CC BY
8В результате проведенных исследований получены универсальные аналитические зависимости амплитуды Ь\ и частоты /, напряжения автономного ЭК на основе МДП-генератора при переменных скорости вращения вала приводного движителя, величине и характере нагрузки и на их основе определены законы управления преобразователем частоты (углы управления роторным и сетевым блоками ТНПЧ, фазы и скважности токов роторного и сетевого блоков ПЧ с ШИМ) для стабилизации параметров электроэнергии, которые используются при синтезе системы автоматического регулирования автономного МДП-генератора. Законы управления имеют универсальный характер и справедливы для работы ЭК в составе как неразветвленных, так и разветвленных ЭМС.
Определена величина мощности ИРМ автономного МДП-генератора и показана возможность ее минимизации за счет векторного управления током ротора 12.
Список литературы
[1] Хватов О.С. Управляемые генераторные комплексы на основе машины двойного питания. Монография. НГТУ. - Н. Новгород, 2000.
[2] Титов В.Г., Хватов О.С. Стабилизация параметров электроэнергии автономного генератора на основе машины двойного питания // Электричество. - № 10. - 2001.
[3] Хватов О.С. Машина двойного питания в генераторном режиме на автономных объектах // Материалы 3-й международной (14-й всероссийской) НТК по автоматизированному электроприводу. - НГТУ. - 2001.
[4] Хватов О.С. Источник реактивной мощности валогенератора на основе МДП в составе судовой энергетической установки // Материалы НТК «ТРАНСПОРТ-ХХ1 ВЕК». - Ч. 3. -ВГЛВТ. - 2003.
ASYNCHRONOUS GENERATING COMPLEXES OF THE VARIABLE FREQUENCIES OF ROTATION
O. S. Hvatov
Questions of management of asynchronous generating complexes of the variable frequency of rotation in the structure of various independent electrodevices.
УДК 621.313.3
О. С. Хватов, д. т. п., профессор О. Л. Бурмакин, к. т. п., доцент,
И. М. Тарасов, аспирант, ВГАВТ.
603950, Нижний Новгород, ул. Нестерова, 5а.
ДИНАМИЧЕСКИЕ РЕЖИМЫ АВТОНОМНОЙ СУДОВОЙ ВАЛОГЕНЕРАТОРНОЙ УСТАНОВКИ НА ОСНОВЕ ГЕНЕРАТОРА ПО СХЕМЕ МАШИНЫ ДВОЙНОГО ПИТАНИЯ
Рассмотрены вопросы динамики переходных процессов автономной валогенератор-ной установки на основе генератора по схеме машины двойного питания. Проанализирована работа системы автоматического регулирования параметров валогенера-торной установки при нечетком управлении.
Создание автономных судовых валогенераторных установок (ВГУ) непосредственно связано с исследованием динамических режимов их работы. Разработана мате-
матическая модель наиболее характерных динамических режимов судовой валогене-раторной установки на основе генератора по схеме машины двойного питания (МДП-генератор), связанных с изменением электрической нагрузки в сети и переменной частотой вращения судового валопровода.
Основная задача, предъявляемая к автономной ВГУ на основе МДП-генератора, заключается в стабилизации параметров генерируемой электроэнергии (амплитуды (и|) и частоты (/[) напряжения). Стабилизация 0\ и /, осуществляется средствами управления преобразователя частоты (ПЧ), включенного в цепь ротора.
В основу большинства САР электротехническими системами заложен принцип подчиненного регулирования с последовательной коррекцией, который применим и для линеаризованной структуры МДП-генератора. Для получения линеаризованной структуры автономного МДП-генератора используется система уравнений Парка-Горева, записанная в системе координат, опорный вектор которой вращается с частотой поля статора со, [1-3]. Уравнения напряжений в этом случае примут вид:
^іх =Л,/1х+рТіх-^,Ч',у;
I/ |У = Л,/,у + Р^1У + й>1 ^іх! и2х = ^2^2Х + Р ^2Х — (®1 — ®) ^ 2У » и2у = ^2^2У + Р ^2У + (со\ ~ <У)^>2Х •
(1)
где и1Х, и ¡у, и2х, /їх, Лу, І2Х, її У, У їх, Ч'іу» ^2Х, ^2У - проекции обобщенных векторов соответственно напряжений, токов, потокосцеплений статора и ротора на оси «X» и «У»; СО) - частота напряжения статора МДП-генератора; со - частота вращения вала МДП-генератора.
Полагаем, что ось «X» системы координат направлена по опорному вектору (У|, а ось «У» - в опережающем ее на 900 направлении. В этом случае система уравнений
(1) упрощается, т. к. проекция обобщенного вектора на ось «У» равна нулю.
При исследовании динамических режимов пренебрегаем активным сопротивлением и переходными процессами в статоре, т. е. полагаем, что /?, = 0 и сіЧ^ / сії = 0. После преобразований систему (1) можно представить следующим образом:
¡гх =
К2 + Хгр
-и
/?2 + X іР
/|Х -
■ /
2Х ■
/|У =-
• 12у + ■
и
IX
со =
ХІ Л>, ^ЛхЛх-
(2)
ю^гр
где Ух - суммарный момент инерции генераторного комплекса, приведенный к валу МДП-генератора. Остальные обозначения в (2) являются общепринятыми.
Полагаем, что подключение (отключение) реактивной нагрузки приводит к изменению амплитуды, а активной нагрузки - к изменению частоты напряжения МДП-генератора. Изменению частоты напряжения генерируемой электроэнергии соответствует изменение фазы вектора напряжения статора МДП-генератора. Требуемая ге-
нерируемая реактивная мощность обеспечивается необходимой величиной реактивной составляющей тока ротора МДП-генератора, поэтому в модели изменение величины реактивного тока МДП-генератора приводит к пропорциональному изменению амплитуды генерируемого напряжения. Уравнения, связывающие МДП-генератор и нагрузку, имеют вид:
= Рген “ /’наг >
- Л А
со 1 —со — — А сс.
Л
Д а « АР ■
( ! рген ~ 1 рнаг ) 'К СВ 85 Д ^ •
где РГЕН, Рнаг - соответственно активные мощности автономного МДП-генератора и нагрузки; (оЭт - эталонное значение частоты напряжения статора автономного МДП-генератора: Да - изменение фазы вектора напряжения статора МДП-генератора; /рген, /рнаг - соответственно реактивные составляющие токов автономного МДП-генератора и нагрузки; Л(/| - изменение величины напряжения статора автономного МДП-генератора; Ксв - коэффициент связи между током возбуждения и амплитудой генерируемого напряжения автонрмного МДП-генерагора.
Для рассматриваемой модели синтезирована и реализована неадаптивная СЛР стабилизации амплитуды и частоты выходного напряжения (рис. 1). САР является двухконтурной и двухканальной. В качестве сигнала обратной связи во внутреннем контуре канала стабилизации 1/1 используется реактивная составляющая тока статора (У1р), а канала стабилизации/ - активная составляющая (/1а).
Рис. I. Структурная схема автономной судовой ВГУ на основе МДП-генератора
Благодаря компенсации перекрестных связей по ЭДС вращения каналы регулирования амплитуды и частоты напряжения МДП-генератора рассматриваются как независимые, что значительно упрощает синтез структуры и параметров регуляторов САР [1-3].
(3)
Передаточные функции неадаптивных регуляторов при настройке контуров регулирования амплитуды и частоты напряжения на модульный оптимум определяются по выражениям:
WpAP) = Крн 7^— ’ (4)
Ц Р
= (5)
\iP 1
где Крц - коэффициент передачи регулятора амплитуды напряжения; КРЧ - коэффициенты передачи регулятора частоты напряжения.
Для улучшения показателей переходных процессов в контурах регулирования амплитуды и частоты напряжения автономного МДП-генератора используется модель нечеткого регулирования,'основанная на замене неадаптивной САР системой нечеткого регулирования (FUZZY-логика).
Разработана двухканальная САР стабилизации амплитуды и частоты выходного напряжения автономной ВГУ на основе МДП-генератора. построенная по принципу нечеткого регулирования. Синтез FUZZY-регуляторов амплитуды и частоты напряжения автономного МДП-генератора основывается на использовании экспертных знаний, полученных при исследовании и разработки неадаптивной САР.
Для разработки FUZZY-регуляторов используется система нечеткого вывода (процедура установления истинности заключения на основании известных значений истинности условий). Модель нечеткого регулирования строится с учетом необходимости реализации всех этапов нечеткого вывода, а сам процесс вывода реализуется на основе алгоритма нечеткого вывода Mamdani [4]. Для построения базы правил системы нечеткого вывода определяются входные и выходные лингвистические переменные. Для контура регулирования амплитуды напряжения в качестве входных лингвистических переменных используются: Д - “Амплитуда выходного напряжения автономного МДП-генератора” и Д - “Реактивная составляющая тока нагрузки автономного МДП-генератора”. В качестве выходной лингвистической переменной используется Д( - "Сигнал задания для регулятора тока”. Система нечеткого вывода будет содержать 11 правил иечеткух продукций [4, 5].
Для контура регулирования частоты напряжения в качестве входных лингвистических переменных используются: Д- “Частота выходного напряжения автономного МДП-генератора” и Д - “Активная мощность нагрузки автономного МДП-генератора”. В качестве выходной лингвистической переменной используется Д: -"Сигнал задания для регулятора тока”. Система нечеткого вывода будет содержать 8 правил нечетких продукций. Число правил нечетких продукций систем нечеткого вывода определяется количеством комбинаций между термами входных и выходных лингвистических переменных, необходимых для получения требуемых переходных характеристик в контурах регулирования амплитуды и частоты напряжения автономного МДП-генератора [4, 5].
При моделировании динамических режимов в автономной ВГУ на основе МДП-генератора исследованы процессы наброса (сброса) 100 % (50 %) нагрузки для различных значений coscpH. Анализ зависимостей (У;(t) и //(t) (рис. 2) в автономном МДП-генераторе показал, что с уменьшением cos<pH при SH = const, что соогвегсгвуег увеличению реактивной и уменьшению активной составляющих тока нагрузки происходит увеличение провалов амплитуды и уменьшение провалов частоты напряжения в статоре
МДП-генератора. С увеличением cos<pH при SH = const, что эквивалентно увеличению активной и уменьшению реактивной составляющих тока нагрузки происходит возрастание провалов частоты и снижение провалов амплитуды генерируемого напряжения.
в г
Рис. 2. Зависимости (/¡(I) и /(О при набросе Бн = Яном и сбросе 8и= 0,58цом нагрузки а, 6 - и,(г)\ в, г -/1(0; 0 = - 1; Пиастр = - 1)
1 - с Ри/гУ-регулятором. 2 - с неадаптивным регулятором (*на<гр - настроечное значение скольжения для регулятора тока ротора)
По результатам моделирования построены характеристики (рис. 3), отражающие зависимости максимальных провалов амплитуды (Д{У|) и частоты (Д/0 генерируемого напряжения от совфн- Например, при снижении соБфн от 0,9 до 0,7 (Бн = 8Ном) провалы амплитуды напряжения (Ди{) возрастают в среднем на 10-12 %, а провалы частоты напряжения (Д/|) снижаются в среднем на 8-10 %.
Сравнительный анализ динамических режимов автономного МДП-генератора с риггУ-регуляторами и с неадаптивными регуляторами (рис. 2) показал:
- использование рассмотренных типов регуляторов обеспечивает требуемую стабилизацию амплитуды С/| и частоты/ генерируемого напряжения;
- применение ШггУ-регуляторов уменьшает время переходного процесса и время регулирования в среднем в 1,5-2 раза, по сравнению с использованием неадаптивных регуляторов [5].
A Up %
Рис. 3. Зависимости Д{/| =/(cos<pH) и Д/1 =/[cos<pH)
Полученные результаты соответствуют типоряду мощностей МДП от 30 до 160 кВт, что позволяет считать их характер универсальным.
Список литературы
[1] Хватов О.С. Управляемые генераторные комплексы на основе машины двойного питания: Монография. - Н. Новгород: НГТУ. 2000. - 204 с.
[2] Титов В.Г., Хватов О.С. Стабилизация параметров электроэнергии автономного генератора на основе машины двойного питания // Электричество. - № 10. - 2001. - С. 17-21.
[3] Хватов О.С., Харитонычев М.Ю. Динамические режимы'автономного электротехнического генераторного комплекса на основе машины двойного питания // Приводная техника. - Выпуск № 6. - Москва: 2006.
[4] Леоненков A.B. Нечеткое моделирование в среде MATLAB и fuzzyTECH. - СПб.: ЬХВ -Санкт-Петербург, 2003. - 716 с.
[5] Валогенераторная установка: Патент на полезную модель № 47595, 7 Н 02 Р 9/42/ Хватов О.С., Харитонычев М.Ю., Бурмакин O.A. Опубликовано 27.08.2005, бюл. № 24.
DYNAMIC MODES OF INDEPENDENT SHIP SHAFT INSTALLATIONS ON THE BASIS OF THE GENERETOR UNDER THE CIRCUIT OF A DOUBLE FED ENGINE
O. S. Hvatov, O. A. Burmakin, I. M. Tarasov
Questions of dynamics of transitive processes of independent shaft installations on the basis of double fed generator are considered in the article. The work of the automatic control system of shaft installation parameters at indistinct management is analysed.
