Еvaluation of the mass of the main equipment of a wind power plant with aerodynamic multiplication based on an asynchronous generator with a phase rotor
DOI:
https://doi.org/10.33216/1998-7927-2025-288-2-49-55Keywords:
asynchronous generator with phase rotor, wind power plant, aerodynamic multiplication, crane motor in generator mode, long-term operation, step-up autotransformer, mass of equipmentAbstract
The article provides information on the national plans of Ukraine for the development of energy and wind power until 2030. Historical information on the research of wind power plants with aerodynamic multiplication is presented. An analytical review of the latest research on wind power plants with aerodynamic multiplication, initiated by Ukrainian scientists, is provided. The prospects for using electrical equipment of such plants based on an asynchronous generator with a phase rotor and a frequency converter for sliding power, which have better weight-dimensional indicators, are indicated. Information on the operation of wind power plants with aerodynamic multiplication is provided. The structural diagram of electrical equipment for controlling the power of an asynchronous generator with a phase rotor is described and brief information on its functioning is presented. Using a frequency converter, it is possible to abandon the adjustment of the angle of installation of the blades of the primary wind turbine. The existing market of asynchronous machines with a phase rotor is limited to crane motors, which have a large magnetizing current and operate in a repeated short-term mode. It is possible to reduce the magnetizing current by reducing the motor stator voltage, which, on the other hand, leads to an increase in the rotor current. In previous publications, the stator voltage was optimized, at which the rotor current does not exceed the nominal value in a continuous mode. To match the optimal value of the generator stator voltage with the nominal load voltage, it is necessary to install a step-down autotransformer. Calculations of the total mass of three asynchronous generators with a phase rotor and a step-down autotransformer for the entire series of crane motors were made when using them in wind power plants with aerodynamic multiplication. A comparison of the total mass of electrical equipment based on an asynchronous generator with a phase rotor with the mass of synchronous generators used to date showed their superiority. When using serial asynchronous machines, it is possible to improve the mass of the equipment located on the blades of the primary wind turbine by almost 2 times.
References
1. Про затвердження Національного плану дій з відновлюваної енергетики на період до 2030 року та плану заходів з його виконання. URL: https://zakon.rada.gov.ua/laws/show/761-2024-%D1%80#n12. (Дата звернення 18.03.2025).
2. Національний план з енергетики та клімату на період до 2030 року. URL: https://me.gov.ua/Documents/Detail?lang=uk-UA&id=17f558a7-b4b4-42ca-b662-2811f42d4a33&title=NatsionalniiPlanZEnergetikiTaKlimatuNaPeriodDo2030-Roku (дата звернення 17.03.2025).
3. Патент СССР №1457, Класс 88-с. Ветроэлектрический генератор / А.Г. Уфимцев. заявл. 14.01.1924; опубл. 31.07.1926.
4. Красовский Н.В. Схема ветряного двигателя с аэродинамической передачей для мощностей 100-3.000 кв / Н.В. Красовский // Известия ОГИН. Москва. Ан СССР. 1939. №5: 15.
5. Патент на винахід UA49970, МПК F03D 1/00. Вітродвигун / М.С. Голубенко, О.Л. Кадацький, В.С. Легеза, В.О. Циганов, С.І. Лось, Г.В. Гальмаков; заявник і патентовласник Державне конструкторське бюро 255 «Південне» ім. М.К. Янгеля. № 2000031794, заявл. 30.03.2002; опубл. 15.10.2002, Бюл. № 10.
6. Голубенко Н.С. Ветровая электрическая турбогенера-торная установка ТГ-750 / Н.С. Голубенко, В Е. Олишевская, С.Д. Курдюков, Г.С. Олишевский, С.С. Курдюков // Наука та інновації. 2008. 4, №6: 71-77. 10.15407/scin4.06.071.
7. Голубенко Н.С. Тенденции развития ветроэнергетики и безмультипликаторные ветровые установки / Голубенко Н.С., Довгалюк С.М., Фельдман А.М., Цыганов В.А. // Нетрадиционная энергетика ХХІ века: Материалы IV международной конференции (Крым, Гурзуф, 2003). 2003: 68-74.
8. Миргород В.Ф., Ранченко Г.С., Голубенко Н.С. Моделирование динамических режимов ветроэнергетической установки большой мощности. Авіаційно-космічна техніка і технологія. 2006. № 4(30). С. 96–99.
9. Alekseevskiy, Dmitriy, et al. "Procedure for the Synthesis of Models of Electrotechnical Complexes." Eastern-European Journal of Enterprise Technologies, vol. 6, no. 9, 2018: 48-54, 10.15587/1729-4061.2018.150483.
10. Андриенко П.Д. Повышение единичной мощности и эффективности ВЭУ с аэродинамической мультипликацией/П. Д. Андриенко, В. П. Метельская, И. Ю. Немудрый // Вестник Нац. техн. ун-та "ХПИ": сб. науч. тр. Темат. вып.: проблемы автоматизированного электропривода. Харьков: НТУ "ХПИ". 2013.
№ 36 (1009): С. 394-395.
11. Andrienko P. & Alekseevskiy, D.G. & Blyzniakov, O.V. & Nemykina, О. & Nemudriy, I.Yu. Efficiency analysis of electromechanical conversion systems of wind turbines with aerodynamic multiplication. Tekhnichna Elektrodynamika. 2023: 44-53. 10.15407/techned2023.06.044.
12. Strunkin, H. Simulation of the operation of a voltage inverter as part of an autonomous wind power plant with aerodynamic multiplication based on an asynchronous generator with a phase rotor. Technologies and Engineering, 2024. 25(6): 69-79. 10.30857/2786-5371.2024.6.7.
13. Strunkin H., "Simulation of the operation of an autonomous wind power plant with aerodynamic multiplication based on asynchronous generator with a phase rotor with excitation from a voltage-source inverter," Turk J Electr Power Energy Syst., Published online January 27, 2025. 10.5152/tepes.2025.24034.
14. Morgan, L. and Leithead, W.: Aerodynamic modelling of a novel vertical axis wind turbine concept, Journal of Physics: Conference Series, 2257. 10.1088/1742-6596/2257/1/012001, 2022.
15. Morgan, L., Leithead, W., & Carroll, J. On the use of secondary rotors for vertical axis wind turbine power take off. Wind Energy, 2024. 27(6): 569-582. 10.1002/we.2901.
16. Abadi, G.; Lopez, J.; Rodriguez, M.; Marroyo, L.; Iwanski, G. Doubly Fed Induction Machine: Modeling and Control for Wind Energy Generation, 1st ed.; John Wiley and Sons, Inc.: Hobokes, NJ, USA, 2011.
17. Стрункін Г.М. Застосування пристроїв силової електроніки. Дніпро. Середняк Т. К., 2024: 408. ISBN 978-617-8139-59-9.
18. Алексієвський Д.Г. Синтез електромеханічних систем вітроенергетичних установок з аеродинамічним мультиплікуванням. – Дис. … доктора технічних наук за спеціальністю 05.09.03 «Електротехнічні комплекси та системи» Запорізький національний університет, Запоріжжя, 2020: 331.
19. Стрункін, Г. Автономна вітроенергетична установка з аеродинамічним мультиплікуванням на базі асинхронного генератора з фазним ротором зі збудженням від інвертора напруги. Технічні науки та технології, 2024. 4 (38): 245–253. 10.25140/2411-5363-2024-4(38)-245-253.
20. Отраслевой портал, посвященный рынку электродвигателей. – URL: http://dvigatel.info, (дата звернення 12.06.2023).
21. Лесник В.А., Мазуренко Л.И., Шуруб Ю.В., Джура А.В. Габаритная мощность асинхронной машины в генераторном режиме работы. / Техническая электродинамика. 2004. №2: 32-35.
22. Переверзев А.В., Алексеевский Д.Г., Семенов В.В., Буров А.Н., Стрункин Г.Н., Таранец А.В. Об использовании крановых асинхронных двигателей в качестве генераторов для автономных ВЭУ. / Електротехніка та електроенергетика. 2008. №1: 20-23.
23. Краново-металлургические электродвигатели / Баталов Н. М., Белый В. А., Иоффе А. Б. и др. М.: Энергия, 1967: 238.
24. Трансформатори ТСП та ТСП 1. Каталог ЗВП «НЕОН» УТОГ. URL: https://www.neonzpp.com.ua/ua/docs/tsp.pdf (дата звернення 10.05.2024).
25. Индукторные машины. Технический каталог НП ЗАО «Электромаш». URL: https://zzem.com.ua/img/UserFiles/inductor_machines.pdf (дата звернення 10.05.2024).
