Аналіз та синтез систем збудження машин змінного струму електромашиновентильних комплексів генерування електроенергії
Створення математичної моделі збудження синхронних генераторів електростанцій. Використання перетворювачів частоти з каскадними інверторами напруги. Аналіз процесів в робочих та аварійних режимах. Рекомендації щодо підвищення якості формування напруги.
| Рубрика | Физика и энергетика |
| Вид | автореферат |
| Язык | украинский |
| Дата добавления | 14.09.2014 |
| Размер файла | 76,2 K |
Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже
Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.
Для генераторної установки з самозбудженням проаналізовано режими к. з. в кінці довгої лінії. Порівняно з наведеними вище результатами аналізу режимів к.з. в лінії 500 кВ (на виході турбогенератора з безщітковою СЗ) у випадку короткого замикання в кінці лінії 220 кВ частота високочастотних пульсацій є вища (крім 3-ї виникає 6-та гармоніки в складі напруги), що пояснюється залежністю цієї частоти від індуктивності та ємності лінії електропередачі, які, у свою чергу, значною мірою залежать від довжини ЛЕП (в моделі генераторної установки з системою самозбудження довжина лінії 220 кВ є в 2 рази менша ніж довжина лінії 500 кВ в моделі з безщітковою системою збудження). Амплітуда та час затухання високочастотних коливання в лінії 220 кВ є меншими, оскільки вони залежать від активного опору лінії, який в ЛЕП 220 кВ на одиницю довжини є більшим (через дещо менший діаметр проводу).
У п'ятому розділі наведено результати аналізу процесів в електромашиновентильних комплексах з асинхронними генераторами.
В автономних асинхронних генераторних установках, зокрема у вітроенергетичних, виникає проблема забезпечення належної якості вихідної напруги в умовах зміни швидкості обертання вала АГ.
В роботі обґрунтовано використання для розв'язання цієї проблеми перетворювачів частоти з каскадними інверторами напруги та проаналізовано процеси в асинхронній генераторній установці з 4-ма АІН в каскаді, вихідні напруги яких додаються із зміщенням в часі і в просторі за допомогою трансформаторів.
Як показали результати досліджень, використання такої схеми забезпечує стабільну напругу на виході генераторної установки квазісинусоїдної форми, у складі якої з найближчих вищих гармонік присутні 17-та та 19-та, в умовах зміни величини навантаження та швидкості вала АГ.
У згаданих системах доцільним є використання в перетворювачі частоти некерованого діодного випрямляча з широтно-імпульсним перетворювачем на виході замість керованого ТП.
Як показали результати математичного моделювання, це дає змогу підвищити коефіцієнт потужності на виході АГ та збільшити навантажувальну здатність АГ (майже в 1.5 рази) при меншій ємності конденсатора збудження (в 2 рази).
В генераторних установках може бути використано машину подвійного живлення з системою векторного керування напругою ротора. В даній схемі збудження АМ може здійснюватися як струмами статора, так і струмами ротора в режимах двигуна та генератора зі споживанням та генеруванням реактивної потужності.
Для забезпечення роботи МПЖ в генераторному режимі з регульованим коефіцієнтом потужності статора запропоновано вирази для заданих значень струмів ротора
, , (9)
де: Lm, Ls робоча індуктивність та індуктивність розсіювання статора; іsx, іsу, іrx, іrу - струми статора і ротора в системі координат (х,у) - обертовій системі координат, вісь у якої співпадає з зображувальним вектором напруги статора; sx, sу - потокозчеплення статора АМ в системі координат (х,у); іsуз - задане значення струму статора АМ за віссю у, що визначає величину електромагнітного моменту АМ і формується регулятором моменту РМ у складі САР регулювання швидкості; - необхідне значення фазового зсуву між напругою та струмом статора АМ.
Для завдання режиму генерування реактивної енергії tg у виразі (9) повинен задаватися з від'ємним знаком, а для завдання режиму споживання реактивної енергії - з додатнім.
Потокозчеплення АМ у формулах (5) визначаються на основі виміряних струмів статора і ротора АМ.
Задані значення струмів ротора в системі координат (х,у) перетворюються у завдання фазних струмів ротора, які реалізуються блоком гістерезисних регуляторів струмів (БРС), що керує автономним інвертором напруги перетворювача, який живить коло ротора.
Побудовані векторні діаграми струмів та напруги АМ, що відображають закономірності зміни струмів АМ в усіх режимах роботи і які підтверджені отриманими за допомогою розробленого методу результатами досліджень процесів в описаній системі.
Встановлено, що потужність ковзання, яка виділяється в роторі АМ в схемі МПЖ з реалізованим алгоритмом керування використовується для роботи системи.
При цьому, в режимі роботи двигуна потужність, що додатково споживається ротором з мережі (зі статора АМ) при зменшенні швидкості обертання зменшується, а в генераторному режимі роботи - збільшується. У випадку надлишку потужності, що виділяється в роторі (зокрема, при роботі в режимі двигуна з номінальним навантаженням на понижених швидкостях обертання, або в режимах генератора на високих швидкостях вищих за синхронну), доцільним є її віддача в мережу шляхом використання у складі ПЧ випрямляча з двосторонньою провідністю.
В іншому випадку, для недопущення зростання напруги на вході інвертора ПЧ необхідно застосовувати заходи для її розсіювання.
У шостому розділі описано використання запропонованого методу для розв'язання задач випробування (тестування) фізичних систем регулювання збудження.
Особливістю запропонованого методу є можливість створення систем, які поєднують фізичні та математичні (комп'ютерні) об'єкти, що дає можливість його використання для випробування та налагодження фізичних систем керування, зокрема - систем регулювання збудження генераторів електростанцій. Система збудження, в даному випадку, під'єднується до функціонуючої в реальному часі комп'ютерної моделі, що реалізує модель відсутніх на стадії випробування елементів генераторної установки (електричних машин, генератора, лінії).
Розроблено структуру програмно-технічного комплексу для випробування безщіткових систем збудження. До складу цього комплексу входять: комп'ютерна модель об'єкту регулювання з графічним інтерфейсом користувача, карти ЦАП і АЦП та сукупність узгоджувальних пристроїв.
До складу фізичної системи збудження типу КОСУР-220 входять: випрямний трансформатор ВТ, тиристорний перетворювач ТП з системою керування тиристорами СКТ та автоматичний регулятор збудження АРЗ.
Об'єкт регулювання є комп'ютерною моделлю і містить: безщітковий збудник ЗБ, на обмотку збудження якого подається напруга з тиристорного перетворювача системи збудження, синхронний генератор Г та лінію електропередачі ЛЕП.
Призначенням узгоджувальних пристроїв є забезпечення обміну інформацією між системою збудження та комп'ютерною моделлю об'єкту регулювання. На систему збудження з комп'ютерної моделі подається така інформація: лінійна напруга uгАВ та uгВС з виходу генератора, струм статора генератора іг, струм збудження допоміжного іfзб генератора.
Для забезпечення необхідних параметрів сигналів, з якими працюють реальні системи збудження на електростанціях (напруга на виході генератора 105 В і струм генератора 5 А) після ЦАП сигнали проходять через блок підсилювачів.
Вхідним сигналом для комп'ютерної моделі є напруга збудження з виходу тиристорного перетворювача системи збудження, яка через блок гальванічного розмежування подається на вхід карти АЦП.
Для забезпечення нормальної роботи тиристорного перетворювача на його вихід ввімкнено RL-навантаження, параметри якого відповідають параметрами обмотки збудження реального генератора. Зауважимо, що при наявних параметрах системи збудження струм, що протікає через тиристорний перетворювач істотно не впливає на значення його вихідної напруги, яка визначається сигналом АРЗ, що в свою чергу є функцією сигналів зворотних зв'язків: напруги генератора, струму генератора та струму збудження допоміжного генератора, які формуються комп'ютерною моделлю.
У випробувальному комплексі використано карту АЦП типу PCI-1712 виробництва Advantech, що містить 16 каналів з частотою опитування 1 МГц і розрядністю АЦП 12 біт, та карту ЦАП типу PCI-1720 виробництва цієї ж фірми, яка містить 4 канали з частотою оновлення 500 кГц та розрядністю ЦАП 12 біт. Карти працюють з сигналами 5 В.
Результати випробувань у вигляді експериментальних осцилограм для струму збудження збудника іfзб, напруги на виході генератора Uг, активної та реактивної потужностей на виході генератора Рг, Qг, зняті під час роботи реальної системи збудження з комп'ютерною моделлю генераторної установки.
Даний випробувальний комплекс реалізовано на науково-виробничому підприємстві "Руселпром - Електромаш" (м. Санкт-Петербург, РФ), де він використовується для випробування виготовлених систем регулювання збудження.
У сьомому розділі обґрунтовано можливість і доцільність застосування запропонованого підходу для розв'язання задач синтезу нечітких АРЗ за допомогою уточнених математичних моделей об'єкту регулювання.
Слід відзначити, що сьогодні для синтезу автоматичних регуляторів збудження промислового використання традиційно користуються класичними методами теорії автоматичного регулювання та спрощеними лінійними моделями системи. Параметри таких моделей отримують для одного експлуатаційного режиму (як правило номінального) і вони є незмінні в часі. В результаті, синтезований АРЗ забезпечує оптимальні характеристики лише в околі відповідної робочої точки.
Однак, в багатьох визначальних режимах роботи, зокрема, в режимах початкового збудження, аварійних режимах, має місце значний діапазон зміни координат системи, що у поєднанні з мінливістю енергетичної системи з точки зору величини та характеру навантаження призводить до того, що АРЗ синтезовані з використанням лінеаризованих для одної робочої точки (номінальної) моделей не забезпечують належних динамічних характеристик системи.
Перспектива використання нечітких регуляторів збудження (НРЗ) в умовах мінливості об'єкта регулювання (генератора в енергосистемі) обумовлена їх робастністю до параметричних змін.
В роботі синтезовано НРЗ для безщіткової системи збудження СГ . При цьому визначення раціональної структури регулятора, виділення вхідних змінних, формування баз правил здійснено шляхом застосування уточнених математичних моделей об'єктів регулювання, описаних в розділі 4, що дало змогу враховувати нелінійність електричних машин, та процеси в напівпровідниковій системі збудження.
Запропонована структура НРЗ. Функцію регулювання вихідної напруги генератора та забезпечення програмного початкового збудження виконує нечіткий регулятор напруги (НРН), на вхід якого подаються: eu - різниця між заданим та дійсним значенням вихідної напруги генератора (похибка регулювання напруги), eu - її приріст.
До складу нечіткого системного стабілізатора (нечіткого стабілізатора режиму НСР) входять контури регулювання за частотою вихідної напруги генератора та за її першою похідною. На його вхід, відповідно, подаються сигнали: ef - похибка регулювання частоти (відхилення частоти вихідної напруги генератора від 50 Гц); ef - її приріст. Крім цього, до складу системного стабілізатора введено гнучкий зворотний зв'язок за струмом збудження генератора (if).
У випадку регулювання коефіцієнта потужності на виході генератора НРЗ доповнюється нечітким регулятором коефіцієнту потужності РКП, на вхід якого подаються сигнали: ud - приріст напруги генератора за віссю d (пропорційний зміні кута навантаження генератора) та іd - приріст струму статора генератора за віссю d (пропорційний зміні реактивної потужності на виході генератора).
Оперування уточненими моделями системи збудження, що враховують дискретність напівпровідникових перетворювачів дало змогу зробити висновок про доцільність введення гнучкого зворотного зв'язку за струмом збудження генератора, без якого забезпечується висока якість регулювання вихідної напруги СГ, однак, в системі збудження виникають коливні режими і ТП працює з перервними струмами.
Для підсистем вибрано регулятори Такагі-Сугено з постійним виходом. Формування бази правил регуляторів підсистем регулювання напруги та стабілізації режиму проведено на основі шаблонної бази правил Mac Vicara - Whelana. Для усунення нечіткості застосовано гравітаційний метод. Параметри регуляторів були підібрані експериментально за допомогою розроблених моделей генераторної установки з НРЗ.
Як показали результати досліджень синтезований НРЗ у порівнянні з традиційним АРЗ типу АРВ-СДП1 з типовим налаштуванням в режимі програмного початкового збудження СГ на неробочому ході забезпечує кращі характеристики, зокрема меншими в 2 рази є кидки струму збудження допоміжного генератора, в 1.5 рази менше перерегулювання струму збудження СГ, плавне наростання вихідної напруги СГ.
В режимі вмикання СГ в мережу з одночасним номінальним завантаженням, як видно з отриманих результатів, система збудження з НРЗ забезпечує дещо краще демпфування коливань. Так, при приблизно однакових перших кидках струму статора (близько 42 %) в системі з НРЗ величини другого та третього кидків струму зменшуються (на 2 % та 2.5 % відповідно). Відтак, в системі з НРЗ мають місце два кидка струму статора, що перевищують 5%-ну межу, а в системі з традиційним АРЗ типу АРВ-СДП1 - три кидки. Меншими є коливання частоти на виході СГ.
Проведені дослідження режимів зміни величини та характеру навантаження СГ під час його роботи в лінії підтвердили працездатність синтезованого регулятора, а відтак - можливість застосування описаного підходу для розв'язання задач синтезу нечітких регуляторів збудження генераторів електростанцій.
У додатках наведено структури класів програмного комплексу для аналізу ЕМВК генерування електроенергії, приклад комп'ютерної моделі генераторної установки з безщітковою системою збудження, а також документи про впровадження результатів дисертаційної роботи.
електростанція синхронний генератор
ВИСНОВКИ
1. Розроблений шляхом поєднання теорії математичного моделювання електромашиновентильних систем та теорії об'єктно-орієнтованого проектування метод аналізу дає змогу поєднати в єдиному комплексі математичні моделі (комп'ютерні об'єкти) та фізичні об'єкти і, відтак, на основі єдиного підходу розв'язати складну науково-прикладну проблему аналізу, синтезу та випробування систем збудження машин змінного струму з використанням створення об'єктно-орієнтованих моделей, які відрізняються високою повнотою описання елементів та можливістю працювати в реальному часі у взаємодії з реальними фізичними об'єктами.
2. Розроблені за допомогою вищезгаданого методу моделі генераторних установок з напівпровідниковими системами збудження комплексно враховують: в електричних машинах нелінійність, вплив демпферних контурів та можливу несиметрію; дискретність вентилів напівпровідникових перетворювачів; активно-індуктивно-ємнісний характер лінії електропередачі і розподіленість її параметрів. Такі моделі дозволяють аналізувати взаємні впливи між елементами електротехнічного комплексу "система збудження - генератор - лінія електропередачі" в робочих режимах та в аварійних режимах роботи, пов'язаних з несправностями в системі регулювання збудження та короткими замиканнями в різних точках лінії електропередачі.
3. Адекватність розроблених об'єктно-орієнтованих моделей систем збудження генераторних установок підтверджена численними порівняннями для різних систем збудження та різних режимів їх роботи розрахованих осцилограм з експериментально-знятими на реальних об'єктах. Результати такого співставлення демонструють співпадіння розрахованих та реальних осцилограм за якісними показниками і невеликі розбіжності за кількісними показниками на рівні миттєвих значень (середньоквадратичні відхилення коливаються в межах 6 - 9 %, що в умовах складності об'єктів дослідження та труднощами визначення їх реальних параметрів є цілком прийнятним), що дозволяє використання запропонованих моделей для розв'язання задач аналізу, синтезу та випробування систем збудження електромашиновентильних комплексів генерування електроенергії.
4. Результати аналізу процесів в системі регулювання збудження асинхронної машини зі сторони фазного ротора у схемі подвійного живлення з розробленим за участю автора алгоритмом керування підтверджують можливість роботи даної системи паралельно з мережею в генераторному режимі з генеруванням або споживанням реактивної потужності та з регулюванням коефіцієнта потужності статора та швидкості обертання (вище і нижче синхронної).
5. Встановлені кількісні характеристики залежностей струмів та потужностей в колі статора, ротора та потужності на валі генератора в генераторному режимі та в режимі двигуна машини подвійного живлення з застосованою системою керування струмами фазного ротора можуть бути використані для проектування генератора, напівпровідникового перетворювача та системи керування.
6. Запропонована процедура синтезу нечіткого регулятора збудження з використанням розроблених математичних моделей дає змогу врахувати під час синтезу процеси в напівпровідникових системах збудження, включно з обмеженнями, що накладаються напівпровідниковими перетворювачами, а також нелінійність електричних машин і може бути поширена на синтез інших цифрових регуляторів збудження.
7. Розроблені за допомогою запропонованого підходу моделі реального часу здатні в процесі роботи обмінюватися інформацією з фізичними об'єктами і використовуються для розв'язання важливих задач випробування та попереднього налагодження регуляторів збудження синхронних генераторів електростанцій та можуть бути використані як тестери систем збудження генераторів.
8. Ефективність запропонованих засобів аналізу систем збудження машин змінного струму електромашиновентильних комплексів генерування електроенергії підтверджується результатами впровадження розроблених комп'ютерних симуляторів та тренажерів (комп'ютерних моделей зі зручним інтерфейсом користувача) для аналізу генераторних установок з напівпровідниковими системами збудження та для навчання обслуговуючого персоналу електростанцій, а також результатами впровадження програмно-технічних комплексів для випробування безщіткових систем збудження синхронних машин.
ПУБЛІКАЦІЇ ЗА ТЕМОЮ ДИСЕРТАЦІЇ
1. Плахтина О., Лозинський А., Куцик А. Дослідження нормальних та аварійних режимів роботи електропривода за схемою "тиристорний регулятор напруги - асинхронний двигун" методом комп'ютерного симулювання // Вісник Державного університету “Львівська політехніка” “Електроенергетичні та електромеханічні системи”. 1997. № 334. С. 89.
2. Плахтина О.Г., Боднар Г.Й., Куцик А.С.. Математичне моделювання перетворювача частоти з каскадним включенням інверторів // Вісник Державного університету “Львівська політехніка” “Електроенергетичні та електромеханічні системи”. 1998. № 340. С. 91 - 96.
3. Плахтина О.Г., Боднар Г.Й., Куцик А.С., Плахтина І.О. Математичне моделювання процесів в електроприводі з каскадним інвертором напруги. // Вісник Державного університету “Львівська політехніка” “Електроенергетичні та електромеханічні системи”. 2000. №400. - С. 122.
4. Плахтина О.Г., Куцик А.С., Копчак Б.Л. Математичне моделювання автономного джерела на базі асинхронного генератора з самозбудженням і тиристорного регулятора напруги. // Вісник Державного університету “Львівська політехніка” “Електроенергетичні та електромеханічні системи”. 2001. №418. - С. 140 - 146.
5. Куцик А.С, Плахтина О.Г., Рябов В.Н. Математична модель турбогенераторної установки з тиристорною безконтактною системою збудження // Вісник Національного університету “Львівська політехніка” “Електроенергетичні та електромеханічні системи”. 2003. №487. - С. 67-73.
6. О.Г.Плахтина, А.С.Куцик, В.Д.Йовбак. Спосіб векторного керування напругою живлення фазного ротора асинхронної машини // Вісник Національного університету “Львівська політехніка” “Електроенергетичні та електромеханічні системи”. 2003. №479. - С. 154-160.
7. Плахтина О.Г., Куцик А.С., Йовбак В.Д. Електромагнітні та електромеханічні процеси асинхронної машини з інвертором напруги в колі ротора при векторному керуванні // Технічна електродинаміка. 2004. №5. - С. 30 - 36.
8. Плахтина О.Г., Куцик А.С., Рябов В.Н.. Математичне моделювання напівпровідникових систем збудження синхронних генераторів // Вестник Харьковского государственного политехнического университета “Електротехника, электроника и электропривод". 2000. Выпуск 113. С.227 - 228.
9. Плахтина О.Г., Боднар Г.Й., Куцик А.С. Дослідження системи "Каскадний інвертор напруги - асинхронний двигун" // Вестник Харьковского государственного политехнического университета "Проблемы автоматизированного электропривода. Теория и практика". 1998. - С. 281 - 282.
10. Plakhtyna O., Cieslik S., Kutsyk A. Use of computer for training the operating staff of a power plant // Вісник Національного технічного університету “Харківський політехнічний інститут” “Проблемы автоматизированного электропривода. Теория и практика”. 2002. №12, т.2. - С.369 - 370.
11. Плахтина О.Г., Куцик А.С., Рябов В.Н. Программное обеспечение для исследования процессов в системах возбуждения синхронных машин // Вісник Національного технічного університету “Харківський політехнічний інститут” “Проблемы автоматизированного электропривода. Теория и практика”. 2003. Вип. 10, т.1. - С. 467-468.
12. Куцик А.С., Плахтина О.Г.. Розробка цифрових моделей електромеханічних систем на основі теорії об'єктно-орієнтованого проектування // Вісник Національного технічного університету “Харківський політехнічний інститут” “Проблемы автоматизированного электропривода. Теория и практика”. 2005. Вип. 45. - С. 128 - 129.
13. Плахтина О.Г., Куцик А.С., Гаранджа С.А. Каскадний інвертор напруги в автономній асинхронній генераторній установці з конденсаторним збудженням // Технічна електродинаміка. Тем. випуск “Силова електроніка та енергоефективність”. 2004. - С. 7 - 12.
14. Плахтина О.Г., Куцик А.С. Математичне моделювання системи самозбудження синхронного генератора з використанням об'єктно-орієнтованого методу // Технічна електродинаміка. Тем. випуск "Силова електроніка та енергоефективність", ч. 3. 2005. - С. 107 - 111.
15. Плахтина О.Г., Куцик А.С. Програмно-технічний комплекс для випробування систем збудження в енергоблоках електричних станцій // Технічна електродинаміка. Тем. випуск “Проблеми сучасної електротехніки”, ч.6. 2006. - С. 22 25.
16. Лозинський А.О., Куцик А.С. Аналіз процесів в безщітковій системі збудження синхронного генератора з нечітким регулятором // Технічна електродинаміка. Тем. випуск "Силова електроніка та енергоефективність - 2006", ч.4. 2006. - С. 100 - 103.
17. Лозинський А.О., Куцик А.С. Структура нечіткого регулятора системи керування збудженням синхронного генератора // Міжвідомчий науково-технічний збірник "Електромашинобудування та електрообладнання". Тем. вип. "Проблеми автоматизованого електропривода. Теорія і практика". Одеський національний політехнічний університет. 2006. Вип. 66. - С. 386 - 388.
18. Куцик А.С. Математичне моделювання процесів у системі тиристорного збудження синхронного гідрогенератора // Вісник Національного університету “Львівська політехніка” “Електроенергетичні та електромеханічні системи”. 2002. - №449. С.102 - 108.
19. Куцик А.С. Математичне моделювання елементів електромеханічних систем згідно з принципами об'єктно-орієнтованого підходу // Міжвідомчий науково-технічний збірник "Електромашинобудування та електрообладнання". Одеський національний політехнічний університет. 2005. Вип. 64. - С. 10 - 17.
20. Куцик А.С. Аварійні режими в тиристорній безконтактній системі збудження синхронного турбогенератора // Вісник Національного університету “Львівська політехніка” “Електроенергетичні та електромеханічні системи”. 2005. - №544. С.68 73.
21. Куцик А.С. Об'єктно-орієнтована математична модель синхронної машини // Теоретична електротехніка. 2005. Вип. 58. - С. 120 - 129.
22. Куцик А.С. Об'єктно-орієнтована модель асинхронної машини // Східно-європейський журнал передових технологій. 2005. № 6 (18). - С.163 - 166.
23. Куцик А.С. Об'єктно-орієнтований метод аналізу електромеханічних систем // Технічна електродинаміка. 2006. №.2. - С. 57 - 63.
24. Куцик А.С. Математичне моделювання лінії електропередачі з використанням об'єктно-орієнтованого методу // Науковий вісник Національного гірничого університету. 2006. № 7. - С. 75 - 80.
25. Куцик А.С., Копчак Б.Л. Дослідження автономного асинхронного генератора з тиристорним регулятором напруги методом математичного моделювання // Технічні вісті. 2000. №1(10). - С. 23 - 27.
26. Куцик А.С., Копчак Б.Л., Плахтина І.О. Частотнокерований електропривод в автономній системі з асинхронним генератором. // Праці міжнародної конференції з автоматичного управління "Автоматика -2000". Львів: Держ. НДІ інформаційної інфраструктури, 2000. - С. 202 - 206.
27. Куцик А.С. Математичне моделювання напівпровідникових систем збудження потужних синхронних генераторів // Тези доповідей 3-ої Міжнародної науково-технічної конференції “Математичне моделювання в електротехніці та електроенергетиці”. Львів: ДУ "Львівська політехніка", 1999. - С.214.
28. Плахтына Е.Г., Куцик А.С., Кичаев В.В., Попов Е.Н., Рябов В.Н., Юрганов Ю.А. Программное обеспечение для исследования процессов в тиристорных системах возбуджения синхронных генераторов // Материалы международной научно-технической конференции "Современные системы возбуждения для нового строительства и реконструкции электростанций. Опыт наладки и эксплуатации систем возбуждения нового поколения", выпуск 1. Санкт-Петербург, 2004. - С. 146 - 151.
29. O.Plakhtyna, A.Kutsyk. The computer diagnostics of the excitation systems of synchronous generator // Proceeding of the International Conference "Modern Problems of Radio Engineering, Telecommunications and Computer Science" TCSET'2006. Lviv, 2006. - РР.49-50.
30. Плахтина О.Г., Куцик А.С. Застосування об'єктно-орієнтованих математичних моделей для комп'ютерного діагностування систем збудження синхронних генераторів електростанцій // Праці конференції “Моделювання - 2006”. Київ, 2006. - С.373 - 378.
31. Плахтына Е.Г., Куцик А.С., Кичаев В.В., Лапиков Ю.Б., Рябов В.Н., Попов Е.Н., Воробей В.К., Ионайтес В.Е. Программно-технический комплекс для испытаний и наладки устройств управления и защиты электроэнергетических систем // Труды симпозиума "Элмаш - 2006. Перспективы и тенденции развития электротехнического оборудования.". Москва, 2006. - С. 92 - 97.
32. Патент України № 31179А Н02М 7/539. Перетворювач постійної напруги в трифазну / Плахтина О.Г., Боднар Г.Й., Куцик А.С., Плахтина І.О. Опубл. 15.12.2000 р., бюл. № 7-ІІ. С. 1.218.
33. Патент України № 33343А Н02М 7/539. Перетворювач постійної напруги в трифазну / Плахтина О.Г., Боднар Г.Й., Куцик А.С., Плахтина І.О. Опубл. 15.02.2001 р., бюл. № 1. С. 1.203.
АНОТАЦІЯ
Куцик А.С. Аналіз та синтез систем збудження машин змінного струму електромашиновентильних комплексів генерування електроенергії. - Рукопис.
Дисертація на здобуття наукового ступеня доктора технічних наук за спеціальністю 05.09.03 - Електротехнічні комплекси та системи, Національний університет „Львівська політехніка”, Львів, 2007.
В дисертаційній роботі запропоновано новий метод аналізу електромашиновентильних комплексів генерування електроенергії, який завдяки використанню об'єктно-орієнтованого підходу дає змогу створювати моделі складних електромашиновентильних систем з підвищеною повнотою опису елементів і з можливістю функціонування в реальному часі та зв'язку з фізичними об'єктами, що розширює можливості аналізу та робить можливим використання даних моделей для розв'язання задач випробування та налагодження фізичних систем керування.
За допомогою запропонованого методу створено об'єктно-орієнтовані математичні моделі систем збудження синхронних генераторів електростанцій, що відрізняються врахуванням не лінійності електричних машин, дискретності напівпровідникових перетворювачів, врахуванням реального активно-індуктивно-ємнісного характеру лінії електропередачі та розподіленості її параметрів. Отримано результати аналізу процесів в згаданих системах в робочих режимах та в аварійних режимах, що відображають взаємний вплив процесів в системі збудження, генераторі та в лінії.
Розроблені математичні моделі та проведено дослідження процесів в автономних асинхронних генераторних установках з конденсаторним збудженням, в яких для забезпечення належної якості вихідної напруги в умовах зміни швидкості обертання вала генератора обґрунтовано використання перетворювачів частоти з каскадними інверторами напруги. Проведено дослідження процесів в системі векторного керування асинхронним генератором зі збудженням струмами фазного ротора в режимах роботи з регулюванням коефіцієнта потужності статора.
Розглянуто питання використання запропонованого підходу для розв'язання задач синтезу нечітких регуляторів збудження з використанням уточнених математичних моделей генераторних установок, а також задачі випробування та налагодження виготовлених фізичних систем регулювання збудження з застосуванням комп'ютерних моделей об'єкту регулювання.
Ключові слова: синхронний генератор, асинхронний генератор, система збудження, нечіткий регулятор збудження, математична модель, об'єктно-орієнтований аналіз.
АННОТАЦИЯ
Куцик А.С. Анализ и синтез систем возбуждения машин переменного тока электромашинновентильних комплексов генерирования электроэнергии. - Рукопись.
Диссертация на соискание ученой степени доктора технических наук по специальности 05.09.03 - Электротехнические комплексы и системы, Национальный университет „Львівська політехніка”, Львов, 2007.
Диссертация посвящена решению научно-прикладной проблемы анализа и синтеза систем возбуждения машин переменного тока в составе электромашинновентильных комплексов генерирования электроэнергии с помощью единого методологического подхода.
В разделе 1 рассмотрены основные схемы систем возбуждения синхронных и асинхронных генераторов, сформулированы задачи их анализа, а также требования к средствам анализа и синтеза. Обосновано перспективность использования объектно-ориентированного подхода для решения этих задач.
В разделе 2 рассмотрены основные положения разработанного на основе теории математического моделирования ЭМВС и теории объектно-ориентированного проектирования метода анализа электромашинновентильных систем (ЭМВС), который дает возможность достаточно легко создавать модели сложных ЭМВС с повышенной полнотой описания структурных элементов и с возможностью функционирования в реальном времени и связи с физическими объектами, что расширяет возможности анализа.
В разделе 3 описаны созданные объектно-ориентированные математические модели структурных элементов ЭМВС, в частности: синхронной и асинхронной машин, трансформатора, линии электропередачи, источников питания и конденсаторных батарей. При этом, скорректирована существующая математическая модель синхронной машины, что дало возможность существенно повысить её быстродействие при сохранении точности расчёта. Предложенная объектно-орентировання модель длинной линии учитывает её активно-индуктивно-ёмкостный характер и позволяет исследовать процессы в разных точках линии.
В разделе 4 описаны созданные с помощью предложенного метода объектно-ориентированные математические модели систем возбуждения синхронных генераторов электростанций, которые отличаются учетом нелинейности электрических машин, дискретности полупроводниковых преобразователей, учетом реального активно-индуктивно-емкостного характера линии электропередачи. Получены результаты анализа процессов в упомянутых системах в рабочих режимах и в аварийных режимах, обусловленных к.з. в длинной линии и неисправностями в преобразователях, которые отображают взаимное влияние процессов в системе возбуждения, генераторе и в линии.
В разделе 5 описаны разработанные математические модели и проведено исследование процессов в автономных асинхронных генераторных установках с конденсаторным возбуждением, в которых для обеспечения надлежащего качества выходного напряжения в условиях изменения скорости вращения вала генератора предложено использование преобразователей частоты с каскадными инверторами напряжения. Проведено исследование процессов в системе векторного управления асинхронным генератором с возбуждением токами фазного ротора в режимах работы с регулированием коэффициента мощности статора при генерировании и потреблении реактивной мощности.
В разделе 6 рассмотрен вопрос использования созданных объектно-ориентированных моделей для решения задачи испытания и наладки изготовленных физических систем регулирования возбуждения. Разработанный с их использованием программно-технический комплекс использован для испытаний бесщёточной системы возбуждения турбогенератора. Приведены осцылограммы испытаний.
В разделе 7 рассмотрен вопрос использования предложенного подхода для решения задач синтеза нечетких регуляторов возбуждения (НРЗ) на основании информации, полученной с помощью уточненных математических моделей генераторных установок. Приведены структура синтезированного НРЗ, а также результаты исследования подтверждающие еффективность его работы в сравнении с существующими серийными АРВ.
В выводах отмечены преимущества предложенного метода для решения задач анализа и синтеза систем регулирования возбуждения машин переменного тока электромашинновентильных комплексов генерирования электроэнергии, возможность создания с его использованием объектно-ориентированных систем объединяющих реальные физические объекти (системы управления) и математические (компьютерные) объекты, что расширяет возможности метода, а также главные результаты анализа процессов в данных системах .
В приложениях приведено описание программного обеспечения, а также документы об использовании и внедрении результатов диссертационной работы.
Ключевые слова: синхронный генератор, асинхронный генератор, система возбуждения, нечеткий регулятор возбуждения, математическая модель, объектно-ориентированный анализ.
ABSTRACT
Kutsyk A.S. Analysis and synthesis of the excitation systems of the electroenergetics complexes with a. c. machines and semiconductor converters - Manuscript.
The thesis for a Degree of Doctor of Science on the specialty 05.09.03 - Electrotechnical system and complexes. Lviv Polytechnic National University, Lviv, 2007.
The thesis is devoted to the decision of the scientifically-applied problem of analysis and synthesis of the excitation systems of the electroenergetics complexes with a. c. machines and semiconductor converters. A new method of analysis is proposed, which due to the use of the object-oriented approach gives possibility to easily create the models of the difficult electroenergetics complexes with the high detailed description of structural elements and with possibility of functioning in the real time and communication with physical objects that extends possibilities of analysis.
By the offered method the object-oriented mathematical models of the excitation systems of power plant synchronous generators have been developed. These models are differed by the account of non-linearity of electric machines, discrete of semiconductor converters, account of the real actively-inductively-capacity character of electricity transmission line. The obtained results of analysis of processes in the mentioned systems in working and emergency regimes represent the mutual influencing of processes in the excitation system, generator and in a line.
The mathematical models of autonomous asynchronous generator (AG) with condenser excitation are developed and research results are obtained. In these systems for providing of the proper quality of the output voltage under the AG's rotor speed variation the use of the cascade voltages invertor is considered. The processes in the AG with the vector control system, which provide the excitation by the phase rotor currents and the adjusting of stator power-factor, have been research.
The use of proposed approach for the synthesis of excitation fuzzy controller on the basis of the information, obtained from the mentioned mathematical models, is considered, and also the task of test and adjusting of the made physical excitation systems, with the use of computer models is described.
Keywords: synchronous generator, asynchronous generator, excitation system, fuzzy controller of excitation, mathematical model, object-oriented analysis.
Размещено на Allbest.ru
...Подобные документы
Діючі значення струму і напруги. Параметри кола змінного струму. Визначення теплового ефекту від змінного струму. Активний опір та потужність в колах змінного струму. Зсув фаз між коливаннями сили струму і напруги. Закон Ома в комплекснiй формi.
контрольная работа [451,3 K], добавлен 21.04.2012Експериментальне отримання швидкісних, механічних характеристик двигуна у руховому і гальмівних режимах роботи. Вивчення його електромеханічних властивостей. Механічні та швидкісні характеристики при регулюванні напруги якоря, магнітного потоку збудження.
лабораторная работа [91,8 K], добавлен 28.08.2015Основні відомості про двигуни постійного струму, їх класифікація. Принцип дії та будова двигуна постійного струму паралельного збудження. Паспортні дані двигуна МП-22. Розрахунок габаритних розмірів, пускових опорів, робочих та механічних характеристик.
курсовая работа [1,3 M], добавлен 15.11.2015Поняття змінного струму. Резистор, котушка індуктивності, конденсатор, потужність в колах змінного струму. Закон Ома для електричного кола змінного струму. Зсув фаз між коливаннями сили струму і напруги. Визначення теплового ефекту від змінного струму.
лекция [637,6 K], добавлен 04.05.2015Основи функціонування схем випрямлення та множення напруги. Особливості однофазних випрямлячів змінного струму високої напруги. Випробувальні трансформатори та методи випробування ізоляції напругою промислової частоти. Дефекти штирьових ізоляторів.
методичка [305,0 K], добавлен 19.01.2012- Історична роль інженерної діяльності у створенні техніки генерації і використовування електроенергії
Створення електричного освітлення, розвиток генераторів і електродвигунів. Передача електроенергії на відстань. Технічний прогрес в теплоенергетиці. Підвищення економічності електростанцій. Електричні мережі і системи. Зростання вживання електрики.
реферат [55,2 K], добавлен 26.04.2011 Дослідження властивостей електричних розрядів в аерозольному середовищі. Експериментальні вимірювання радіусу краплин аерозолю, струму, напруги. Схема подачі напруги на розрядну камеру та вимірювання параметрів напруги та струму на розрядному проміжку.
курсовая работа [1,9 M], добавлен 26.08.2014Електрорушійна сила потужних генераторів електростанцій. Явище електромагнітної індукції як основа функціонування трансформатора. Первинна обмотка трансформатора, змінна напруга, проходження струму і створення в осерді циркулюючого магнітного потоку.
реферат [35,6 K], добавлен 19.11.2010Експериментальні способи зняття характеристик трифазного синхронного генератора. Схема вмикання генератора. Зовнішня характеристика як залежність напруги від струму навантаження при сталому струмі збудження. Регулювальна характеристика, коротке замикання.
лабораторная работа [204,2 K], добавлен 28.08.2015Вимірювання змінної напруги та струму. Прецизійний мікропроцесорний вольтметр: структурні схеми. Алгоритм роботи проектованого пристрою. Розробка апаратної частини. Розрахунок неінвертуючого вхідного підсилювача напруги. Оцінка похибки пристрою.
курсовая работа [53,8 K], добавлен 27.10.2007Побудова схеми з'єднань силового ланцюга трифазного тиристорного перетворювача, його регулювальна характеристика. Принцип дії трифазного автономного інвертора напруги з постійними кутами провідності ключів. Формування напруги на навантаженні АІН.
контрольная работа [3,1 M], добавлен 13.03.2013Види систем електроживлення, вимоги до них. Огляд існуючих перетворювачів напруги. Опис структурної схеми інвертора. Вибір елементної бази: транзисторів, конденсаторів, резисторів та трансформаторів. Розрахунок собівартості виготовлення блоку живлення.
дипломная работа [3,8 M], добавлен 08.02.2011Несправності блоків живлення, методи їх усунення. Вимір напруг всередині блоку. Перевірка резисторів, діодів. Електромеханічні вимірювальні перетворювачі. Вимірювальні трансформатори струму та напруги, їх класифікація та метрологічні характеристики.
курсовая работа [3,2 M], добавлен 27.07.2015Способи збудження і пуск двигунів постійного струму, регулювання їх швидкості обертання та реверсування. Вимірювальні і контрольні інструменти, такелажні механізми, матеріали, що застосовуються при виконанні ремонтних робіт. Правила техніки безпеки.
курсовая работа [5,2 M], добавлен 25.01.2011Розрахунок кроку світильників, їх питомої потужності і кількості; яскравості та коефіцієнтів використання за освітленістю дорожнього покриття; робочого струму ділянок лінії. Визначення питомої вартості електроенергії. Вибір припустимих втрат напруги.
курсовая работа [300,9 K], добавлен 05.03.2013Особливості проектування систем автоматичного керування. Вихідні дані та функціональна схема електроприводу системи підпорядкованого тиристорного електроприводу постійного струму з двигуном незалежного збудження. Синтез системи регулювання швидкості.
курсовая работа [680,2 K], добавлен 22.11.2014Аналіз роботи і визначення параметрів перетворювача. Побудова його зовнішніх, регулювальних та енергетичних характеристик. Розрахунок і вибір перетворювального трансформатора, тиристорів, реакторів, елементів захисту від перенапруг і аварійних струмів.
курсовая работа [1,3 M], добавлен 24.05.2015Особливості конструкції та технології виготовлення джерела світла ЛБ-20Е. Лампи, розраховані на роботу в стандартних мережах змінного струму без трансформації напруги. Контроль якості, принцип роботи. Нормування трудових та матеріальних витрат.
курсовая работа [315,1 K], добавлен 25.08.2012Застосування автономних інверторів напруги, асинхронних електродвигунів. Силова схема тягового електропривода локомотива, форми живлячої напруги. Розрахунок фазних струмів двофазної системи "автономний інвертор напруги - асинхронний електродвигун".
курсовая работа [548,4 K], добавлен 10.11.2012Основні фізичні поняття. Явище електромагнітної індукції. Математичний вираз миттєвого синусоїдного струму. Коло змінного синусоїдного струму з резистором, з ідеальною котушкою та конденсатором. Реальна котушка в колі змінного синусоїдного струму.
лекция [569,4 K], добавлен 25.02.2011
