zunia.vn

Tuyển sinh 2024 dành cho Gen-Z

zunia.vn

» Kỹ Thuật - Công Nghệ

» Cơ khí - Chế tạo máy

Tính toán tổng trở sóng của tuabin gió dựa trên phương pháp phần tử hữu hạn

Chia sẻ: _ _ | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:3

Báo xấu

13
lượt xem 3
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Bài viết Tính toán tổng trở sóng của tuabin gió dựa trên phương pháp phần tử hữu hạn trình bày phương pháp phần tử hữu hạn (FEM) được sử dụng để tính toán tổng trở sóng của tuabin gió khi xét tới kích thước thật và vật liệu làm tuabin gió.

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Tính toán tổng trở sóng của tuabin gió dựa trên phương pháp phần tử hữu hạn

Tuyển tập Hội nghị Khoa học thường niên năm 2019. ISBN: 978-604-82-2981-8 TÍNH TOÁN TỔNG TRỞ SÓNG CỦA TUABIN GIÓ DỰA TRÊN PHƯƠNG PHÁP PHẦN TỬ HỮU HẠN Nguyễn Văn Vinh Trường Đại học Thủy lợi, email: vinhnv@tlu.edu.vn 1. ĐẶT VẤN ĐỀ thành phần dây dẫn sét trong cánh được xem như là một hình trụ (Hình 1). Tổng trở sóng Tuabin gió là thiết bị có độ cao lớn và của cánh (Zb) và tháp (Zt) được tính bởi: thường đặt ở những vị trí cô lập nên rất dễ bị sét đánh. Nghiên cứu chỉ ra rằng, tua bin gió 2H b H Z b  60.ln và Z t  60.ln 2 t (1) càng cao thì tỷ lệ do sét đánh càng lớn, các sự rb rt cố trên tuabin gió do sét gây ra mỗi năm có ở đây, Hb và rb là chiều dài và bán kính của thể lên tới 36% [1]. Theo đó, hư hỏng trên hệ thành phần dẫn sét trong cánh; Ht và rt là thống điều khiển chiếm tới 51%, hệ thống chiều cao và bán kính cơ sở của tháp. điện là 20%, cánh là 10%, máy điện là 7%, các thành phần khác là 12% [2]. Nhận thấy những vấn đề trên, việc tính toán bảo vệ chống sét là cần thiết để hạn chế những thiệt hại do sét gây ra thông qua việc ước lượng trị số quá điện áp đặt lên từng phần tử của tuabin gió. Những phần tử này được biểu diễn thông qua một đại lượng điện là tổng trở sóng tương đương. Việc xác định chính xác đại lượng điện này cho phép ta ước lượng được trị số quá điện áp do sét gây ra, từ đó đề ra được các biện pháp bảo vệ chống sét thích hợp cho các thiết bị trên tuabin gió. Trong bài báo này, phương pháp phần tử Hình 1. Sơ đồ tương đương của tuabin gió hữu hạn (FEM) được sử dụng để tính toán 2.2. Phương pháp phần tử hữu hạn (FEM) tổng trở sóng của tuabin gió khi xét tới kích thước thật và vật liệu làm tuabin gió. Quá Xuất phát từ công thức tính tổng trở sóng trình xây dựng mô hình, mô phỏng, và tính được đề xuất bởi [4]: toán dựa trên phần mềm COMSOL. Kết quả H Z (2) tính toán này được so sánh với phương giải c.CT tích. Ngoài ra, bài báo cũng thảo luận sự tác ở đây, H là chiều cao của vật thể, c là vận tốc động tương hỗ giữa các thành phần của ánh sáng trong chân không (3.108 m/s), CT là tuabin gió (3 cánh, trục cánh và tháp) lên giá điện dung của vật thể. trị tổng trở sóng, thay vì tính tổng trở sóng Trong bài báo này, điện dung của tuabin độc lập cho cánh và tháp riêng lẻ. gió được tính như sau: 2. PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 2W CT  (3) U2 2.1. Phương pháp giải tích ở đây, U là điện áp kích thích đặt vào tuabin Trong [3], tác giả coi thành phần tháp của gió (1V), W là năng lượng điện trường tích tuabin gió như là một hình nón cụt trong khi lũy trong tuabin gió và được tính bằng FEM 564
Tuyển tập Hội nghị Khoa học thường niên năm 2019. ISBN: 978-604-82-2981-8 thông qua hàm phân bố thế   x, y, z  trong của tuabin gió theo thông số của hãng Vestas miền khảo sát  : V66-1.65MW (Bảng 1 và 2).  1    2    2     2 Bảng 1. Kích thước tuabin gió hãng Vestas W     x     y    z    d (4)   2   x   y   z    Bước 1: Rời rạc hóa miền khảo sát  Miền khảo sát  được chia thành các phần tử ba chiều dạng tứ diện bậc một (Hình 2). Bảng 2. Vật liệu tuabin gió hãng Vestas 3. KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU 3.1. Tính tổng trở sóng độc lập Hình 2. Phần tử tứ diện bậc một Kết quả tính toán tổng trở sóng trên các  Bước 2: Lựa chọn hàm xấp xỉ thành phần độc lập cho cánh và tháp được Hàm xấp xỉ được chọn là một hàm tuyến trình bày trong Bảng 3. tính như sau: Bảng 3. Tổng trở sóng của cánh và tháp   x, y,z   1   2 x   3 y   4 z (5) Phân bố thế của phần tử [e] tại các nút đỉnh của tứ diện: i     j e  [ N i N j N k N l ].     N . (6) Nhận thấy rằng, tổng trở sóng tính bằng  k  phương pháp phần tử hữu hạn trong cả hai    l trường hợp cho cánh và tháp đều cho kết quả ở đây, N là hàm hình dạng và phụ thuộc vào nhỏ hơn phương pháp giải tích (14.53% và hình dạng phần tử mà ta chia. 22.8%). Sự sai khác này là do trong phương  Bước 3: Xây dựng hệ phương trình đại số pháp giải tích, hình dạng thực và vật liệu làm Năng lượng điện trường tích lũy trên tuabin gió không được tính đến, cụ thể: tuabin gió được xác định bởi:  Đối với cánh: hình dáng, kích thước, và W m W   e  [ H ].{}  0 (7) vật liệu của vỏ cánh được bỏ qua. Hơn  e1 e nữa, vật liệu dây dẫn sét không xét đến. ở đây, m là số phần tử trong miền khảo sát  Đối với tháp: việc tính toán giải tích đã  ,  H  là ma trận tổng thể được xây dựng từ coi tháp là 1 hình nón cụt mà không xét các ma trận con  h  . e đến độ dầy và vật liệu của tháp.  Bước 4: Giải hệ phương trình đại số Như vậy, nếu chỉ xét riêng rẽ từng thành Để giải (7), phần mềm COMSOL dựa trên phần, phương pháp giải tích rõ ràng đã phóng FEM được sử dụng để tính toán điện trường đại trị số tổng trở sóng của tuabin gió. 565
Tuyển tập Hội nghị Khoa học thường niên năm 2019. ISBN: 978-604-82-2981-8 3.2. Tính tổng trở sóng với mô hình đầy đủ cho cánh (từ 8Ω đến 10Ω). Điều này cho thấy rằng, bản thân tháp là thiết bị có cấu trúc hình Tổng trở sóng của cánh và tháp khi xét đến học lớn nên ít chịu ảnh hưởng từ các thành ảnh hưởng tương hỗ của các thành phần còn phần khác. Khi xét với mô hình đầy đủ, tổng lại của tuabin gió được tính toán. Kết quả trở sóng của tháp tăng tới 18,54% (từ tính toán trong Hình 3 và 4 cho thấy, tổng trở 195,57Ω lên 231,83Ω). sóng của cánh và tháp đều tăng khi xét đến ảnh hưởng của các thành phần còn lại của 4. KẾT LUẬN tuabin gió. Tổng trở sóng tăng lên là do điện dung của từng thành phần giảm đi khi có xét Tổng trở sóng của tuabin gió được tính đến phần năng lượng tĩnh điện cảm ứng sang toán bởi hai phương pháp giải tích và phần tử các thành phần lân cận. hữu hạn cho kết quả sai khác lớn. Phương pháp giải tích có thể làm cho giá trị tổng trở sóng tăng tới 20% khi không xét đến kích thước hình học thực của cánh và tháp, đồng thời bỏ qua phần vật liệu làm cánh và tháp. Tổng trở sóng của tuabin gió khi xét trong hai trường hợp với mô hình độc lập và đầy đủ trên các thành phần cánh và tháp có sự khác biệt lớn về kết quả. Điều này cho thấy rằng, nếu biểu diễn mô hình tuabin gió càng đầy đủ thì giá trị tổng trở sóng càng lớn. Do đó, việc tính toán bảo vệ chống sét trong tuabin gió Hình 3. Tổng trở sóng của cánh nên xem xét đến ảnh hưởng của toàn bộ các kết cấu xung quanh lên trị số tổng trở sóng. Các trị số tổng trở sóng của cánh và tháp trong mô hình đầy đủ với mức tổng trở sóng cao nhất nên được lấy để phục vụ cho việc tính toán bảo vệ chống sét, từ đó có thể ước lượng chính xác hơn trị số quá điện áp do sét trong một tuabin gió. 5. TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Bruce Glushakow (2007). Effective lightning protection for wind turbine generators. IEEE Transactions on Energy Hình 4. Tổng trở sóng của tháp Conversion, 22(1), pp. 214-222. Tổng trở sóng của cánh khi xét đến ảnh [2] IEC TR 61400-24 (2002). Wind turbine hưởng của các thành phần trục cánh và tháp generator systems - Part 24: Lightning là lớn hơn cả so với các thành phần còn lại protection. IEC: Switzerland. của tuabin gió (có độ dốc đồ thị lớn), điều [3] Romero, D (2004). Behaviour of the wind- turbines under lightning strikes including này phù hợp với thực tế bởi các thành phần nonlinear grounding system. Proceedings of này có cấu trúc lớn và được đặt gần cánh. the International Conference on Renewable Khi xét mô hình đầy đủ, tổng trở sóng cánh Energies and Power Quality. tăng tới 54,24% (từ 507,13Ω lên 782,21Ω). [4] CIGRE Working Group 33-01 (1991). Tổng trở sóng của tháp khi xét đến ảnh Guide to procedures for estimating the hưởng của từng cánh và trục cánh đặt lên lightning performance of transmission lines. tháp là không lớn khi so với trường hợp tính CIGRE Brochure 63. 566

CÓ THỂ BẠN MUỐN DOWNLOAD

LV.15: Bộ Đồ Án Tốt Nghiệp Chuyên Ngành Cơ Khí

65 tài liệu

2428 lượt tải

THÔNG TIN

TRỢ GIÚP

HỖ TRỢ KHÁCH HÀNG

Theo dõi chúng tôi

Chịu trách nhiệm nội dung:

Nguyễn Công Hà - Giám đốc Công ty TNHH TÀI LIỆU TRỰC TUYẾN VI NA

LIÊN HỆ

Địa chỉ: P402, 54A Nơ Trang Long, Phường 14, Q.Bình Thạnh, TP.HCM

Hotline: 093 303 0098

Email: support@tailieu.vn

Giấy phép Mạng Xã Hội số: 670/GP-BTTTT cấp ngày 30/11/2015 Copyright © 2022-2032 TaiLieu.VN. All rights reserved.