R
де i та uc – струм джерела живлення і напруга
конденсаторів C накопичувача; Rз , Rв – опори
ланцюгів зарядження та еквівалентного, що вра-
ховує втрати потужності від струму витікання iв і
на поляризацію діелектрика конденсаторів С, tз –
час зарядження.
Перший інтеграл являє собою енергію втрат
Wвт у зарядному контурі, другий – енергію,
накопичену в конденсаторах C за час зарядження
tз. Підінтегральна функція другого інтегралу є
похідною у часі від цієї енергії.
Вітроустановка працює при стохастичних
умовах зміни рівня швидкості вітру, що спричи-
няє до відповідних показників на клемах заряд-
ного пристрою. Оцінка необхідної кількості
енергії для зарядження ємкісного накопичувача
за вище вказаною залежністю ускладнюється [8].
Крім того, будь-яка автономна установка завжди
обмежена енергоресурсами, що вимагає енерго-
збережно підходити до вирішення власних тех-
нологічних операцій.
Постановка задачі. Визначити час за-
рядження ємнісного накопичувача електродина-
мічного привода насосу автономної вітро-
електричної установки до заданих технологічних
меж за допомогою імітаційного моделювання при
стохастичних умовах зміни рівня швидкості вітру.
Методи дослідження. Для дослідження ре-
жиму зарядження ємкісного накопичувача
електро-динамічного привода насосу у складі
автономної вітроелектричної установки, розра-
хунки проводились шляхом моделювання за до-
помогою программного пакету
Matlab/Simulink/SimPower Systems.
ВІТРОЕНЕРГЕТИКА ISSN 1819-8058
Відновлювана енергетика. 2019. № 1 54
Результати дослідження. Загальна структура імітаційної моделі для дослідження процесу за-
рядження ЄН наведена на рис.1.
Рис.1. Імітаційна модель зарядження конденсатора від ВЕУ з синхронним генератором при змінному вітрі.
Fig.1. Simulation model for charging a capacitor from wind turbine with a synchronous generator with variable wind.
Як джерело електричної енергії прийнята
вітроустановка з синхронним генератором
(лінійна напруга -380 В, потужність – 100 ВА,
частота – 50 Гц). Механічний момент на вал ге-
нератора надходить від блоку «вітрова турбіна».
Номінальне значення швидкості вітру – 8 м/с.
Швидкість зрушення – 3,8 м/с. Схема має у
своєму складі діодний міст. Сигнал на міст при-
ходить від лінійного трансформатора з
коефіцієнтом трансформації, що дорівнює 1
(призначений для згладжування стрибків напру-
ги). На виході до моста приєднаний конденсатор
C=0,015Ф, що і виконує функцію ЄН. Для фіксації
та візуалізації електроенергетичних параметрів в
моделі присутні також амперметри, вольтметри та
осцилографи. Для моделювання стохастичних па-
раметрів надходження вітру, введений блок
випадкових сигналів, що дозволяє змоделювати
хід швидкості вітру із заданими показниками ма-
тематичного сподівання його величини.
Розглянемо отримані результати.
1. Швидкість зміни вітру відбувається за но-
рмальним розподілом від 4 до 8 м/с з математич-
ним сподіванням в точці 4,0.
а) б)
Рис.2. Зміна швидкості вітру від 4 до 8м/с з математичним сподіванням в точці 4,0 (а) та зміна напруги на конденса-
торі при даному вітрі (б).
Fig.2 Changing of the wind speed from 4 to 8m/s with a math expectation at 4.0 (a) and changing the voltage at the condenser
at this wind (b).
ВІТРОЕНЕРГЕТИКА ISSN 1819-8058
Відновлювана енергетика. 2019. № 1 55
2. Швидкість зміни вітру відбувається за нормальним розподілом від 4 до 8 м/с з математичним
сподіванням в точці 4,2.
а) б)
Рис.3. Зміна швидкості вітру від 4 до 8 м/с з математичним сподіванням в точці 4,2 (а) та зміна напруги на конденса-
торі при даному вітрі (б).
Fig.3. Changing of the wind speed from 4 to 8 m/s with mathematical expectations at 4,2 (a) and changing the voltage on the
condenser at this wind (b).
3. Швидкість зміни вітру відбувається за нормальним розподілом від 4 до 8 м/с з математичним
сподіванням в точці 4,4.
а) б)
Рис.4. Зміна швидкості вітру від 4 до 8 м/с з математичним сподіванням в точці 4,4 (а) та зміна напруги на конденса-
торі при даному вітрі (б).
Fig.4. Changing of the wind speed from 4 to 8 m/s with mathematical expectations at 4.4 (a) and changing the voltage at the
condenser at this wind (b).
ВІТРОЕНЕРГЕТИКА ISSN 1819-8058
Відновлювана енергетика. 2019. № 1 56
4. Швидкість зміни вітру відбувається за нормальним розподілом від 4 до 8 м/с з математичним
сподіванням в точці 4,6.
а) б)
Рис.5. Зміна швидкості вітру від 4 до 8 м/с з математичним сподіванням в точці 4,6 (а) та зміна напруги на конденса-
торі при даному вітрі (б).
Fig.5 Changing of the wind speed from 4 to 8 m/s with a mathematical expectation at 4,6 (a) and changing the voltage at
the condenser at this wind (b).
5. Швидкість зміни вітру відбувається за нормальним розподілом від 4 до 8м/с з математичним
сподіванням в точці 4,8.
а) б)
Рис.6.Зміна швидкості вітру від 4 до 8 м/с з математичним сподіванням в точці 4,8 (а) та зміна напруги на конденса-
торі при даному вітрі (б).
Fig.6. Changing of the wind speed from 4 to 8 m / s with mathematical expectations at 4,8 (a) and changing the voltage at the
condenser at this wind (b).
ВІТРОЕНЕРГЕТИКА ISSN 1819-8058
Відновлювана енергетика. 2019. № 1 57
6. Швидкість зміни вітру відбувається за нормальним розподілом від 4 до 8 м/с з математичним
сподіванням в точці 5,0.
а) б)
Рис.7. Зміна швидкості вітру від 4 до 8 м/с з математичним сподіванням в точці 5,0 (а) та зміна напруги на конденса-
торі при даному вітрі (б).
Fig.7. Changing of the wind speed from 4 to 8 m / s with mathematical expectations at the point of 5,0 (a) and changing the
voltage at the condenser at this wind (b).
7. Швидкість зміни вітру відбувається за нормальним розподілом від 4 до 8 м/с з математичним
сподіванням в точці 5.2.
а) б)
Рис.8. Зміна швидкості вітру від 4 до 8 м/с з математичним сподіванням в точці 5,2 (а) та зміна напруги на конденса-
торі при даному вітрі (б).
Fig.8 Changing of the wind speed from 4 to 8 m / s with a mathematical expectation at 5,2 (a) and changing the voltage on the
condenser at this wind (b).
ВІТРОЕНЕРГЕТИКА ISSN 1819-8058
Відновлювана енергетика. 2019. № 1 58
8. Швидкість зміни вітру відбувається за нормальним розподілом від 4 до 8 м/с з математичним
сподіванням в точці 8,0.
а) б)
Рис.9. Зміна швидкості вітру від 4 до 8 м/с з математичним сподіванням в точці 8,0 (а) та зміна напруги на конденса-
торі при даному вітрі (б).
Fig.9. Changing of the wind speed from 4 to 8 m/s with mathematical expectations at 8,0 (a) and changing the voltage on the
condenser at this wind (b).
З графіків зміни напруги можна встановити
час досягнення межі спрацювання ключів, що
відповідають за початок розрядження ємнісного
накопичувача. На рис.10 наведені графіки часу
досягнення межі різних порогів спрацювання
електродинамічного привода насосу, робота яко-
го описана в попередніх роботах авторів [9,10], в
залежності від значень математичного сподіван-
ням швидкості вітру при його зміні в діапазоні
від 4 до 8 м/с.
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
3,8 4 4,2 4,4 4,6 4,8 5 5,2 5,4
V,m/c
t,
c
U=33B
U=66B
U=100B
Рис.10. Залежності зміни часу досягнення межі різних порогів спрацювання електродинамічного привода насосу в
залежності від значень математичного сподіванням швидкості вітру
Fig.10. Dependences of change in the time of reaching the threshold of different thresholds for the operation of the electrody-
namic drive of the pump, depending on the values of the mathematical expectations of the wind speed
ВІТРОЕНЕРГЕТИКА ISSN 1819-8058
Відновлювана енергетика. 2019. № 1 59
Графіки мають прямолінійний характер
зміни, що дає можливість передбачити значення
спрацювання і при більш високих значеннях
швидкості вітру.
Висновки. На базі імітаційного моделюван-
ня при випадковому характері зміни швидкості
вітру проаналізовано процес зарядження
ємкісного накопичувача в автономній ВЕУ з
електродинамічним приводом насосу. При зміні
значень математичного сподіванням швидкості
вітру в межах 4…5,2м/с час зарядження ємнісно-
го накопичувача при технологічній межі напруги
100 В складає відповідно 12,5…7с.
1. Супруновська Н.І. Енергетичні процеси в колах заря-
ду і розряду конденсаторів електроімпульсних установок.
Автореф. дис. на здоб. ст. к.т.н. К.: 2009. 15 с.
2. Хазиева Р.Т., Кириллов Р.В., Колесникова О.И. Mod-
eling of capacitive storage charge device based on multi function
into grated electromagnetic component. Нефть и газ. 2015: сб.
тр. 69-й Междунар. мол. науч. конф. РГУ нефти и газа име-
ни И.М. Губкина. М. 2015. С. 388-393.
3. Хазиева Р.Т., Кириллов Р.В., Путинцева А.А. Модели-
рование системы заряда емкостного накопителя. Электропри-
вод, электротехнологии и электрооборудование предприятий:
сб. науч.тр. II Междунар. V Всерос. науч.-техн. конф. Уфа:
изд-во УГНТУ. 2015. С. 170-177.
4. Разработка систем заряда емкостных накопителей
энергии. Вашкевич Е. [и др. ] Ч. 2. Силовая электроника.
Электронный архив. 2009. №1. URL: http://www.power-
e.ru/2009_1_34.php
5. Хазиева Р.Т., Кириллов Р.В., Колесникова О.И. Mod-
eling of system charge of storage capacity or based on multi
functioning grated electromagnatic component. Нефть и газ.
2015. сб. тез. 69-й Междунар. мол. науч. конф. РГУ нефти и
газа имени И.М. Губкина. М., 2015. Т. 3. С. 378.
6. Волков И.В., Милях А.Н. Системы неизменного тока
на основе индуктивно-емкостных преобразователей. Киев.
Наукова думка. 1974. С. 9, 14-23.
7. Пентегов И.В. Основы теории зарядных цепей емкост-
ных накопителей энергии. Киев. Наукова думка. 1982. 424с.
8. Васько П.Ф., Вербовий А.П., Пазич С.Т. Реалізація
стохастичної моделі поздовжньої складової швидкості вітру
для задач вітроенергетики. Відновлювана енергетика. 2017.
№3. С. 54–61.
9. Вітроелектронасосна установка: Патент на корисну
модель №65230. Україна. МПК F03D7/00,9/00/ Головко
В.М., Коханєвич В.П., Шихайлов М.О, Павлов В.Б., Павлен-
ко В.Є., Перькова І.Ю. №u201106729. Заявл. 30.05.11.
Опубл. 25.11.11. Бюл. №22. 2011р.
10. Головко В.М., Коханевич В.П., Шихайлов Н.А.,
Перькова І.Ю. Ветронасосная установка с электродинами-
ческим приводом. Альтер. энергет. и экология. 2015. №15-
16. С.29-33
ИМИТАЦИОННАЯ МОДЕЛЬПРОЦЕССА ЗАРЯДКИ
ЕМКОСТНОГО НАКОПИТЕЛЯ ЭЛЕКТРОДИНАМИ-
ЧЕСКОГО ПРИВОДА НАСОСА АВТОНОМНОЙ
ВЕТРОЭЛЕКТРОУСТАНОВКИ
В.М. Головко, докт. техн. наук, проф.,
В.П. Коханевич, канд.техн.наук, М.О. Шихайлов,
А.М. Донец, канд.техн.наук, И.Ю. Перькова, инженер
Институт возобновляемой энергетики НАН Украины, 02094,
г. Киев, ул. Гната Хоткевича, 20А
Емкостные накопители, как необходимый составной эле-
мент, находят широкое применение в различных электро-
технических установках и системах. Анализ известных
подходов увеличения КПД зарядной цепи показал, что они
связаны с определенными трудностями. Например, заряд-
ные устройства с источниками, регулируемыми по опреде-
ленному закону напряжения, являются сложными и их при-
менение может быть оправдано только в исключительных
случаях. Кроме преобразователя, согласовывающего источ-
ник энергии и емкостной накопитель, нужны дополнитель-
ные реактивные элементы, которые запасают энергии и
поддерживают на одном уровне входящую и исходящую
мощность в течение процесса зарядки. Это требование
играет существенную роль в случае применения источника
ограниченной мощности. В большинстве случаев энергети-
ческие процессы заряда конденсатора анализировались при
нулевых начальных условиях. Максимальный КПД может
быть достигнут при неизменной форме входного и выход-
ного тока. Для достижения максимального КПД преобразо-
вателя емкостной накопитель в начальный отрезок време-
ни должен запасать энергию, чтобы в конце заряда отдать
запасенную энергию. Ветроустановка работает при стоха-
стических условиях изменения уровня скорости ветра, что
вызывает соответствующие показатели на клеммах заряд-
ного устройства. Оценка необходимого количества энергии
для зарядки емкостного накопителя усложняется.
Целью работы являеться задача определить время зарядки
емкостного накопителя электродинамического привода
насоса автономной ветроэлектрической установки до за-
данных технологических пределов с помощью имитационно-
го моделирования при стохастических условиях изменения
уровня скорости ветра. При изменении значений скорости
ветра с математическим ожиданием в пределах 4 ... 5,2м/с
время зарядки емкостного накопителя при технологическом
уровне напряжения 100В составляет, соответственно,
12,5 ... 7с. Библ. 10, рис. 10.
Ключевые слова: ветроэлектроустановка, емкостной
накопитель, имитационное моделирование, электродинами-
ческий привод, стохастических условиях изменения уровня
скорости ветра
REFERENCES
1. Suprunovskaya N.I. Enerhetychni protsesy v lantsyuhakh
zaryadu i rozryadu kondensatoriv elektroimpulʹsnykh ustanovok
[Energy processes in charge and discharge circuits of capacitors
of electropulse installations.]. Author's abstract dis. for obtaining
the degree PhD. K. 2009. 15 p. [in Ukrainian].
2. Khazieva R.T., Kyryllov R.V., Kolesnikova O.I. Model-
ing of capacitive storage charge device based on multi func-tion
into grated electromagnetic component. Nafta i haz. 2015. Sb. tr.
69-y Mizhnarodnyy Mol. naukovyy konf. MDU Nafta i haz im.
I. M. Hubkina. M. 2015. pp. 388-393. [in English].
3. Khazieva R.T., Kyryllov R.V., Putyntseva A.A.
Modelyuvannya systemy zaryadu yemnisnoho pryvodu [Capaci-
tive Charge System Simulation]. Elektropryvod, elektrotekhnika
ta elektroobladnannya pidpryyemstv: Sb. naukovyy stupin. II
Mizhnarodnyy V Vserosiysʹka naukovo-tekhnichnyy konf. (3–4
kvitnya). Ufa. vydannya UHNTU. 2015. pp. 170-177. [in
Russian].
4. Vashkevych E.H. and others. Rozrobka zaryadnykh sys-
tem dlya yemnisnykh nakopychuvachiv enerhiyi. [Development
of charge systems for capacitive energy storage] Part 2. Sylova
elektronika. 2009. No. 1. Retrived from http://www.power-
e.ru/2009_1_34.php [in Russian].
5. Khazieva R.T., Kyryllov R.V., Kolesnikova O.I. Modeling
of system charge of storage capacity or based on multi function-
ing grated electromagnatic component. Nafta i haz. 2015. Sb. dyser-
http://www.power-e.ru/2009_1_34.php
http://www.power-e.ru/2009_1_34.php
ВІТРОЕНЕРГЕТИКА ISSN 1819-8058
Відновлювана енергетика. 2019. № 1 60
tatsiy 69-ho Mizhnarodnoho Movnoho naukovoho Konf. RNE nafty
i hazu im. I. M. Hubkina. M. 2015. T. 3. P. 378.
6. Volkov I.V., Maylz A.N. Systemy postiynoho strumu na
osnovi induktyvno-yemnisnykh peretvoryuvachiv [DC systems
based on inductive-capacitive converters]. K. Naukova dumka.
1974. P. 9, Pp. 14-23. [in Russian].
7. Pentahov I.V. Osnovy teoriyi zaryadnykh lantsyuhiv
yemnisnykh nakopychuvachiv enerhetyka [Fundamentals of the
theory of charging circuits of capacitive energy storage]. K.
Naukova dumka. 1982. p. 424. [in Russian].
8. Vasko P.F., Verbovyy A.P., Pasich S.T. Realizatsiya sto-
khastychnoyi modeli pozdovzhnoyi skladovoyi shvydkosti vitru
dlya zadach enerhiyi vitru [Realization of a dtochastic two-
parameter model of the longitudinal component of the wind
speed for wind energy problems]. Vidnovliuvana enerhetyka.
2017. No. 3. pp. 54-61 [in Ukrainian].
9. Holovko V.M., Kokanevych V.P., Shykhaylov M.O., Pav-
lov V.B., Pavlenko V.E., Perkova I.YU .Vitroelektrychna
ustanovka. Patent na korysnu model No 65230. Ukraina. MPK
F03D7/00.9/00.[Wind Electric Pump Installation. Patent for
utility model No 65230. Ukraine. MPK F03D7/00.9/00].
№201106729. Announced 30.05.11. Published 25.11.11. Bull.
No. 22. 2011. [in Ukrainian].
10. Holovko V.M., Kokanevych V.P., Shykhaylov N.A.,
Perkova I.YU. Vitronasosna ustanovka z
elektrodynamichnym pryvodom [Electrodynamic driven wind
pump] Alter. enerhetyka ta ekolohiya. 2015. No. 15-16. pp.
29-33[in Russian].
Стаття надійшла до редакції 28.01.19
Остаточна версія 06.03.19
|
| id | veorgua-article-191 |
| institution | Vidnovluvana energetika |
| keywords_txt_mv | keywords |
| language | Ukrainian |
| last_indexed | 2026-07-19T01:04:49Z |
| publishDate | 2019 |
| publisher | Institute of Renewable Energy National Academy of Sciences of Ukraine |
| record_format | ojs |
| resource_txt_mv | veorgua/38/18fc2f5f2cecc0a64b7b546a8c120e38.pdf |
| spelling | veorgua-article-1912026-07-18T06:32:12Z IMMEDIATIVE MODEL OF THE CHARGING PROCESS OF THE EMCSENTIAL AC-CUMULATOR OF THE ELECTRODYNAMIC DRIVER PUMP IN ALONE STATE WINDTURBINE ІМІТАЦІЙНА МОДЕЛЬ ПРОЦЕСУ ЗАРЯДЖЕННЯ ЄМНІСНОГО НАКОПИЧУВАЧА ЕЛЕКТРОДИНАМІЧНОГО ПРИВОДА НАСОСУ АВТОНОМНОЇ ВІТРОЕЛЕКТРО-УСТАНОВКИ Holovko, V. Kokhanievych, V. Shykhailov, M. Donets, A. Percova, I. wind turbine, capacitive drive, simulation, electrodynamic drive, stochastic conditions for changing the wind speed вітроелектроустановка, ємнісний накопичувач, імітаційне моделювання, електродинамічний привод, стохастичні умови зміни рівня швидкості вітру Capacitive drives, as a necessary component, are widely used in a variety of electrical installations and systems. The analysis of known approaches to increasing the efficiency of the charging circuit has shown that they are associated with certain difficulties. For example, chargers with sources regulated under a certain voltage law are complex and their application can only be justified in exceptional cases. In addition to the converging power source and the capacitive drive additional reactive elements are required that store energy and maintain the input and output levels at the same level during the charging process. This requirement plays a significant role in the case of the use of a source of limited power. In most cases, the energy processes of the charge of the capacitor were analyzed at zero initial conditions. The maximum efficiency can be achieved with a constant input and output current. To achieve the maximum efficiency of the converter in the initial period of time should store energy to end the charge to give stored energy to maintain the charge current. The wind turbine works under stochastic conditions of changing the level of wind speed, which leads to the corresponding indicators on the charger terminals. Estimation of the required amount of energy for charging a capacitive drive for the above-mentioned dependence is complicated. The purpose of the work was to determine the time of charging the capacitive drive of the electrodynamic actuator of the pump of the autonomous wind power plant to the given technological limits by means of simulation modeling under stochastic conditions of changing the level of wind speed. When changing the values of the mathematical expectation of wind speed in the range of 4...5,2 m/s, when charging a capacitive drive, at the technological limit of voltage 100 V, is, respectively, 12.5 ... 7s. Ref. 10,  fig. 10. Ємнісні накопичувачі, як необхідний складовий елемент, знаходять широке застосування в різноманітних електротехнічних установках і системах. Аналіз відомих підходів збільшення ККД зарядного кола показав, що вони пов’язані з певними труднощами. Наприклад, зарядні пристрої із джерелами, регульованими за певним законом напруги, є складними і їхнє застосування може бути виправдано лише у виняткових випадках. Крім перетворювача, що узгоджує джерело енергії та ємнісний накопичувач, потрібні додаткові реактивні елементи, що запасають енергію і підтримують на одному рівні вхідну і вихідну потужності протягом процесу зарядження. Ця вимога грає істотну роль у випадку застосування джерела обмеженої потужності. У більшості випадків енергетичні процеси заряду конденсатора аналізувались при нульових початкових умовах. Максимальний ККД може бути досягнутий при незмінній формі вхідного та вихідного струму. Для досягнення максимального ККД перетворювача ємнісний накопичувач в початковий відрізок часу повинен запасати енергію, щоб в кінці заряду віддати запасену енергію для підтримання струму зарядження. Вітроустановка працює при стохастичних умовах зміни рівня швидкості вітру, що спричиняє до відповідних показників на клемах зарядного пристрою. Оцінка необхідної кількості енергії для зарядження ємкісного накопичувача ускладнюється. Метою роботи становила задача визначити час зарядження ємнісного накопичувача електродинамічного привода насосу автономної вітроелектричної установки до заданих технологічних меж за допомогою імітаційного моделювання при стохастичних умовах зміни рівня швидкості вітру. При зміні значень математичного сподіванням швидкості вітру в межах 4…5,2 м/с час зарядження ємнісного накопичувача при технологічній межі напруги 100 В складає відповідно 12,5…7 с. Бібл. 10, рис. 10. Institute of Renewable Energy National Academy of Sciences of Ukraine 2019-03-18 Article Article application/pdf https://ve.org.ua/index.php/journal/article/view/191 10.36296/1819-8058.2019.1(56).51-60 Vidnovluvana energetika ; No. 1(56) (2019): Scientific and Applied Journal Vidnovluvana energetika; 51-60 Возобновляемая энергетика; ##issue.no## 1(56) (2019): Научно-прикладной журнал Возобновляемая энергетика; 51-60 Відновлювана енергетика; № 1(56) (2019): Науково-прикладний журнал Відновлювана енергетика; 51-60 2664-8172 1819-8058 10.36296/1819-8058.2019.1(56) uk https://ve.org.ua/index.php/journal/article/view/191/129 Copyright (c) 2019 V. Holovko, V. Kokhanievych, M. Shykhailov, A. Donets, I. Percova https://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/4.0 |
| spellingShingle | wind turbine capacitive drive simulation electrodynamic drive stochastic conditions for changing the wind speed Holovko, V. Kokhanievych, V. Shykhailov, M. Donets, A. Percova, I. IMMEDIATIVE MODEL OF THE CHARGING PROCESS OF THE EMCSENTIAL AC-CUMULATOR OF THE ELECTRODYNAMIC DRIVER PUMP IN ALONE STATE WINDTURBINE |
| title | IMMEDIATIVE MODEL OF THE CHARGING PROCESS OF THE EMCSENTIAL AC-CUMULATOR OF THE ELECTRODYNAMIC DRIVER PUMP IN ALONE STATE WINDTURBINE |
| title_alt | ІМІТАЦІЙНА МОДЕЛЬ ПРОЦЕСУ ЗАРЯДЖЕННЯ ЄМНІСНОГО НАКОПИЧУВАЧА ЕЛЕКТРОДИНАМІЧНОГО ПРИВОДА НАСОСУ АВТОНОМНОЇ ВІТРОЕЛЕКТРО-УСТАНОВКИ |
| title_full | IMMEDIATIVE MODEL OF THE CHARGING PROCESS OF THE EMCSENTIAL AC-CUMULATOR OF THE ELECTRODYNAMIC DRIVER PUMP IN ALONE STATE WINDTURBINE |
| title_fullStr | IMMEDIATIVE MODEL OF THE CHARGING PROCESS OF THE EMCSENTIAL AC-CUMULATOR OF THE ELECTRODYNAMIC DRIVER PUMP IN ALONE STATE WINDTURBINE |
| title_full_unstemmed | IMMEDIATIVE MODEL OF THE CHARGING PROCESS OF THE EMCSENTIAL AC-CUMULATOR OF THE ELECTRODYNAMIC DRIVER PUMP IN ALONE STATE WINDTURBINE |
| title_short | IMMEDIATIVE MODEL OF THE CHARGING PROCESS OF THE EMCSENTIAL AC-CUMULATOR OF THE ELECTRODYNAMIC DRIVER PUMP IN ALONE STATE WINDTURBINE |
| title_sort | immediative model of the charging process of the emcsential ac-cumulator of the electrodynamic driver pump in alone state windturbine |
| topic | wind turbine capacitive drive simulation electrodynamic drive stochastic conditions for changing the wind speed |
| topic_facet | wind turbine capacitive drive simulation electrodynamic drive stochastic conditions for changing the wind speed вітроелектроустановка ємнісний накопичувач імітаційне моделювання електродинамічний привод стохастичні умови зміни рівня швидкості вітру |
| url | https://ve.org.ua/index.php/journal/article/view/191 |
| work_keys_str_mv | AT holovkov immediativemodelofthechargingprocessoftheemcsentialaccumulatoroftheelectrodynamicdriverpumpinalonestatewindturbine AT kokhanievychv immediativemodelofthechargingprocessoftheemcsentialaccumulatoroftheelectrodynamicdriverpumpinalonestatewindturbine AT shykhailovm immediativemodelofthechargingprocessoftheemcsentialaccumulatoroftheelectrodynamicdriverpumpinalonestatewindturbine AT donetsa immediativemodelofthechargingprocessoftheemcsentialaccumulatoroftheelectrodynamicdriverpumpinalonestatewindturbine AT percovai immediativemodelofthechargingprocessoftheemcsentialaccumulatoroftheelectrodynamicdriverpumpinalonestatewindturbine AT holovkov ímítacíjnamodelʹprocesuzarâdžennâêmnísnogonakopičuvačaelektrodinamíčnogoprivodanasosuavtonomnoívítroelektroustanovki AT kokhanievychv ímítacíjnamodelʹprocesuzarâdžennâêmnísnogonakopičuvačaelektrodinamíčnogoprivodanasosuavtonomnoívítroelektroustanovki AT shykhailovm ímítacíjnamodelʹprocesuzarâdžennâêmnísnogonakopičuvačaelektrodinamíčnogoprivodanasosuavtonomnoívítroelektroustanovki AT donetsa ímítacíjnamodelʹprocesuzarâdžennâêmnísnogonakopičuvačaelektrodinamíčnogoprivodanasosuavtonomnoívítroelektroustanovki AT percovai ímítacíjnamodelʹprocesuzarâdžennâêmnísnogonakopičuvačaelektrodinamíčnogoprivodanasosuavtonomnoívítroelektroustanovki |