Ветроэнергетика и альтернативная энергетика.

Ветроэнергетика и альтернативная энергетика. (http://windpower-russia.ru/index.php)
-   Электроника (http://windpower-russia.ru/forumdisplay.php?f=9)
-   -   MPPT контроллер для ветра (http://windpower-russia.ru/showthread.php?t=232)

Tema0 04.07.2011 20:11

MPPT контроллер для ветра
 
Есть для солнца контроллеры сделанные по технологии точка максимальной мощности(MPPT), купил такой намедни, ну очень интересный девайс... почему нет аналога для ветра????
Для тех кто не в теме поясню....
MPPT контроллер позволяет снять максимум мощности с солнечной батареи независимо от освещенности и температуры элементов...
в любой момент времени контроллер удерживает ток отдаваемый солнечной батареей нагружая ее или снижая нагрузку на том уровне, на котором произведение напряжения на ток максимально, в точке максимальной мощности...

По сути для ветряка система подобного рода это просто клад....
дело в том, что у нас в ветряке присутствуют две системы из разных разделов науки...
1. ветроколесо
2. электрогенератор.

понятно что попытки расчета сводятся к тому, чтобы максимально согласовать работу этих двух элементов в наших "уникальных условиях" Делается это на этапе проектирования, даже сняв характеристику с генератора и ветроколесо считая под него результат будет несколько не идеален
ибо аэродинамика штука тонкая, да и погрешность изготовления и материал лопасти вносят свои коррективы

в тоже время если задавать нагрузочную характеристику на действующем ветряке ориентируясь ТОЛЬКО на выдаваемую ветрогенератором мощность... загоняя его (генератор) в пик загружая или наоборот снимая нагрузку... подстраиваясь..т.с.
ведь работа этой машины не передается обычной плоской зависимостью вольт/амперной,
график работы системы в сборе трехмерный, добавляется сила ветра, т.е это не кривая... это поверхность
и выглядит она как холм, по идее... так вот наша задача загнать режим работы генератора на самую верхнюю точку этого холма
есть ли такие системы?

Микола 06.07.2011 00:22

Работаем над нечто подобным, только летом мало времени, теперь уж активно осенью займусь.

Сергей 06.07.2011 01:30

Цитата:

Сообщение от Tema0 (Сообщение 10644)
ибо аэродинамика штука тонкая, да и погрешность изготовления и материал лопасти вносят свои коррективы

Ещё какая тонкая. Чуть туда, чуть сюда и быстроходность меняется в разы. Соответственно пик мощности будет совершенно в другом месте.

Цитата:

Сообщение от Tema0 (Сообщение 10644)
так вот наша задача загнать режим работы генератора на самую верхнюю точку этого холма

В наших условиях что-бы снять нагрузочные характеристики винта, то есть зависимость крутящего момента от оборотов на разных ветрах, нам надо какой-то тормозной механизм. Вот в качестве этого механизма и используем генератор. С его помощью хоть как-то можно определить, что там делается на винте. И когда эти данные есть, то можно пробовать их забивать туда, чем занимается Микола. Наверное мы все об одном и том-же. Контролер отбора мощности...

Tema0 06.07.2011 14:03

не нужно ничего никуда забивать....
нужно просто измерять отдаваемую мощность меняя нагрузку на генератор и таким образом искать пик отдаваемой мощности.

представим контроллер заряда как ящик с одним входом и одним выходом.
функция по входу - открывать "некий вентиль" или закрывать его ( имеется ввиду регулировать ток) отыскивая максимум на графике мощности.. т.е отыскивая место где произведение тока на напряжение максимально

функцией выхода является 100% утилизация всей передаваемой мощности... что не лезет в батарейку - суем в бак нагревательный для воды...
это вкратце.
Но при этом мы можем не знать ничего о самом генераторе и о винте... нам это не нужно.
главное не превысить предел по току через устройство, и все.

в принципе вся логика работы понятна...
основная задача передать от входа к выходу информацию о том, какую энергию нужно утилизировать
это нужно для того, чтобы процесс шел как нужно....

ну например...
1.ветра нет, ветряк стоит...
напряжения нет
система не работает.
2. подул ветер слабый ... генератор пока разгружен, нагрузка не подключена... но контроллер начинает фиксировать напряжение на входе и плавно отдавать наращивать мощность в нагрузку ( акб или балласт не важно, )
ветряк начинает затормаживаться, но до определенного времени момента на винте хватает для эффективного вращения генератора
ток увеличивается.... а вот напряжение начинает падать... обусловлено это падение во первых замедлением вращения а во вторых нагрузочной характеристикой самого генератора...
нагружаем пошагово и на каждом шаге смотрим как меняется отдаваемая генератором мощность ищем перегиб при котором рост мощности прекращается и начинается его падение...
переходим в режим удержания... но ток периодически уменьшаем.увеличиваем следя за выхлопом...
т.е просто ищем максимум...

При такой подстраиваемой нагрузке, ветряк будет в режиме ВСЕГДА...
на любом ветре... даже на слабом, т.к изменяемая нагрузка будет уменьшена до нуля при старте... т.к. нет отдачи по мощности... и будет увеличена после старта до того уровня при котором, пропеллер работает в оптимальном режиме для данного ветра


т.е устройство должно быть универсально. и любой бы смог его воткнуть на свой генератор без изменений для получения нужного эффекта

Woleh 06.07.2011 18:19

Цитата:

Сообщение от Tema0 (Сообщение 10741)
т.е устройство должно быть универсально. и любой бы смог его воткнуть на свой генератор без изменений для получения нужного эффекта

Устройство очень нужное!Без него никак необойтись!Но боюсь появиться не скоро! Месяца 4 я искал схему контроллера с нужными характеристиками, на всех возможных языках. Сейчас пытаюсь с помощью специалистов в электронике сделать такой девайс на МК. Всё продвигаеться крайне медленно! А участники форума сумевшие сделать такие девайсы сделали их для комерческого использования! Вот и перебиваемся все кто неимеет супер знаний контроллерами от Бойко и похожими! Все начатые темы в этом направлении уходят в (тень)!

Микола 06.07.2011 23:48

Цитата:

Сообщение от Woleh (Сообщение 10751)
Все начатые темы в этом направлении уходят в (тень)!

Ну уж прямо так категорично. Просто пока нет готового решения, и показать не чего (у меня именно так).

Давайте начнем с алгоритма. Отработаем его досканально, и тогда уж програмно попробуем решить, и только потом в железе. в процессе работы, я как раз и столкнулся с проблемой грамотного исполнения задачи.

gda98 07.07.2011 00:24

Цитата:

Сообщение от Tema0 (Сообщение 10741)
нужно просто измерять отдаваемую мощность меняя нагрузку на генератор и таким образом искать пик отдаваемой мощности.

не получится пока ищешь ветер изменится ;) и это уже будет недостоверное измерение. С солнцем проще, если небо ясное, то изменений длительное время не происходит, а ветер всегда разный и в любой момент.

Добавлено через 1 минуту
Цитата:

Сообщение от Tema0 (Сообщение 10741)
подул ветер слабый ... генератор пока разгружен, нагрузка не подключена... но контроллер начинает фиксировать напряжение на входе и плавно отдавать наращивать мощность в нагрузку ( акб или балласт не важно, )

а ветер изменился и тупик контроллеру :) он то и дело будет плавно искать и никогда не найдет :)

Woleh 07.07.2011 01:08

Цитата:

Сообщение от Микола (Сообщение 10771)
Давайте начнем с алгоритма. Отработаем его досканально, и тогда уж програмно попробуем решить

У меня есть две разработки контроллера. Первая в начальном состоянии на микроконтролере АТmega16.Частично написана программа но её нужно корректировать. Готова схема измерительной части и ШИМ регулятор. Есть восемь каналов открытия балласта! К сожалению человек который мне помогал в этом вопросе изза ряда причин неможет пака продолжить разработку и я с этим проэктом пака в тупике! Если на форуме есть люди умеющие работать с програмированием и готовы помочь то я выложу всю наработку. Схемы,прошивка и файл для Proteusa! Второй вариан разработки к сожелению пака выложить не смогу.Это не мой личный проект и тоже требует доработок!

Сергей 07.07.2011 01:14

gda98, может немножко не в тему но всё таки. Кто-то здесь недавно доходчиво описал что такое приемственность винта. Типа многолопастник намного бвстрее реагирует на изменение потока. Я себе это представляю так. Вертится винт и тут порыв ветра секунды на 2-3. Винт не успел на него отреагировать повышением оборотов, но в этот промежуток времени крутящий момент на нём то возрос. А мы его не используем. Можно как-то в этот момент увеличить нагрузку, базируясь на показания рядом стоящего анемометра? Вроде как увеличить приемственность трёхлопастного винта. Это реально?

Tema0 07.07.2011 09:16

Цитата:

Сообщение от gda98 (Сообщение 10773)
не получится пока ищешь ветер изменится ;) и это уже будет недостоверное измерение.
Добавлено через 1 минуту

а ветер изменился и тупик контроллеру :) он то и дело будет плавно искать и никогда не найдет :)

Тут вопрос в скорости и величине шагов измерений... ведь плавно искать с какой скоростью???? мы пока это не оговорили
скорость шага измерений она чем ограничена??? в основном только механической инерцией генератора а так, чисто теоретически
электроника на однокристалке прекрасно с интервалом в 100мС может отрабатывать процесс снятия показаний и управляющих воздействий в рамках одного шага... но основное время займет стабилизация оборотов при смене нагрузки...
т.ч чисто теоретически скорость набора оборотов при смене ветра и скорость отработки шагов она примерно одинакова и обусловлена одним и тем же фактором - механической инерцией системы
а если методы поисковые комбинировать... метод последовательных приближений он медленный...
а например если использовать метод половинного деления - реакция системы будет более шустрой но менее точной.
хотя порывы она будет отрабатывать точнее. т.е
например если система видит что изменения по времени не сильно большие - можно использовать алгоритм последовательных приближений.. просто качать вокруг точки максимума...
НО если точка максимума начала перемещаться веселее... то тут уж не до "жиру" переходим в режим поиска методом половинного деления и наша задача удержать винт в режиме по максимуму не давая ему раскручиваться порывами ветра

gda98 07.07.2011 10:03

Цитата:

Сообщение от Сергей (Сообщение 10785)
базируясь на показания рядом стоящего анемометра?

это проще сделать, чем поиск пика мощности.

Tema0 07.07.2011 10:18

нет, это сделать сложнее...
а самое главное - повторяемость этого девайса будет нулевой...
зачем Вам анемометр. когда есть 3-х метровый пропеллер, например :crazy:
тут ведь мы регулируем мощность с ветряка... зачем же обратную связь брать от ветра???
мы сразу выкидываем все вкусняшки... как то коррекция неточности исполнения винта... или плохого его согласования с генератором.

когда обратная связь идет от устройства на которое мы оказываем воздействие - только тогда эту систему можно назвать - адаптивной... все остальное - фигня

gda98 07.07.2011 10:33

Я бы не сказал, Ветряк нагружен и обороты зависят от нагрузки, а анемометр отражает реальную скорость ветра, а мощность ветряка на выходе зависит от скорости ветра, КИЭВ, и КПД механики и генератора. Подставив все это в формулу куба мощности от скорости ветра, на выходе получаем задание на нагрузку ветряка, можно поставить подстоечник для увеличения или уменьшения задания, как в электроприводе, и тогда можно будет подстраивать им задание под любой винт и любую нагрузку.

Добавлено через 2 минуты
Причем все это можно по формулам посчитать, а при испытаниях увидеть переборшили Вы с КИЭВ или недоборщили :)) и подстроечником постепенно приближаться к оптимуму. Это так, мысли в слух.
Этот коэффициент линейный , регулируется резистором. Потом помножить на расчетную нагрузку и на выходе уже будете знать реальный КИЭВ своего винта ;) Если обратно в формулу запихнуть поправочный коэффициент - это и будет множителем КИЭВ .

Tema0 07.07.2011 10:49

Дима...лично я про достижение других целей говорю...
я не хочу крутить резистор... зачем это делать если можно просто догрузить или разгрузить винт ориентируясь на показатель отдаваемой мощности??? в этом случае нам ничего не известно... но в принципе система отстроится на любой ветер и на любой генератор.. вот это и есть высший пилотаж.

просто одно дело когда крутить резистор тебе интересно...
а другое дело когда нужно просто поставить ветряк и забыть про него до следующего ТО.
просто я не планирую делать из этого свое хобби ;-)
И образования у меня достаточно чтобы мечту советских школьников "Вкалывают роботы а не человек" воплотить в своем личном домохозяйстве

gda98 07.07.2011 10:58

Так инерция системы будет все портить, ветер усилился, момент начал расти, а обороты еще не увеличились, в этот момент контроллер будет курить, а надо начинать грабить ветер :)) анемометр это позволит отследить, а винт из-за своей бОльшей инерционности - нет.

Сергей 07.07.2011 11:23

Цитата:

Сообщение от gda98 (Сообщение 10801)
Причем все это можно по формулам посчитать, а при испытаниях увидеть переборшили Вы с КИЭВ или недоборщили и подстроечником постепенно приближаться к оптимуму. Это так, мысли в слух. Этот коэффициент линейный , регулируется резистором.

Теперь можно я по колхозному порассуждаю вслух. То что Tema0 предлагает, это своего рода сканер. С какой-то частотой, скажем в 1сек, пробежался по заданному диапазону напряжений изменяя нагрузку от нуля до максимума и оставил её такой когда мощность будет максимальной. Не, ну так здесь мы тогда полностью зависим от оборотов на винте...
Цитата:

Сообщение от Tema0 (Сообщение 10800)
когда обратная связь идет от устройства на которое мы оказываем воздействие - только тогда эту систему можно назвать - адаптивной... все остальное - фигня

Так вот увеличивать нагрузку нужно ещё до того как винт начал набирать обороты при усилении ветра, а снимать не тогда когда винт затормозился от того что ветер стих, а раньше. То есть: усилился ветер, увеличилась нагрузка. Уменьшился ветер, уменьшилась нагрузка причём до значения, которое соответствует ветру в данный момент времени. Как по мне, это было-бы круто :) ...

Tema0 07.07.2011 11:47

Цитата:

Сообщение от gda98 (Сообщение 10806)
Так инерция системы будет все портить, ветер усилился, момент начал расти, а обороты еще не увеличились, в этот момент контроллер будет курить, а надо начинать грабить ветер :)) .

Дим.. сам подумай.. грабь ветер... момент ведь возрос... ты же 10 раз в секунду делаешь попытку нагрузить винт или снять с него нагрузку...
если в один прекрасный момент ты догрузил винт а мощность не упала а возрасла ( момент ведь возрос) ты и снял доп мощность...
разве не так? Инерция тебе тут не помеха....
она как раз системой то и скорректируется...
а вот с анемометром...

ветер резко вырос, анемометр отработал...
но ветряк 3 метра диаметром обороты еще набрать не успел...
но ты его уже пытаешься оттормозить нагружая его доп нагрузкой...
при этом винт не работает в оптимальном режиме еще не вышел он на него.... и как тут быть как ты будешь время инерции ветряка относительно анемометра корректировать?
ведь это время зависит от целой кучи факторов...

а ориентируясь на пик отдаваемой мощности ты не препятствуешь выходу винта на режим... т.к на период выхода на режим (переходный период) ты постоянно качаешь нагрузку не препятствуя винту раскручиваться... но при этом снимаешь максимум...

просто пример...
деревянные лопасти сухие и мокрые... момент инерции разный.
зима и лето - плотность воздуха разная, соответственно момент инерции на скоростных ветряках разный...
нельзя все учесть, но можно все подрегулировать ориентируясь только на 1 параметр который определяет оптимальность режима работы системы - МОЩНОСТЬ
только на нее нужно ориентироваться... а не на скорость ветра или какие другие параметры.


и еще прикольный появляется момент...

находясь в пике мощности мы вдруг начинаем замечать что мощность вышла за какой то допустимый предел это говорит о том, что скорость ветра слишком велика... и нужно выводить ветряк из под ветра...
но зачем его выводить совсем??? ведь мы его можем вывести на тот угол, при котором мощность упадет до допустимых пределов...
причем эта предельная мощность чаще задается обмотками генератора...
т.е мы ставим на слабый гену большой винт, чтобы на слабых ветрах снять с него максимум...
а при возможной ситуации когда ветер усиливается никто не мешает нам продолжать снимать допустимую для генератора мощность просто уменьшив площадь обдува винта, отклонив его на нужный в этот момент угол.

и еще.. обладая ФАКТИЧЕСКИМИ ДАННЫМИ о мощности ты выдаешь задание утилизатору... типа.. на следующем шаге забери у меня +10 Вт или -10Вт...
с этими данными работать проще так как на данный момент контроллер точно знает сколько можно лить в батарею а остальное будем лить на балласт.

Сергей 07.07.2011 12:28

Мда. Что бы всё это учесть так помоему легче на какой нибудь Пентиум 100 поставить Виндовс 98 и пусть какая нибудь прога всё это обрабатывает. У меня таких вон два стоит, вполне рабочих :) ...

Tema0 07.07.2011 12:33

Сергей... на самом деле вся описанная логика до безумия проста и на простой однокристалке реализуема. комп сожрет больше чем ты получишь от ветра ;-)

gda98 07.07.2011 13:10

Цитата:

Сообщение от Tema0 (Сообщение 10814)
на самом деле вся описанная логика до безумия проста

у микроконтроллера есть команда умножения? :)) если нет, то он будет тупить , т.к. в таком случае пишется подпрограмма умножения путем сложения столько раз на сколько надо умножить - это программируемый цикл. Сколько тактов уйдет при умножении на 1000? :) Посчитать время выполнения команды, плюс снятие параметров с минимум двух АЦП, это все по тактам посчитать и прикинуть время отработки полного цикла измерений. Мощность равна ток умножить на напряжение, значит нужно умножать, иначе мощность не измерить...

Добавлено через 1 минуту
Если получится раз в секунду, то это грустно - нужен проц , который выполняет операции с плавающей запятой ;)

Сергей 07.07.2011 13:27

Цитата:

Сообщение от gda98 (Сообщение 10816)
Мощность равна ток умножить на напряжение, значит нужно умножать, иначе мощность не измерить...

То есть нам нужен Ваттметр постоянного тока, а потом всё остальное. Правильно я понял?

gda98 07.07.2011 13:33

Да

Tema0 07.07.2011 14:18

Хотите страшную тайну Дмитрий?
в нашем случае не обязательно даже искать максимум произведения тока на напряжение...
нас устроит и максимум суммы ;-) для поиска максимума.
хотя нужно подумать :-) не факт

но у нас допустима некоторая погрешность умножения. посему можно и упростить задачу

petruha256 09.07.2011 18:54

Позвольте вставить свои 5 копеек.

1. При порыве или провале ветра всё то время, пока ветряк не изменит свои обороты под изменившийся ветер он будет давать меньше мощности, чем мог бы на этом ветре.
2. если ветер переменный по скорости, то чем выше инерционность ветряка, тем больше энергии он будет терять. (назову это инерционными потерями)

теперь суть, чтобы инерционные потери были минимальными нужно при увеличении скорости ветра нагрузку снимать, давая тем самым ротору разогнаться быстрее, энергия никуда не потеряется - она пойдет на разгон ротора.

При падении скорости ветра тоже самое - в самом тяжелом случае ротор выйдет в вентиляторный режим и свою кинетическую энергию отдаст ветру, чтобы этого не было нужно нагрузить генератор так, чтобы ротор вышел на обороты максимальной мощности для этого ветра.
Если делать, как говорит Tema0, то инерционные потери возрастут, т.к. попытка взять максимум мощности будет препятствовать быстрому переходу ротора в номинальный режим.
Нужно отслеживать скорость вращения ротора (по частоте тока генератора допустим), считать по ней угловое ускорение их произведение даст значение избытка или недостатка механической мощности по ней и корректировать нагрузку.

Tema0 11.07.2011 09:35

Странно... вроде как маховик он сам является аккумулятором энергии..
он ее вроде как усредняет по времени... чем он больше ,тем среднее энергия...
потери же в маховике вроде были всегда только на трение всякого рода...
посему ветряк размером 3 метра полюбому будет инерционный... ну как не крути.
масса его слишком велика.


пока это все домыслы.... нужно опыты ставить.

baysun 11.07.2011 15:01

А применить принцип велосипедного колеса?
Есть ветер - появляется тяга, ветер ослаб - маховик крутится сам - уже без винта.

roman8301 11.07.2011 15:30

сугубо мое мнение : чем легче винт тем больше возьмеш с порыва ветра вывел опытным путем правда у вертикалки (но это по моему без разницы), чем тяжелее ( в разумных пределах) тем эфективнее он на плавных изменениях скорости ветра, так что надо учитывать у кого какие ветра. но я больше скланяюсь к легким винтам.

petruha256 11.07.2011 21:42

Цитата:

Сообщение от roman8301 (Сообщение 10966)
сугубо мое мнение : чем легче винт тем больше возьмеш с порыва ветра вывел опытным путем правда у вертикалки (но это по моему без разницы), чем тяжелее ( в разумных пределах) тем эфективнее он на плавных изменениях скорости ветра, так что надо учитывать у кого какие ветра. но я больше скланяюсь к легким винтам.

Всё правильно, теория говорит о том же самом.

Добавлено через 3 минуты
Цитата:

Сообщение от baysun (Сообщение 10965)
А применить принцип велосипедного колеса?
Есть ветер - появляется тяга, ветер ослаб - маховик крутится сам - уже без винта.

Колесо на верх поднимать не фонтан, а вот если вал протащить вниз и внизу маховик с обгонной муфтой поставить, то из этого что-нибудь может получиться. Такую систему Уфимцев на своем ветряке применял.

Ходил я в поход до местного дома технического творчества (у них этот ветряк во дворе стоит), да вот директора не застал - поступила информация о том, что он готов поделиться чертежами и прочим по этому ветряку... Когда-нибудь доберусь.

Добавлено через 3 минуты
Что касается MPPT, то тот принцип, который предложил Tema0 в самом начале темы можно использовать для того, чтобы на ходу определить скоростные характеристики произвольного ротора ветряка, а дальше, зная характеристики им можно управлять получая максимум возможной отдачи.

Если что, я готов взять на себя математическое обеспечение (алгоритм расчета), вот только в ассемблер под МК перевести не смогу (не силен).

cheese 10.08.2011 12:59

Продолжение темы будет?

petruha256 11.08.2011 01:22

А что, Есть предложения?

cheese 11.08.2011 11:06

petruha256, а если так http://www.nxp.com/documents/data_sheet/MPT612.pdf

Добавлено через 59 секунд
для начала, это - http://www.rlocman.ru/news/new.html?di=66612

Добавлено через 24 минуты
http://www.west-l.ru/uploads/tdpdf/lt3652hv_eng_ds.pdf

Добавлено через 32 минуты
простая схемка МРРТ http://www.terraelectronica.ru/print.php?from=3&ID=277

petruha256 11.08.2011 22:58

Причем здесь МРРТ для ветряка?
Там только реклама про солнечные МРРТ.
Вам суть темы понятна?
Здесь речь совсем о другом. Энергия от ветряка меняет свои параметры совершенно по другим законам, не таким как энергия от солнечных панелей, соответственно и подходы нужны другие.

Схему и программу сможете осилить под готовый алгоритм управления?

cheese 12.08.2011 10:50

У меня есть инвертор с МРРТ ведомый сетью "грид тию", предназначенный для подключения к солнечным батареям, в нем имеется возможность подключения ветряка через "дамп лоад" контроллер ( самое главное не превысить напряжение на которое расчитан инвертор). Так что нет разницы солнечные батареи или ветряк. Задача найти максимум мощноси в данный момент времени при данных условиях.

petruha256 12.08.2011 19:55

Найти максимум мощности в данный момент времени для ветряка не может быть решена перебором нагрузки, как это решено в солнечных MPPT контроллерах.

Причина такова: винт имеет инерционность, и можно увеличивать нагрузку до тех пор, пока растет мощность (Rвнутр=Rвнешн), и она будет расти при этом сажая винт на нерасчетную быстроходность, т.е. за пиком пойманной мощности будет следовать провал,
последующая попытка отпустить нагрузку приведет к медленному росту оборотов и медленному же росту мощности, за этот период ветер может несколько раз усилиться и ослабеть при этих вариациях нагрузки куча энергии пройдет мимо винта.
Для правильного отбора мощности, с целью получения максимальной отдачи контроллер должен управлять нагрузкой основываясь на скоростных характеристиках винта.
Ваш "dump load" контроллер делает это? Или у Вас только имеется возможность подключения ветряка к солнечному MPPT через этот самый "domp load" Контрллер?

Дайте ссылку на контроллер ветряка, который заточен под получение максимума энергии, чтобы описание того, что он делает было. Мне пока не встречались контроллеры, для малых ветротурбин с такими функциями.
Ограничение тока - да, защита от перезаряда - да, защита от аварийных режимов - да, стабилизация частоты и/или напряжения - да, получение максимума мощности - нет.

Александр 12.08.2011 21:55

petruha256,
Такие контроллеры, точнее, Grid Tie для ветряка имеются в природе, их "Ginlong" производит. Стоят дорого. А алгоритм там простой. В память устройства загружают таблицу "напряжение - мощность" от конкретного ветряка, правда, эту таблицу, как минимум, нужно ещё иметь. Sercat в своём контроллере отбора мощности реализовал функцию MPPT, его схема весьма непроста и не всякий из нас сможет её повторить, в том числе, и по деньгам. Интересно было бы создать такое устройство, которое многие могли бы самостоятельно повторить. Фактически, нужно следить за скоростью вращения винта и понемногу увеличивать нагрузку, если скорость растёт, а если снижается - то уменьшать. Весь диапазон мощности поделить на, скажем, 64 градации, в процессе работы по одной увеличивать или уменьшать (например, единица и 63 нуля - это самая малая мощность, это число загружается в сдвиговый регистр и в последовательном коде выплёвывается, управляя ключом ШИМ), при этом следя за скоростью винта. Как-то так... Или около того... :)

petruha256 17.08.2011 00:59

Цитата:

Сообщение от Александр (Сообщение 12498)
..... А алгоритм там простой. В память устройства загружают таблицу "напряжение - мощность" от конкретного ветряка, правда, эту таблицу, как минимум, нужно ещё иметь. ....

Эту таблицу можно получать автоматически для некоего ветряка стандартного исполнения, но практически любой мощности.

Идея такова:

Допустим контроллер, имеет возможность отслеживать угловую скорость ротора (по частоте тока до выпрямителя) и имеет возможность выдавать некий управляющий сигнал, который определяет отбираемую мощность (или скважность сигнала или сопротивление нагрузки).

поскольку угловая скорость известна, то и угловое ускорение тоже определяется (дифференциал за несколько тактов по частоте тока).

Теперь задача при наличии ветра остановленный винт отпустить без нагрузки, но измеряя частоту (угловую скорость) и вычисляя дифференциал частоты (угловое ускорение).

поскольку нагрузки нет, то вся мощность, которую винт получает от ветра пойдет на увеличение кинетической энергии ротора, это увеличение кинетической энергии/время=J*угловую скорость*угловое ускорение.
пока винт не выйдет на холостые обороты - нужно каждый момент времени замерять и вычислять произведение угловой скорости на угловое ускорение, те обороты, на которых это произведение будет максимально и будут оборотами максимальной мощности для текущей скорости ветра (если измерение несколько секунд, то считаем что ветер не изменился). Несколько замеров дадут возможность уменьшить ошибку, связанную с допущением о неизменности скорости ветра за период замера.

теперь зная нужные обороты заставляем контроллер подобрать такое значение управляющего сигнала, при котором винт из холостого хода вернется обратно на эти (полученные) обороты и при этом не будет ни ускоряться ни разгоняться.

в результате всех этих мучений у нас есть одна точка соответствия оборотов винта и значения управляющего сигнала.
и если в следующий раз при том же самом ветре сразу влупить это значение управляющего сигнала, то это и будет пик мощности, который контроллер сможет отобрать от винта.

так делаем несколько раз, получаем точки соответствия для разных оборотов винта (и ветра, соответственно). Получится искомая таблица для любого винта.

Фокус в том, что ветер измерять не нужно, и вообще больше ничего измерять не нужно.


Когда будет таблица можно усложнить задачу, например оптимальное отрабатывание порывов ветра. Я об этом писал, но повторюсь.

Если винт работает в номинале и вдруг стал разгоняться, его не нужно догружать, это значит, что скорость ветра увеличилась, а быстроходность винта упала.
Если винт оставить на этой нагрузке, то пока он не выйдет на номинальную быстроходность для нового ветра - он будет недобирать мощности от ветра, пропуская поток через себя. Время, которое необходимо для выхода винта на номинал зависит от его момента инерции и от мощности, отбираемой генератором.
Так вот, если нагрузку при разгоне винта снять, то на номинал он выйдет быстрее и меньше мощности потеряет. при этом мощность, не отобранная генератором накопится в роторе (винте).
Тут главное вовремя винт "подхватить", включив нагрузку - этот момент поддается расчету, и чтобы не мучить контроллер сложными вычислениями точно так же свести в таблицу.

При падении скорости винта - наоборот, нужно добавить нагрузку с той же самой целью, и потом вовремя её уменьшить, как только винт выйдет близко к номиналу.

В голове сидит еще целая куча подробностей, о том, как упростить и ускорить процесс измерений.

Вот кто бы аппаратную часть взялся изобрести...:unknw:

hecs 17.08.2011 12:43

Цитата:

Сообщение от petruha256 (Сообщение 12606)
Вот кто бы аппаратную часть взялся изобрести...

Эх, серката бы на это дело подписать, вот где голова да руки...

petruha256 17.08.2011 20:00

Да, действительно, но боюсь не дождемся, он ведь далеко вперед ушел, ему сейчас свои изделия до ума доводить, а не новые разрабатывать.
Неужели больше никто не рубит в микроконтроллерах? Если нет, то нужно развернуть бурную деятельность по привлечению специалистов.

cheese 18.08.2011 09:11

полностью поддерживаю и пытаюсь сам начать с азов по мк

krauser2 23.08.2011 18:30

Здравствуйте. Так получилось, что я как раз дошел в своем ветряке до этой темы.
Кому интересно может посмотреть, что сделано в "Участниках".

Генератор у меня намного мощнее винта, поэтому падением напряжения на генераторе я перенебрегаю (0.5 ома фаза)
Сейчас делаю контролллер с таким принципом работы:
Есть анемометр.
По таблице определяется оптимальное напряжение при текущей скорости ветра. Т.е. в моем случае это эквивалентно оптимальным оборотам.
Ветряк отпускается до этого напряжения. Вычисляется скважность понижающего sepic преобразователя. Если не ошибаюсь выходное напряжение равно входному умножить на скважность. Таким образом контроллер отпускает ветряк до нужного напряжения и выставляет необходимую скважность. Ну в общем все. Ветряк работает на оптимальных оборотах и всю мощность выдает на аккумулятор. (естественно минус потери преобразователя, диодного моста и т.д.)
В этой схеме могут быть подводные камни.
Первый это дроссель. Чтоб он работал в диапазоне 2-50 А при 70Кгц по моим расчетам размер его оставляет желать лучшего. 310 мкгн 55А кольцо с зазором 20мм 120х80х24, 37 витков. И то неплохобы сделать еще больше индуктивность на малые токи, но тогда совсем огромный получается.
Второй нерешенный вопрос как это все будет вести себя при порывах ветра. На даче ветер зачастую именно такого характера.
Таблицу соответствия думаю сначала от балды сделать (т.е. как я думаю оно должно быть), потом писать лог на сд карточку каждую секунду и как-то менять таблицу до получения оптимальных параметров.
Все это будет работать на пик контроллере, там есть встроенный ШИМ. В принцие ничего сложного в пиках нету. Естественно если иметь минимальные навыки в программировании на С. Могу посоветовать компилятор PIC-C, много примеров и функции достаточно высокоуровневые.

Пока из того что сделано. Ветряк, подключенный напрямую (естественно выдаваемая мощность смешная), балластный контроллер заряда аккумулятора. Есть плата с пиком, которая осталась от прошлых проектов с 2-х сегментным индикатором. Практически сделал дроссель, развел плату под драйвер транзистора. Пока думаю вручную контроллировать скважность и входное напряжение и проверить жизнеспособность идеи. Потом поставлю анемометр, СД карточку, ЖК экранчик.

P.S. Если думаете начинать изучать микроконтроллеры ИМХО лучше брать ARM, стоимость уже приемлемая, возможности несравнимо больше. Сложность изучения сильно преувеличена, можно найти соответствующие статьи по изучению с нуля.


Часовой пояс GMT +4, время: 15:26.

Powered by vBulletin® Version 3.8.2
Copyright ©2000 - 2024, Jelsoft Enterprises Ltd. Перевод: zCarot
Copyright © 2010 Windpower Russia