Электронный измеритель мощности воздушных потоков для ветроэнергетических установок и систем Советский патент 1985 года по МПК G01L5/00 

ВП

Ч

со

п

1

1

00 ел

п

f

ел

LF,

8 Pen

Изобретение относится к техническим средствам измерения энергетических характеристик ветра, в частности мощности его потоков и . может быть использовано для управления и регулирования ветроэнергетических установок и систем или отдельных их силовых элементов (ветродвигателя, электрическогогенератора и др;).

Известно устройство, используемое в ветроэнергетических расчетах для определения места размещения ветроустановок по данным измерения скорости ветра, содержащее ветроприемник (или датчик скорости ветр измерительно-регистрационный блок с бесконтактным чувствительным элементом, числовой вычислительный блок, который может быть заменен микрокомпьютером и преобразователь 1. Недостатками данного устройства являются, существенная погрешность определения энергии ветровьлх потоков из-за отсутствия в нем каналов измерительной информации температуры и давления, а также относительная сложность, вызванная использованием числового вычислительного устройства или микрокомпьютера.

Наиболее близким к предлагаемому является устройство, используемое для автоматического регулирования ветрогенераторной системы, состоящей из ветродвигателя, генератора переменного тока, выпрямителя и самого устройства автоматического измерения сигнала, пропорционального мощности ветрового потока, которое содержит датчик скорости ветрового потока и связанный с ним блок выработки сигнала, пропорционального кубу скорости ветра, выход которого подключен к регулятору возбуждения генератора переменного тока ветроэнергетической установки

г.

Однако известное устройство не обеспечивает эффективного автоматического управления ветроэнергетической установкой в режимах переменных температуры и давления воздушных масс.

Цель изобретения - повышение точности измерения мощности воздушных масс при изменякадихся температуре и давлении окружающей среды.

Указанная цель достигается тем, что в электронный измеритель мощности воздушных потоков для ветроэнергетических установок и систем, содержащий блок измерения скорости ветра и связанный с его выходом нелинейный блок возведения сигнала скорости в куб, введены блок умножения ,. блок сравнения, датчик темпера туры, блок запрета, блок давления и

датчик давления, который через блок сравнения связан с блоком запрета, подключенным к блоку давления, при этом первый вход блока умножения подключен к выходу блока деления, второй вход - к выходу блока возведения в куб, а выход блока умножения соединен с блоком регистрации, причем датчик температуры соединен с блоком запрета.

10 На фиг. 1 представлено предлагаемое устройство; на фиг.2 - блок-схема измерителя мощности воздушных потоков; на фиг.З - расчетные зависимости плотности воздушных масс

|5 от их температуры при различных давлениях.

Устройство содержит датчик 1 давления воздушных масс, выходной аналоговый сигнал которого пропорционален измеряемому i-му среднему давлению в данный момент времени Dg, датчик 2 температуры воздушных масс, выходной аналоговый сигнал которого пропорционален измеряемой i-й средней температуре в данный 25 момент времени + , датчик 3 скорости воздушных потоков, выходной аналоговый сигнал которого пропорционален средней скорости Vg, блок 4 сравнения, состоящий из п

0 нуль-органов, на один из входов

каждого из которых подаются аналоговые сигналы-уставки Dg, пропорциональные расчетным диапазонным давлениям D + DJ, , а на другие, имекхцие общую

5 точку, - непрерывный выходной сигнал датчика давления, пропорциональный текущему.значению давления воздушных масс Dg, блок 5 запрета, состоящий из п элементов НЕТ, на

0 логические входы.которых подаются выходные дискретные сигналы Х|у от блока 4, а на аналоговые входы через общую точку непрерывные сигналы от датчика.температуры, про5 порциональные Т, нелинейный блок б возведения входной величины (скорости) в куб, блок 7 деленияг, состоящий из п нелинейных элементов, выполняющих операцию деления, преоб(ч разующих входные сигналы Tg при

i соответствующих фиксированных давлениях в аналоговый сигнал, пропорциональный текущему значению массовой плотности воздушных потоков pg « . блок 8 произведения, параллельное

5 выходное общее сопротивление 9 нелинейных элементов блока 7 и выходной измерительный или регистрирующий прибор 10.

Режим работы каждого из нуль0 органов 4.1 - 4.п блока 4 подчиняется следующему алгоритму:

((} x.

Я где U(Uj - выходной сигнал датчика давления; (. (С„) - сйгнал-усгановка п-го нуль-органа блока сравнения. Режим работы каждого из п логич ких элементов FTET 5.1-5.П блока 5 подчиняется следующей логической функции: ,X5(Te) fe,,rB)n,,5(BhVO .и5(Тв).5() где (Tg),U(Tj-ВХОДНОЙ и выходно аналоговые сигналы блока 5; х -логическое отрица ние дискретного сигнала -х на запр щающем входе п-го элемента НЕТ; Л - знак логического произведения. Нелинейный блок 6 аппроксимируе кубическую функцию, п нелинейных элементов блока 7 деления - функци )Ч.пТГ гдеТе г,- фиксированный коэффициент преобразования rt-ro нелинейного элемента деления, зависящий для каж .дого элемента от расчетного диапазона давления D, выходной сигнал которого пропорционален плотности воздушных масс. Выходной сигнал блока 8 пропорционален мощности воздушных потоков. На общем выход ном сопротивлении 9 блока 7 генерируется аналоговый сигнал, пропор циональный массовой плотности воздушных потоков. На фиг.За приведены расчетные зависимости плотности воздушных масс рц от их температуры Т„ для различных фиксированных зна чений давлений D п фиг.З нелинейные элементы 7.1 - 7.п, в которых с помощью ячеек аппроксимируются нелинейные зависимости Ре показанные на фиг.За. Устройство работает следующим образом. Допустим, что оно установлено совместно с ветроэнергетической ус новкой (ВЭУ) в районе, где в рассм риваемый момент времени воздушные потоки, воздействукяцие на рабочие ветроприемные органы ВЭУ имеют дав ление DgT мм рт ст., температуру Т Ta+i C 273 - 5°С 268 и скорость VjlO м/с (см.фиг.2 и 3) Тогда на выходе датчика 1 давления генерируется аналоговый сигнал Ц(1)ц)(02) г пропорциональный факти ческому в данный момент времени да лению Dj 740 мм рт.ст., который будет передан на один из входов нуль-органов 4.1-4.П блока 4 сравнения, имеквдих общую точку. На других входах нуль-органов- постоянно дежурят сигналы-установки, пропорциональные расчетным диапазонным давлениям Ц,{В))2; , Так как диапазонные давления подчиняются неравенству D D,..Dnf то очевидно, что опорные напряжения нульорганов также будут соотйетствовать неравенству 1.,(D. (DJ. () Тогда для рассматриваемого метеорологического режима ветровых потоков значения дискретных выходных сигналов нуль-органов (4.1-4.п) Х - Х с учетом их программного алгоритма будут отвечать следующей системе зависимостей ,(1). . (}- 2-- иДС,)и ( 1,. (4) т.е. на выходах всех нуль-органов блока 4 сравнения, кроме 4.2, будут генерироваться запрещающие дискрет- . ные сигналы, поступающие на логические входы элементов НЕТ (5.1-5.п) блока 5 запрета. Одновременно с этим на аналогичные входы всех элементов НЕТ подается непрерывный выходной сигнал, пропорциональный отмеченному выше текущему значению температуры воздушных потоков от датчика температуры, т.е. и(Т ) и (268 К). В любой момент времени входные сигналы всех элементов НЕТ 5.1-5.П равны выходному непрерывному сигналу датчика 2 температуры, T.e.) Но так как работа элементов НЕТ-подчиняется логической функции, соот.ветствугацей системе (5), а для рассматриваемого случая дискретные сигналы Х на запрещакхдих входах элементов НЕТ отвечают системе (7), то работа блока запрета 5 будет соответствовать следующей системе логических функций: вых.5.1 TB И,{268°К). . вых.5.2 в и21268К)дХ2 U2(268K) - Х2 0;(5) ВЫХ.5.П .(Tj) и (268K)j, Так как входные сигналы нелинейных элементов 7.1-7,п блока 7 давления всегда равны выходным сигналам элементов НЕТ, T.e.Ug(1g)(Tg) ,То из системы (8) следует, что на входах всех нелинейных элементов, кроме элемента 7.2, непрерывный аналоговый сигнал будет запрещен и будет равен нулю. В этом случае блок 5 запрета позволяет обеспечить преобразование сигнала, пропорционгшьного контролируемой величине температуры , У. (268 К), только тому.нелинейному элементу блока 7 деления, в котором аппроксимирована нелинейная функция (Tg), соответствующая фактическому для рассматриваемого времени давлению воздушных масс Dg 740 мм рт.ст. т.е. элементу 7,2. Тогда при преобразовании этим элементом входного сигнала Uj(Tg)-1,jTg и (268 К) (фиг.З) на его выходе будё генерироваться аналоговый сигнал

fD,

.2(Рв)и,,Ди),

(М

а

пропорциональный массовой плотности воздушных масс, что равно около 1,305 кг/м, соответствугацей температуре К и давлению мм рт.ст. Этот сигнал обеспечит определенный, соответствуквдий действительной .плотности fg 1,305 кг/м, электрический потенциал .на выходном сопротивлении U ()-Ug (0,6525), который будет передаваться на один из входов блока 8 произведения. Одновременно с этим наряду-С измерением и преобразованием непрерывной информации по трактам давления и температуры (для получения достоверной- информации о действительной плотностивоздушных масс) по измерительному тракту скорости .ветровых потоков осуществляется соответсвующие преобразовательные процессы над измерительной информацией, адекватной этому параметру. Поэтому на выходе датчика 3 скорости ветра будет генерироваться сигнал, со-, ответсТвующий действительной величи не скорости (т.е. 10 м/с), который

подается на вход нелинейного блока,

,f,.3 (V,) . и,,„ (10) и,,, (7) Блок 6 нелинейности, осуществляющий непрерывное преобразование вхо(ной величины по кубической зависимости, будет в этом случае генерировать на своем выходе аналоговый сигнал UifV) Uj (10) , который будет передаваться на другой вход блока 8. В результате перемножения

входных аналоговых сигналов U

в/г) и Uj (у| ) на выходе блока 8 призведения .будет получен аналоговый сигнал, прюпорциональный действи1:ельной величине мощности воздушного потока,

- uJp;)i,h(, (,,,,), U1

т.е. в рассматриваемом режиме воздушных потоков

в(О ( )5(о,ья)(«2вт/л,2}. сэ,

Электронный измеритель мощности потоков для ветроэнергетических установок и систем позволяет существенно скомпенсировать погрешности определения и измерения мощности воздушных потоков, вызываемые в реальных условиях ветровых режим€ в изменениями температуры (в пределах и более) и давления (в пределах 700-800 ммрт.ст. и более).

г;п

ЭЛЕКТРОННЫЙ ИЗМЕРИТЕЛЬ МОШНОСТИ ВОЗДУШНЫХ ПОТОКОВ ДЛЯ ВЕТРОЭНЕРГЕТИЧЕСКИХ УСТАНОВОК И СИСТЕМ, содержащий блок измерения скорости и связанный с его выходом нелиней7)S(SfDfl} UB(J. вп ный блок возведения сигнала скорости в куб, отличаюшийс я тем, что, с целью повышения точности измерения мощности воздушных масс при изменяющихся температуре и давлении окружакяцей среды, в него введены блок умножения, блок сравнения, датчик температуры, блок запрета, блок деления и датчик давления, который через блок сравнения связан с блоком запрета, подключенным к блоку деления, при этом первый вход блока умножения подключен к выходу блока деления, второй входк выходу блока возведения в куб, а выход блока умножения соединен с блоком регистрации, причем датчик температуры соединен с блоком зап(Л рета.

t«в/ГЧ«SJ

tU

К

«о

/V

Ю

I

Л

Ш

N

SV

-I

J

д

«г

к

I

I

I

Ы

Лм

x

r

c:

м

X

Ui

, ,44

E X . I

LiljlJ

CM

iti

1

«

A J V

V.

It

g

Фи. 3

LJ

(TB-260f)

.AvT