MODELING THE OPERATION OF A HYDRO–ACCUMULATING POWER PLANT IN THE PUMP MODE AT POWER SUPPLY FROM THE WIND POWER PLANT

As the installed capacity of renewable energy sources on the basis of solar and wind power plants increases, the need for backup power sources increases. The serious disadvantages of renewable energy sources, which limit their widespread use, include the low density of energy flows and their variabi...

Повний опис

Збережено в:
Бібліографічні деталі
Дата:2019
Автор: Verbovij, А.
Формат: Стаття
Мова:Українська
Опубліковано: Institute of Renewable Energy National Academy of Sciences of Ukraine 2019
Теми:
Онлайн доступ:https://ve.org.ua/index.php/journal/article/view/231
Теги: Додати тег
Немає тегів, Будьте першим, хто поставить тег для цього запису!
Назва журналу:Vidnovluvana energetika
Завантажити файл: Pdf

Репозитарії

Vidnovluvana energetika
_version_ 1871103295967199232
author Verbovij, А.
author_facet Verbovij, А.
author_institution_txt_mv [ { "author": "А. Verbovij", "institution": "Institute of Renewable Energy of the National Academy of Sciences of Ukraine, 02094, 20А Hnata Khotkevycha St., Kyiv, Ukraine." } ]
author_sort Verbovij, А.
baseUrl_str https://ve.org.ua/index.php/journal/oai
collection OJS
datestamp_date 2026-07-18T06:32:13Z
description As the installed capacity of renewable energy sources on the basis of solar and wind power plants increases, the need for backup power sources increases. The serious disadvantages of renewable energy sources, which limit their widespread use, include the low density of energy flows and their variability over time. In particular, this factor influences the production of electricity by wind and photo power plants: the schedule of energy production is probabilistic. The source of the shunting power may be a pumped hydro electrical station. Hydropower plants for a long time have proven themselves to be relatively simple and reliable with maximum maneuverability - fast dialing and load relief, a large range of regulation. A simulation model of a pumped hydroelectrical station for powering an induction motor of a centrifugal pump from a wind turbine with an induction generator is developed. The known model is a wind turbine with an asynchronous generator in the composition of a wind-driven diesel system in an isolated electrical network, which was supplemented by an induction motor, switches, a centrifugal pump, connecting pipelines, tanks, sensors and devices for displaying the necessary characteristics. The model is implemented in the modern mathematical package MATLAB. The advantages and disadvantages of an induction generator are determined on the basis. With the help of the created model, theoretical studies of the work of a wind turbine with an induction generator were carried out using a stochastic component of wind speed. The influence of the stochastic component of wind speed on the output parameters of an induction generator, such as speed, frequency, voltage, current, are analyzed. Studies of an induction motor with load from a centrifugal pump in dynamic and quasi-static modes were also carried out. Ref. 25, fig. 6.
doi_str_mv 10.36296/1819-8058.2019.4(59).56-63
first_indexed 2025-07-17T11:37:49Z
format Article
fulltext ISSN 1819-8058 (Print) ГІДРОЕНЕРГЕТИКА ISSN 2664-8172 (Online) © А.П. Вербовий, 2019 Відновлювана енергетика. 2019. № 4 56 УДК 621.224.24 DOI: https://doi.org/10.36296/1819-8058.2019.4(59).56-63 МОДЕЛЮВАННЯ РОБОТИ ГІДРОАКУМУЛЮВАЛЬНОЇ ЕЛЕКТРОСТАНЦІЇ В НАСОСНОМУ РЕЖИМІ ПРИ ЖИВЛЕНІ ВІД ВІТРОЕЛЕКТРОСТАНЦІЇ З АСИНХРОННИМ ГЕНЕРАТОРОМ А.П. Вербовий, канд. техн. наук Інститут відновлюваної енергетики НАН України, 02094, вул. Гната Хоткевича, 20А м. Київ, Україна По мірі збільшення встановлених потужностей відновлюваних джерел енергії на основі сонячних та вітроелектростанцій – збільшується необхідність у резервних джерелах потужності. До серйозних недоліків відновлюваних джерел енергії, які обмежують їх широке застосування, відносяться невисока щільність енергетичних потоків і їх мінливість у часі. Особливо цей фактор впливає на виробництво електроенергії вітро– і фото електростанціями: графік виробництва енергії має імовірнісний характер. Джерелом маневрової потужності може бути гідроакумулювальна електростанція. Гідроакуму- лювальні електростанції за досить тривалий час зарекомендували себе як відносно прості і надійні станції, що володіють максимальними маневреними можливостями – швидким набором та скиданням навантаження, великим діапазоном регу- лювання. Розроблена імітаційна модель гідроакумулювальної електростанції при живленні асинхронного двигуна відцент- рового насосу від вітротурбіни з асинхронним генератором. За основу взята відома модель вітротурбіна з асинхронним генератором в складі вітродизельної системи в ізольованій електричній мережі, яка була доповнена асинхронним двигуном, перемикачами, відцентровим насосом, з'єднувальними трубопроводами, резервуарами, сенсорами і приладами для відобра- ження необхідних характеристик. Модель реалізована у сучасному математичному пакеті MATLAB. Визначено основні переваги і недоліки асинхронного генератора. За допомогою створеної моделі були проведені теоретичні дослідження ро- боти вітротурбіни з асинхронним генератором при застосуванні стохастичної складової швидкості вітру. При цьому було проаналізовано вплив стохастичної складової швидкості вітру на вихідні параметри асинхронного генератора, такі як, швидкість, частота, напруга, струм. Також були проведені дослідження асинхронного двигуна з навантаженням від від- центрового насосу в динамічних і квазістатичних режимах роботи. Бібл. 25, рис. 6. Ключові слова: гідроакумулювальна електростанція, відцентровий насос, швидкість, частота, напруга, струм. MODELING THE OPERATION OF A HYDRO–ACCUMULATING POWER PLANT IN THE PUMP MODE AT POWER SUPPLY FROM THE WIND POWER PLANT A. Verbovij, candidate of technical science Institute of Renewable Energy of the National Academy of Sciences of Ukraine, 02094, 20А Hnata Khotkevycha St., Kyiv, Ukraine. As the installed capacity of renewable energy sources on the basis of solar and wind power plants increases, the need for backup power sources increases. The serious disadvantages of renewable energy sources, which limit their widespread use, include the low density of energy flows and their variability over time. In particular, this factor influences the production of electricity by wind and photo power plants: the schedule of energy production is probabilistic. The source of the shunting power may be a pumped hydro electrical station. Hydropower plants for a long time have proven themselves to be relatively simple and reliable with maximum ma- neuverability - fast dialing and load relief, a large range of regulation. A simulation model of a pumped hydroelectrical station for powering an induction motor of a centrifugal pump from a wind turbine with an induction generator is developed. The known model is a wind turbine with an asynchronous generator in the composition of a wind-driven diesel system in an isolated electrical network, which was supplemented by an induction motor, switches, a centrifugal pump, connecting pipelines, tanks, sensors and devices for displaying the necessary characteristics. The model is implemented in the modern mathematical package MATLAB. The advantages and disadvantages of an induction generator are determined on the basis. With the help of the created model, theoretical studies of the work of a wind turbine with an induction generator were carried out using a stochastic component of wind speed. The influence of the stochastic component of wind speed on the output parameters of an induction generator, such as speed, frequency, voltage, current, are analyzed. Studies of an induction motor with load from a centrifugal pump in dynamic and quasi-static modes were also carried out. Ref. 25, fig. 6. Keywords: pumped hydroelectrical station, centrifugal pump, speed, frequency, voltage, current. https://doi.org/10.36296/1819-8058.2019.4(59).56-63 ISSN 1819-8058 (Print) ГІДРОЕНЕРГЕТИКА ISSN 2664-8172 (Online) Відновлювана енергетика. 2019. № 4 57 А.П. Вербовий A. Verbovij Відомості про автора: старший науковий співробітник відділу гідроенергетики, Інсти- туту відновлюваної енергетики НАНУ. Освіта: Національний технічний університет України «Київський політехнічний інститут імені Ігоря Сікорського». Спеціальність: "Електропривод та автоматизація промисло- вих установок". Наукова сфера: перетворення відновлюва- них видів енергії, мала гідроенергетика. Публікації: 129. ORCID: 0000–0003–2838–6032. Контакти: тел./факс: +38–044–206–28–09 e–mail: hydro@ive.org.ua Author information: senior research of Hydropower Engineering Department, Institute of Renewable Energy NAS of Ukraine Education: Natiωnal Technical University of Ukraine «Igor Sikorsky Kyiv Polytechnic Institute». Specialty: "Electric drive and automation of industrial instalations”. Research area: conversion of renewable energy types, small hydropower. Publications: 129. ORCID: 0000–0003–2838–6032. Contacts: tel./fax: +38–044–206–28–09 e–mail: hydro@ive.org.ua Перелік умовних позначень та скорочень: ВДЕ – відновлювані джерела енергії; ВЕС – вітроелектростанція; ФЕС – фотоелектростанція; ГАЕС – гідроакумулювальна електростанція; АГ – асинхронний генератор; АД – асинхронний двигун; ККД – коефіцієнт корисної дії; N – потужність; H – напір; Q – витрата. Вступ. До серйозних недоліків відновлюва- них джерел енергії (ВДЕ), які обмежують їх ши- роке застосування, відносяться невисока щіль- ність енергетичних потоків і їх мінливість у часі [1,2]. Особливо цей фактор впливає на виробниц- тво електроенергії вітро– і фотоелектростанціями (ВЕС, ФЕС): графік виробництва енергії ВЕС та ФЕС має імовірнісний характер і не збігається з графіком споживання енергії в електроенергети- чній системі; процес виробництва енергії ВЕС та ФЕС характеризується нестабільністю парамет- рів електроенергії, зумовленою пульсаціями швидкості вітру і зміною інтенсивності сонячно- го випромінювання [3,4]. Необхідні технології, здатні тимчасово акумулювати надлишки "зеле- ної електрики" і тим самим вирівнювати подібні коливання. Найбільш апробованим способом на- копичення електроенергії є гідроакумулюючі електростанції (ГАЕС) [5]. В години пікових на- вантажень воду застосовують для виробництва електроенергії, що віддається в мережу, а при падінні навантаження вона накопичується в во- досховище [6,7]. Устаткування ГАЕС досить на- дійно, а для малих електростанцій не потрібно постійного обслуговування і спостереження, процеси їх управління легко піддаються автома- тизації. Тому кілька малих ГАЕС можуть експлу- атуватися без постійної присутності персоналу, а їх обслуговування зводиться до періодичних профілактичних оглядів. В даний час в світі при будівництві сучасних ГАЕС застосовується гідроагрегати зворотної дії, при якій насос працює як в насосному, так і тур- бінному режимах, а двигун насосу в генератор- ному. На малих ГАЕС в якості гідромашин зво- ротної дії можуть встановлюватися серійні насо- си замість турбін, так як вони покривають широ- кий діапазон по напорам (10 – 100 м) і витратам (0.01 – 10 м3/с). Особливість використання насосу в якості турбіни полягає в тому, що при однако- вому числі обертів витрата насосу становить тільки частину витрати, отриманої при роботі його в якості турбіни, якщо подоланий насосом напір рівний напору турбіни [9,10]. Дослідження можливості використання насосів у якості турбін для генерування енергії проводилися в 90–х ро- ках в Німеччині [11], Англії [12], Ірані [13], Індії [14] та інших країнах. Зростання останнім часом кількість публікацій про проведення досліджень з даної тематики в Англії, США, а також про за- стосування в країнах, що розвиваються підтвер- джує необхідність і перспективність використан- ня насосів у малій гідроенергетиці. На сучасних ВЕС в основному застосовують- ся генератори змінного струму такі, як синхронні і асинхронні [15]. Стаття присвячена досліджен- ню роботи ГАЕС в насосному режимі при жив- ленні від ВЕС з асинхронним генератором (АГ). Основні переваги і недоліки асинхронного генератора. АГ відрізняються простотою екс- плуатації та обслуговування, легко включаються на паралельну роботу, а форма кривої вихідної напруги у них ближче до синусоїдальної, ніж у синхронного генератора (СГ) при роботі на одне і те ж навантаження. Крім того, маса АГ потуж- ністю 5 – 100 кВт приблизно в 1,3 – 1,5 рази менше маси СГ такої ж потужності [16]. При цьому в конструктивному відношенні вони нічим не відрізняються від звичайних асинхронних двигунів і їх серійне виробництво можливо на електромашинобудівних заводах, що випускають асинхронні машини. Клір–фактор, або коефіцієнт гармонік, кіль- кісно характеризує наявність вищих гармонік в mailto:hydro@ive.org.ua mailto:hydro@ive.org.ua ISSN 1819-8058 (Print) ГІДРОЕНЕРГЕТИКА ISSN 2664-8172 (Online) Відновлювана енергетика. 2019. № 4 58 вихідній напрузі генератора. Вищі гармоніки ви- кликають лише даремний нагрів і нерівномір- ність обертання електромашини, нестійкість в роботі електронних приладів з імпульсно– фазовим керуванням і т.п. Стандарти допускають величину клір–фактора не більше 15%, що нерід- ко спостерігається в синхронних генераторах. Клір–фактор АГ не перевищує 2%. АГ практично виробляє тільки корисну електроенергію без шкідливих складових [17]. Один з недоліків АГ – це те, що вони є спо- живачами значної реактивної потужності (50% і більше від повної потужності), необхідної для створення магнітного поля в машині, яка повинна надходити з мережі при паралельній роботі асин- хронного двигуна в генераторному режимі з ме- режею або від іншого джерела реактивної поту- жності (батареї конденсаторів (БК) або синхрон- ного компенсатора (СК)) при автономній роботі АГ. Для поліпшення експлуатаційних властивос- тей асинхронного режиму генератора в ланцюг статора додатково можуть включатися конденса- тори послідовно або паралельно з навантажен- ням. У всіх випадках автономної роботи асинх- ронного двигуна в генераторному режимі джере- ла реактивної потужності (БК або СК) повинні забезпечувати реактивну потужність як АГ, так і навантаження, що має, як правило, реактивну (індуктивну) складову ( 1ncos ). В такому ви- падку маса і розміри БК або СК можуть переве- ршувати масу АГ. Імітаційна модель ГАЕС в насосному ре- жимі роботи при живленні від ВЕС з АГ. Впровадження в практику більш досконалих ме- тодів розрахунку і проектування, заснованих на максимально повному врахуванні реальних па- раметрів всієї вітро– та гідромеханічної системи, дозволяють отримати розрахункові технічні ха- рактеристики і параметри створюваного об'єкта при необхідних навантаженнях і передбачуваних умовах експлуатації. Для дослідження роботи моделі ГАЕС в на- сосному режимі при живленні від ВЕС з АГ до- цільно її реалізувати в сучасних математичних програмних пакетах. При цьому значно скорочу- ються витрати на проведення безпосереднього чисельного експерименту, тому що параметри моделі уточнюються ще в ході комп'ютерного моделювання. У більшості випадків сучасні засо- би моделювання дозволяють забезпечити висо- кий рівень адекватності моделі. Одним з таких засобів, завдяки своїм функціональним і інтер- фейсним можливостям, який найбільш широко використовувається при проведенні різного роду розрахунків та досліджень є математичний паке- та MATLAB [18,19]. Для моделювання роботи ГАЕС в насосному режимі при живленні від ВЕС візьмемо за основу імітаційну модель, яка представлена в [20], де досліджується вітротурбіна з асинхронним гене- ратором в складі вітродизельної системи в ізо- льованій електричній мережі. До складу моделі входять вітротурбіна з асинхронним генерато- ром, повна потужність якого складає 275 кВт, а також вітродизельна система з синхронною ма- шиною потужністю 300 кВт. При низькій швид- кості вітру АГ і дизельний синхронний генератор (СГ) працюють паралельно для подачі необхідної напруги на навантаження. Коли енергія вітру пе- ревищує потужність навантаження, дизельний генератор вимикається, і синхронна машина пра- цює як синхронний компенсатор. В даній моделі робота дизель–генератора не моделюється. Нава- нтаження складається з основного – потужністю 50 кВт, додаткового – 25 кВт і вторинного. Вто- ринний блок навантаження використовується для регулювання частоти всієї системи шляхом пог- линання надлишкової енергії вітру, коли вона перевищує попит споживачів. Величина наван- таження може змінюватися від 0 до 446,25 кВт з кроком в 1,75 кВт як в одну, так і в іншу сторону. Для вирівнювання частоти мережі застосова- ний регулятор, який використовує стандартну систему автоматичного підстроювання. Виміряна частота порівнюється з заданою для отримання похибки відхилення по частоті. Ця похибка інте- грується для отримання фазової похибки, яка по- тім використовується пропорційно-диференцій- ним (PID) контролером для отримання вихідного сигналу, який представляє собою необхідну кіль- кісну величину потужності вторинного наванта- ження. Цей сигнал керує перемиканням восьми трифазних резисторів вторинного навантаження. З метою мінімізації коливань напруги переми- кання виконується при перетині синусоїди на- пруги нульової позначки. Модель [20] була доповнена блоками асинх- ронного двигуна АД (тип 4А200М4У3, РпАД =37 кВт, nпот = 1474 об/хв), відцентрового насосу (тип СМ150–125–315–4, номінальна пода- ча – 200 м³/год, напір – 32 м), двох резервуарів, з'єднувальних трубопроводів і вимірювальних приладів (рис. 1) [21]. Номінальні данні напруги і частоти були приведені до стандартних величин, тобто 380лU В і 501 f Гц. Номінальні поту- жності не змінювались. АД представляє собою активно–індуктивне навантаження і при під'єд- нанні його до клем збудженого АГ споживана ISSN 1819-8058 (Print) ГІДРОЕНЕРГЕТИКА ISSN 2664-8172 (Online) Відновлювана енергетика. 2019. № 4 59 генератором реактивна потужність зміниться. Це явище необхідно врахувати та компенсувати реа- ктивну потужність АД збільшенням ємності збу- дження по формулі [22] 2 1 л АДnАД Uf )tg(P C    , (1) де nАДP – номінальна потужність АД; АД – кут зсуву між напругою і струмом; 1f – частота ме- режі; лU – лінійна напруга. Додаткова ємність приєднана до клем АД і підключається до мережі одночасно з двигуном. Робота і дослідження моделі проводилось за наступним алгоритмом при допущенні, що кут повороту лопаті приймаємо постійним і рівним 1 : в початковий момент сигнал стохастичної складової швидкості вітру надходить на блок віт- ротурбіни, з якої сигнал обертового моменту по- дається на АГ, вихідна напруга генератора над- ходить на навантаження; на 10 с відключається додаткове навантаження, а на 12 с до мережі під- ключається АД, який обертає відцентровий на- сос, для перекачування води з нижнього резерву- ару до верхнього. Рис. 1. Схема моделі ГАЕС в насосному режимі роботи при живленні від ВЕС з АГ. Fig. 1. The scheme of the model of the PHES in the pumping mode of operation at power supply from the WPP with the AG. Результати моделювання ГАЕС в насосно- му режимі роботи при живленні від ВЕС з АГ. На рис. 2 зображені графіки частоти. При застосу- ванні стохастичної складової швидкості вітру (рис. 3) [23] спостерігаються коливання частоти, які най- більші в моменти комутації та знаходяться в межах 0.42-0.73 Гц. Також при значних поривах вітру бі- льше 2 м/с частота також коливається в порів- нянні з усталеними режимами, але за допомогою регулятора автоматичного підстроювання частота повертається до значень, близьких номінальним. На рис. 4 зображенні графіки швидкості АГ і АД. Швидкість генератора має також коливаль- ний характер і змінюється в межах від 158 до 162 рад/с. Швидкість АД змінюється тільки в момент пуску, тобто в динамічному режимі. В квазіста- тичному режимі вона практично не відхиляється від номінальної [24]. ISSN 1819-8058 (Print) ГІДРОЕНЕРГЕТИКА ISSN 2664-8172 (Online) Відновлювана енергетика. 2019. № 4 60 Рис. 2. Графік частоти вихідної напруги АГ. Fig. 2. Graph of the frequency of the output voltage AG. Рис. 3. Стохастична складова швидкості вітру. Fig. 3. Stochastic component of wind speed. Рис. 4. Швидкість АГ і АД. Fig. 4. Speed AG and AM. Графік вихідної напруги рис. 5 має вигляд синусоїди, дійсне значення якого складає 380 В. На всьому проміжку моделювання відбуваються коливання напруги, які не перевищують 5 В [25]. При від'єднанні додаткового навантаження і під- ключенні АД спостерігається падіння напруги до 360 В, а потім її зростання до 400 В внаслідок виникнення перехідного режиму. Після зростан- ня швидкості АД до номінальної напруга набли- жається до номінального значення. ISSN 1819-8058 (Print) ГІДРОЕНЕРГЕТИКА ISSN 2664-8172 (Online) Відновлювана енергетика. 2019. № 4 61 Рис. 5. Графік вихідної напруги АГ. Fig. 5. Graph of output voltage AG. Зовсім по іншому виглядає характер зміни струму АГ (рис. 6), який має мінливий характер і залежить від навантаження і швидкості генера- тора, в свою чергу швидкість генератора зале- жить від швидкості вітротурбіни, яка в свою чергу залежить від поривів вітру. В начальний момент і в моменти комутації спостерігаються кидки струму АГ. Він приблизно у два рази бі- льший від номінального значення і складає 360 і 192 А відповідно. При поривах вітру більше 2 м/с струм АГ може значно збільшуватися, або зменшуватися від номінальних значень. При по- ривах вітру менших 2 м/с відхилення значень струму мінімальні, які наближаються до номіна- льних значень. Для порівняння були проведені дослідження при постійному сигналі швидкості вітру в = 10 м/с. В цьому випадку збільшення значень струму відбувається тільки в моменти комутації, а в усталеному режимі дійсне значен- ня струму постійне. Рис. 6. Графік струму статора АГ. Fig. 6. AG stator current graph. Струми статора і ротора АД не відрізняються від таких, як і при живленні від потужної мережі. Тобто в усталеному режимі вони номінальні, а в пусковому режимі досягають 5–7 кратних значень. Це відбувається внаслідок того, що при живленні від АГ вітротурбіни АД розвиває практично повну потужність і номінальну швидкість. В цьому випа- дку відцентровий насос працює з максимальними коефіцієнтом корисної дії, подачею і напором. Висновки. В роботі доведено, що стохастич- на складова швидкості вітру суттєво впливає на частоту обертання та механічний момент генера- тора, що зумовлює зміну вихідних електричних параметрів. Імітаційна модель з урахуванням збурень швидкості вітру дозволяє досліджувати поведінку ВЕУ з АГ для живлення АД з наванта- женням від відцентрового насосу, як в стаціонар- них, перехідних, так і в аварійних режимах робо- ти. Перехідні процеси в досліджуваній системі цілком задовільні з точки зору стійкості, швид- кодії, рівня і періоду коливань. Для стабілізації струму генератора модель вітротурбіни необхід- но доповнити зворотнім зв'язком по швидкості для регулювання кута повороту лопатей. ISSN 1819-8058 (Print) ГІДРОЕНЕРГЕТИКА ISSN 2664-8172 (Online) Відновлювана енергетика. 2019. № 4 62 1. Холодов Д.В., Обухов Е.В., Степанов В.Н., Полнарев С.Я. Нетрадиционные стратегии в освоении природных энергоресурсов приморских регионов Украины. О. Астро- принт. 2003. 162 с. 2. Кривцов В.С., Алейников А.М., Яковлев А.И. Неис- черпаемая энергия. Кн.1. Ветроэлектрогенераторы. Учебник. Харьков. Нац. аэрокосм. ун–т «Харьк.авиац. ин–т». Сева- стополь. Севаст. нац. техн. ун–т. 2003. 400 с. 3. Barnhart J.Ch., Dale M., Brandtb A.R., Bensona S.M. The energetic implications of curtailing versus storing solar- and wind-generated electricity. Energy Environ. Sci. 2013. № 6. Pp. 2804-2810. 4. Харитонов В.П. Автономные ветроэлектрические установки. М. 2006. 280 с. 5. Vasko P., Verbovij A., Moroz A., Pazych S. Ibragimova M., Sahno L. Concept of Accumulation of Energy from Photo- voltaic and Wind Power Plants by Means of Seawater Pumped Hydroelectric Energy Storage. IEEE 6th International Confer- ence on Energy Smart Systems (ESS). Kyiv. Ukraine. 2019. Pp. 188-191. doi: 10.1109/ESS.2019.8764167. 6. Серебряников Н.И., Родионов В.Г., Кулешов А.П., Магрук В.И., Иванущенко В.С. Гидроаккумулирующие элек- тростанции. Строительство и эксплуатация Загорской ГАЭС. М. Издательство НЦ ЭНАС. 2000. 368 с. ISBN 5- 93196-024-4. 7. Синюгин В.Ю., Магрук В.И., Родионов В.Г. Гидроаккумулирующие электростанции в современной электроэнергетике. М. Издательство НЦ ЭНАС. 2008. 352 с. ISBN 978-593196-917-6. 8. Schnitzer V. Pumpenantriebe mit regenerativer Energie; ihre besondere Anforderungen an Pumpen. Pumpentagung Karlsruhe’92. Fachgemeinschaft Pumpen im VDMA. Frank- furt/Main. Oktober. 1992. Beitrag A5-11. 9. Pumps as turbines for hydraulic energy recovery and small hydropower purposes in Poland. 2008. [Електронний ресурс]. URL: https://www.researchgate.net/publication/ 269992946 (дата звернення: 12.09.2019). 10. Baumgarten S., Guder. W. Pumpen als Turbinen. S. Baumgarten. KSB Pump company. Technik kompakt. July 2005. № 11. Pp. 2-9. 11. Williams A.A. The turbine performance of centrifugal pumps: a comparison of predictionmethods. Proc. IMech. Part A. 1994. Vol. 208. Pp. 59-66. 12. Nourbakhsh A., Derakhshan S. Mini and Micro Hydropower Stations for Production Inexpensive Energy. HIDROENERGIA 2008-05-04. Intern. Conf. and Exhibition. SMALL HYDROPOWER. Bled–Slovenia. 11-13 June 2008. 13. Singh P. Ramasubramanian V., Rao A. Performance Evaluation of the Pump as Turbine based Micro Hydro Project in Kinko Village. Tanzania. P. Singh. Himalayan Small Hydropower Summit. Dehradun. India. October 12-13. 2006. Pp. 159-166. 14. Maher P. Smith N.A., Williams A.A. Assessment of pico hydro as an option for off–gridelectrification in Kenya. Renewable Energy. 2003. Vol. 28. Pp. 1357-1369. 15. Фатеев Е.М. Ветродвигатели и ветроустановки. М. Гос. изд. сельхоз. лит. 1957. 536 с. 16. Вольдек А.И. Электрические машины. 2–е изд. Л. Энергия. 1974. 840 c. 17. Васько П.Ф., Головко В.М., Вербовий А.П. Вищі га- рмонійні складові напруги і струму асинхронного генерато- ра с короткозамкненою обмоткою ротора у складі малих вітро- та гідроелектричних установок. Відновлювана енер- гетика. 2016. № 4(47). С. 63-67. 18. Черных И.В. SIMULINK: среда создания инженер- ных приложений. М. ДИАЛОГ МИФИ. 2004. 496 с. 19. Дьяконов В.П. MATLAB 6/6.1/6.5 + SIMULINK 4/5 в математике и моделировании. М. Солон-Пресс. 2003. 768 с. 20. Gagnon R., Saulnier B., Sybille G., Giroux P. Modeling of a Generic High–Penetration No–Storage Wind–Diesel System Using Matlab/Power System Blockset. Global Windpower Con- ference. April 2002. Paris. France. 21. Вербовий А.П. Структурна схема імітаційної моделі автономної гідроакумулювальної електростанції. Матеріали 20 міжнародної наук.–практ. конференції «Відновлювана енергетика і енергоефективність у 21 столітті». 15-16 травня 2019 р. Київ. С. 506-510. 22. Лежнюк П.Д., Никиторович Р.В., Нгома Ж.–П. Компенсация реактивной мощности асинхронных генерато- ров на малых гидроэлектростанциях. Энергетика и электро- техника. Наукові праці. ВНТУ. 2008. № 2. C.1-7. 23. Васько П.Ф., Вербовий А.П., Пазич С.Т. Реалізація стохастичної моделі поздовжньої складової швидкості вітру для задач вітроенергетики. Відновлювана енергетика. 2017. № 3. C. 54-61. 24. Вербовий А.П., Пазич С.Т. Моделювання динамічних і квазістатичних режимів роботи вітроводонасосної установки з урахуванням стохастичної складової швидкості вітру. Відновлювана енергетика. 2018. № 4(55). C. 25-33. 25. Брыль А.О., Васько В.П., Васько П.Ф., Соловйов П.Б. Математическое моделирование пусковых режимов синхрон- ных и асинхронных генераторов малых ГЭС. Альтернативная энергетика и екологія (ISJAEE). 2014. № 15. С.71-81. REFERENCE 1. Holodov D.V., Obuhov E.V., Stepanov V.N., Polnarev S.Y. Netradicionnye strategii v osvoenii prirodnyh energoresursov pri- morskih regionov Ukrainy. [Unconventional strategies in the devel- opment of natural energy resources of the coastal regions of Ukraine]. O. Astroprint. 2003. 162 p. [in Russian]. 2. Krivcov V.S., Alejnikov A.M., Yakovlev A.I. Neischerpaemaya energiya. Kn.1. Vetroelektrogeneratory. [Inexhaustible energy. Book 1. Wind power generators]. Uchebnik. Harkov. Nac. aerokosm. un–t «Hark.aviac. in–t». Sevastopol. Sevast.nac.tehn.un–t. 2003. 400 p. [in Russian]. 3. Barnhart J.Ch., Dale M., Brandtb A.R., Bensona S.M. The energetic implications of curtailing versus storing solar- and wind-generated electricity. Energy Environ. Sci. 2013. No. 6. Pp. 2804-2810. [in English]. 4. Haritonov V.P. Avtonomnye vetroelektricheskie ustanovki. [Autonomous wind power installations]. M. 2006. 280 p. [in Russian]. 5. Vasko P., Verbovij A., Moroz A., Pazych S., Ibragimova M., Sahno L.Concept of Accumulation of Energy from Photovol- taic and Wind Power Plants by Means of Seawater Pumped Hy- droelectric Energy Storage. 2019 IEEE 6th International Confer- ence on Energy Smart Systems (ESS). Kyiv. Ukraine. 2019. Pp. 188-191. doi: 10.1109/ESS.2019.8764167. [in English]. 6. Serebryanikov N.I., Rodionov V.G., Kuleshov A.P., Ma- gruk V.I., Ivanushenko V.S. Gidroakkumuliruyushie el- ektrostancii. Stroitelstvo i ekspluataciya Zagorskoj GAES. [Pumped hydro electric stations. Construction and operation of the Zagorsk PHES]. M. Izdatelstvo NC ENAS. 2000. 368 p. ISBN 5-93196-024-4. [in Russian]. 7. Sinyugin V.Yu., Magruk V.I., Rodionov V.G. Gidroak- kumuliruyushie elektrostancii v sovremennoj elektroenergetike. [Pumped hydro electric stations in modern electric power indus- try]. M.Izdatelstvo NC ENAS. 2008. 352 p. ISBN 978-593196- 917-6. [in Russian]. 8. Schnitzer V. Pumpenantriebe mit regenerativer Energie; ihre besondere Anforderungen an Pumpen. Pumpentagung Karlsruhe’92. Fachgemeinschaft Pumpen im VDMA. Frankfurt Main. Oktober 1992. Beitrag A5–11. [in German]. 9. Pumps as turbines for hydraulic energy recovery and small hydropower purposes in Poland. [Electronic re- https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%A1%D0%BB%D1%83%D0%B6%D0%B5%D0%B1%D0%BD%D0%B0%D1%8F:%D0%98%D1%81%D1%82%D0%BE%D1%87%D0%BD%D0%B8%D0%BA%D0%B8_%D0%BA%D0%BD%D0%B8%D0%B3/5931960244 https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%A1%D0%BB%D1%83%D0%B6%D0%B5%D0%B1%D0%BD%D0%B0%D1%8F:%D0%98%D1%81%D1%82%D0%BE%D1%87%D0%BD%D0%B8%D0%BA%D0%B8_%D0%BA%D0%BD%D0%B8%D0%B3/5931960244 https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%A1%D0%BB%D1%83%D0%B6%D0%B5%D0%B1%D0%BD%D0%B0%D1%8F:%D0%98%D1%81%D1%82%D0%BE%D1%87%D0%BD%D0%B8%D0%BA%D0%B8_%D0%BA%D0%BD%D0%B8%D0%B3/9785931969176 ISSN 1819-8058 (Print) ГІДРОЕНЕРГЕТИКА ISSN 2664-8172 (Online) Відновлювана енергетика. 2019. № 4 63 source].URL: https://www.researchgate.net/publication/ 269992946. (Applying date: 12.09.2019). [in English]. 10. Baumgarten S., Guder W. Pumpen als Turbinen.. KSB Pump company. Technik kompakt. July 2005. No. 11. Pp. 2-9. [in English]. 11. Williams A.A. The turbine performance of centrifugal pumps: a comparison of predictionmethods. Proc. IMech. Part A. 1994. Vol. 208. Pp. 59-66. [in English]. 12 Nourbakhsh A., Derakhshan S. Mini and Micro Hydropower Stations for Production Inexpensive Energy. HIDROENERGIA 2008-05-04. Intern. Conf. and Exhibition. SMALL HYDROPOWER. Bled–Slovenia. 11-13 June 2008. [in English]. 13. Singh P. Ramasubramanian V., Rao A. Performance Evaluation of the Pump as Turbine based Micro Hydro Project in Kinko Village. Tanzania. P. Singh. Himalayan Small Hydropower Summit. Dehradun. India. October 12-13. 2006. Pp. 159-166. [in English]. 14. Maher P. Smith N.A., Williams A.A. Assessment of pico hydro as an option for off–gridelectrification in Kenya. Renewa- ble Energy. 2003. Vol. 28. Pp. 1357-1369. [in English]. 15. Fateev E.M. Vetrodvigateli i vetroustanovki. [Wind turbines and wind instalations]. M. State publ. of agric. lit. 1957. 536 p. [in Russian]. 16. Voldek A.I. Elektricheskie mashiny. [Electric machines]. 2 edition. L. Energy. 1974. 840 p. [in Russian]. 17. Vasko P., Holovko V., Verbovij A. Vyshchi harmoniini skladovi napruhy i strumu asynkhronnoho heneratora s korot- kozamknenoiu obmotkoiu rotora u skladi malykh vitro- ta hidro- elektrychnykh ustanovok. [Analysis of power quality at the out- put of the asynchronous generator with short-circuited in differ- ent operating modes in the small wind and hydroelectric installa- tions on the experimental data]. Vidnovluvana energetika. 2016. No. 4(47). Pp. 63-67. [in Ukraine]. 18. Chernyih, I.V. SIMULINK – Sreda sozdaniya inzhenernyih prilozheniy. [Environment for creating engineering applications]. Moscow. Dialog MIFI. 2004. 496 p. [in Russian]. 19. 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]. 20. Gagnon R., Saulnier B., Sybille G., Giroux P. Modeling of a Generic High–Penetration No–Storage Wind–Diesel System Using Matlab/Power System Blockset. Global Windpower Con- ference. April 2002. Paris. France. [in English]. 21. Verbovij A. Strukturna skhema imitatsiinoi modeli avtonomnoi hidroakumuliuvalnoi elektrostantsii. [Structural diagram of a simulation model of an autonomous pumped hydro electric station]. Proceedings of the 20th International Science – Practical Conference «Renewable Energy and Energy Efficiency in the 21st Century». 2019. Kyiv. Pp. 506-510. [in Ukraine]. 22. Lezhnyuk P.D., Nikitorovich R.V., Ngoma Zh.–P. Kompensaciya reaktivnoj moshnosti asinhronnyh generatorov na malyh gidroelektrostanciyah. [Compensation of the reactive power of asynchronous generators at small hydroelectric power stations]. Power engineering and electrical engineering. Scien- tific works. VNTU. 2008. No. 2. Pp.1-7. [in Russian]. 23. Vasko P., Verbovij A., Pazych S. Realizaciya sto- hastichnoyi modeli pozdovzhnoyi skladovoyi shvidkosti vitru dlya zadach vitroenergetiki. [Implementation of a stochastic model of the longitudinal component of wind speed for wind power problems]. Vidnovluvana energetika. 2017. No. 3. Pp. 54- 61. [in Ukraine]. 24. Verbovij A., Pazych S. Modelyuvannya dinamichnih i kvazistatichnih rezhimiv roboti vitrovodonasosnoyi ustanovki z urahuvannyam stohastichnoyi skladovoyi shvidkosti vitru. [Modeling of dynamic and quasi-static modes of operation of a wind-pumping installation taking into account stochastic com- ponent of wind speed]. Vidnovluvana energetika. 2018. No. 4(55). Pp. 25-33. [in Ukraine]. 25. Bryl A., Vasko V., Vasko P., Solovjov P. Matematich- eskoe modelirovanie puskovyh rezhimov sinhronnyh i asinhronnyh generatorov malyh GES. [Mathematical modeling of starting modes of synchronous and asynchronous generators of small hydropower plants]. Alternative energy and ecology (ISJAEE). 2014. No. 15. Pp.71-81. [in Russian]. МОДЕЛИРОВАНИЕ РАБОТЫ ГДРОАККУМУЛИРУЮЩЕЙ ЭЛЕКТРОСТАНЦИИ В НАСОСНОМ РЕЖИМЕ ПРИ ПИТАНИИ ОТ ВЕТРОЭЕЛЕКТРОСТАНЦИИ С АСИНХРОННЫМ ГЕНЕРАТОРОМ А.П. Вербовой, канд. техн. наук. Институт возобновляимой энергетики НАН Україны 02094, вул. Гната Хоткевича, 20А, м. Киев. По мере увеличения установленных мощностей возобновля- емых источников энергии на основе солнечных и ветроэлек- тростанций - увеличивается необходимость в резервных источниках мощности. Использование возобновляемых ис- точников энергии не делают серьезного негативного влия- ния на окружающую среду, в большинстве своем они явля- ются экологически чистыми и доступными источниками энергии. К серьезным недостаткам возобновляемых источ- ников энергии, которые ограничивают их широкое примене- ние, относятся невысокая плотность энергетических по- токов и их изменчивость во времени. Особенно этот фак- тор влияет на производство электроэнергии ветро- и фото электростанциями: график производства энергии имеет вероятностный характер. Источником маневровой мощно- сти может быть гидроаккумулирующая электростанция. Гидроаккумулирующие электростанции за довольно дли- тельное время зарекомендовали себя как относительно простые и надежные станции, обладающих максимальным маневренными возможностями - быстрым набором и сбро- сом нагрузки, большим диапазоном регулирования. Разра- ботанная имитационная модель гидроаккумулирующей электростанции при питании асинхронного двигателя цен- тробежного насоса от ветротурбины с асинхронным гене- ратором. За основу взята известная модель ветротурбина с асинхронным генератором в составе витродизельной си- стемы в изолированной электрической сети, которая была дополнена асинхронным двигателем, переключателями, центробежным насосом, соединительными трубопровода- ми, резервуарами, сенсорами и приборами для отображения необходимых характеристик. Модель реализована в совре- менном прикладном, математическом пакете MATLAB. Определены основные преимущества и недостатки асин- хронного генератора. С помощью созданной модели были проведены теоретические исследования работы ветротур- бины с асинхронным генератором при применении стоха- стической составляющей скорости ветра. Проанализиро- вано влияние стохастической составляющей скорости вет- ра на выходные параметры асинхронного генератора, та- кие как скорость, частота, напряжение, ток. Также были проведены исследования асинхронного двигателя с нагруз- кой от центробежного насоса в динамических и квазиста- тических режимах работы. Библ. 25, рис. 6. Ключевые слова: гидроаккумулирующая электростанция, центробежный насос, скорость, частота, напряжение, ток. Стаття надійшла до редакції 30.10.19 Остаточна версія 20.12.19 https://www.researchgate.net/publication/
id veorgua-article-231
institution Vidnovluvana energetika
keywords_txt_mv keywords
language Ukrainian
last_indexed 2026-07-19T01:05:56Z
publishDate 2019
publisher Institute of Renewable Energy National Academy of Sciences of Ukraine
record_format ojs
resource_txt_mv veorgua/fa/4d040aa73916318a4a5ccf059763fffa.pdf
spelling veorgua-article-2312026-07-18T06:32:13Z MODELING THE OPERATION OF A HYDRO–ACCUMULATING POWER PLANT IN THE PUMP MODE AT POWER SUPPLY FROM THE WIND POWER PLANT МОДЕЛЮВАННЯ РОБОТИ ГІДРОАКУМУЛЮВАЛЬНОЇ ЕЛЕКТРОСТАНЦІЇ В НАСОСНОМУ РЕЖИМІ ПРИ ЖИВЛЕНІ ВІД ВІТРОЕЛЕКТРОСТАНЦІЇ З АСИНХРОННИМ ГЕНЕРАТОРОМ Verbovij, А. pumped hydroelectrical station, centrifugal pump, speed, frequency, voltage, current. гідроакумулювальна електростанція, відцентровий насос, швидкість, частота, напруга, струм. As the installed capacity of renewable energy sources on the basis of solar and wind power plants increases, the need for backup power sources increases. The serious disadvantages of renewable energy sources, which limit their widespread use, include the low density of energy flows and their variability over time. In particular, this factor influences the production of electricity by wind and photo power plants: the schedule of energy production is probabilistic. The source of the shunting power may be a pumped hydro electrical station. Hydropower plants for a long time have proven themselves to be relatively simple and reliable with maximum maneuverability - fast dialing and load relief, a large range of regulation. A simulation model of a pumped hydroelectrical station for powering an induction motor of a centrifugal pump from a wind turbine with an induction generator is developed. The known model is a wind turbine with an asynchronous generator in the composition of a wind-driven diesel system in an isolated electrical network, which was supplemented by an induction motor, switches, a centrifugal pump, connecting pipelines, tanks, sensors and devices for displaying the necessary characteristics. The model is implemented in the modern mathematical package MATLAB. The advantages and disadvantages of an induction generator are determined on the basis. With the help of the created model, theoretical studies of the work of a wind turbine with an induction generator were carried out using a stochastic component of wind speed. The influence of the stochastic component of wind speed on the output parameters of an induction generator, such as speed, frequency, voltage, current, are analyzed. Studies of an induction motor with load from a centrifugal pump in dynamic and quasi-static modes were also carried out. Ref. 25, fig. 6. По мірі збільшення встановлених потужностей відновлюваних джерел енергії на основі сонячних та вітроелектростанцій – збільшується необхідність у резервних джерелах потужності. До серйозних недоліків відновлюваних джерел енергії, які обмежують їх широке застосування, відносяться невисока щільність енергетичних потоків і їх мінливість у часі. Особливо цей фактор впливає на виробництво електроенергії вітро– і фото електростанціями: графік виробництва енергії  має імовірнісний характер. Джерелом маневрової потужності може бути гідроакумулювальна електростанція. Гідроакумулювальні електростанції за досить тривалий час зарекомендували себе як відносно прості і надійні станції, що володіють максимальними маневреними можливостями – швидким набором та скиданням навантаження, великим діапазоном регулювання. Розроблена імітаційна модель гідроакумулювальної електростанції при живленні асинхронного двигуна відцентрового насосу від вітротурбіни з асинхронним генератором. За основу взята відома модель вітротурбіна з асинхронним генератором в складі вітродизельної системи в ізольованій електричній мережі, яка була доповнена асинхронним двигуном, перемикачами, відцентровим насосом, з'єднувальними трубопроводами, резервуарами, сенсорами і приладами для відображення необхідних характеристик. Модель реалізована у сучасному математичному пакеті MATLAB. Визначено основні переваги і недоліки асинхронного генератора. За допомогою створеної моделі були проведені теоретичні дослідження роботи вітротурбіни з асинхронним генератором при застосуванні стохастичної складової швидкості вітру. При цьому було проаналізовано вплив стохастичної складової швидкості вітру на вихідні параметри асинхронного генератора, такі як, швидкість, частота, напруга, струм. Також були проведені дослідження асинхронного двигуна з навантаженням від відцентрового насосу в динамічних і квазістатичних режимах роботи. Бібл. 25, рис. 6. Institute of Renewable Energy National Academy of Sciences of Ukraine 2019-12-27 Article Article application/pdf https://ve.org.ua/index.php/journal/article/view/231 10.36296/1819-8058.2019.4(59).56-63 Vidnovluvana energetika ; No. 4(59) (2019): Scientific and Applied Journal Vidnovluvana energetika; 56-63 Возобновляемая энергетика; ##issue.no## 4(59) (2019): Научно-прикладной журнал Возобновляемая энергетика; 56-63 Відновлювана енергетика; № 4(59) (2019): Науково-прикладний журнал Відновлювана енергетика; 56-63 2664-8172 1819-8058 10.36296/1819-8058.2019.4(59) uk https://ve.org.ua/index.php/journal/article/view/231/162 Copyright (c) 2019 А. Verbovij https://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/4.0
spellingShingle pumped hydroelectrical station
centrifugal pump
speed
frequency
voltage
current.
Verbovij, А.
MODELING THE OPERATION OF A HYDRO–ACCUMULATING POWER PLANT IN THE PUMP MODE AT POWER SUPPLY FROM THE WIND POWER PLANT
title MODELING THE OPERATION OF A HYDRO–ACCUMULATING POWER PLANT IN THE PUMP MODE AT POWER SUPPLY FROM THE WIND POWER PLANT
title_alt МОДЕЛЮВАННЯ РОБОТИ ГІДРОАКУМУЛЮВАЛЬНОЇ ЕЛЕКТРОСТАНЦІЇ В НАСОСНОМУ РЕЖИМІ ПРИ ЖИВЛЕНІ ВІД ВІТРОЕЛЕКТРОСТАНЦІЇ З АСИНХРОННИМ ГЕНЕРАТОРОМ
title_full MODELING THE OPERATION OF A HYDRO–ACCUMULATING POWER PLANT IN THE PUMP MODE AT POWER SUPPLY FROM THE WIND POWER PLANT
title_fullStr MODELING THE OPERATION OF A HYDRO–ACCUMULATING POWER PLANT IN THE PUMP MODE AT POWER SUPPLY FROM THE WIND POWER PLANT
title_full_unstemmed MODELING THE OPERATION OF A HYDRO–ACCUMULATING POWER PLANT IN THE PUMP MODE AT POWER SUPPLY FROM THE WIND POWER PLANT
title_short MODELING THE OPERATION OF A HYDRO–ACCUMULATING POWER PLANT IN THE PUMP MODE AT POWER SUPPLY FROM THE WIND POWER PLANT
title_sort modeling the operation of a hydro–accumulating power plant in the pump mode at power supply from the wind power plant
topic pumped hydroelectrical station
centrifugal pump
speed
frequency
voltage
current.
topic_facet pumped hydroelectrical station
centrifugal pump
speed
frequency
voltage
current.
гідроакумулювальна електростанція
відцентровий насос
швидкість
частота
напруга
струм.
url https://ve.org.ua/index.php/journal/article/view/231
work_keys_str_mv AT verbovija modelingtheoperationofahydroaccumulatingpowerplantinthepumpmodeatpowersupplyfromthewindpowerplant
AT verbovija modelûvannârobotigídroakumulûvalʹnoíelektrostancíívnasosnomurežimípriživlenívídvítroelektrostancíízasinhronnimgeneratorom