CC BY
7УДК 621.313.3
О. С. Хватов, д. т. н., профессор.
М Ю. Харитонычев, аспирант, ВГАВТ.
603600, Нижний Новгород, ул. Нестерова, 5.
ДИНАМИЧЕСКИЕ РЕЖИМЫ АВТОНОМНОЙ СУДОВОЙ ВАЛОГЕНЕРАТОРНОЙ УСТАНОВКИ НА ОСНОВЕ МАЩИНЫ ДВОЙНОГО ПИТАНИЯ
Рассматриваются динамические режимы автономной судовой валогенераторной установки на основе машины двойного питания.
Одним из этапов исследования автономной судовой валогенераторной установки на основе машины двойного питания (МДП) [1—3] является моделирование динамических режимов работы. Рассмотрены наиболее характерные динамические режимы работы МДП-генератора, связанные с изменением электрической нагрузки в судовой электросети.
Основная задача, предъявляемая к автономному МДП-генератору, заключается в стабилизации параметров генерируемой электроэнергии (амплитуды (иО и частоты (^) напряжения). Наличие на роторе МДП трехфазной обмотки позволяет регулировать не только величину, но и фазу вектора тока (напряжения) ротора, т. е. осуществлять векторное управление. Последнее обстоятельство придает существенные преимущества МДП по быстродействию и форсировочным значениям напряжения возбуждения по сравнению с синхронным генератором, у которого возможно только скалярное регулирование возбуждения [1]. Стабилизация параметров электроэнергии в МДП-генераторе осуществляется средствами управления преобразователя частоты (ПЧ), включенного в цепь ротора.
Система автоматического регулирования (САР) МДП должна обеспечивать стабилизацию амплитуды и частоты напряжения МДП в установившихся режимах работы и требуемые показатели качества в динамике. Возможны различные варианты построения САР:
- с использованием классических (неадаптивных) регуляторов;
- с использованием Р1122У-регуляторов.
В основу большинства САР электротехническими системами заложен принцип подчиненного регулирования с последовательной коррекцией, который может быть применим и для линеаризованной структуры МДП-генератора [1,2, 5]. Линеаризация осуществляется построением модели автономного МДП-генератора в синхронно вращающихся координатах «Х-У» при компенсации ЭДС вращения асинхронной машины.
Основой математической модели автономного МДП-генератора является система уравнений Парка-Горева, дополненная уравнением нагрузки [1]:
Система уравнений (1) принимается за исходную при исследовании переходных процессов автономного МДП-генератора. Полагаем, что подключение (отключение) реактивной нагрузки приводит к изменению амплитуды, а активной нагрузки - к изменению частоты напряжения автономного МДП-генератора.
Изменение частоты напряжения генерируемой электроэнергии соответствует изменению фазы вектора напряжения статора МДП-генератора. Поэтому уравнения связи баланса активных мощностей и частоты генерируемого напряжения в системе «автономный МДП-генератор - нагрузка» можно представить системой уравнений (2).
Требуемая генерируемая реактивная мощность обеспечивается необходимой величиной реактивной составляющей тока ротора автономного МДП-генератора, поэтому изменение величины реактивного тока МДП приводит к пропорциональному изменению амплитуды генерируемого напряжения (2):
где Рген» Рнаг - соответственно активные мощности МДП-генератора и нагрузки;
соэт - эталонное значение частоты напряжения статора МДП-генератора;
Да - изменение фазы вектора напряжения статора МДП-генератора;
1рген, 1рнаг - соответственно реактивные составляющие токов МДП-генератора и нагрузки;
Д!^ - изменение величины напряжения статора МДП-генератора.
По уравнениям (1,2) разработана двухканальная САР стабилизации амплитуды и частоты напряжения автономного МДП-генератора, структурная схема которой показана На рис. 1. Первый канал САР содержит внешний контур регулирования амплитуды напряжения, которому подчинен контур реактивного тока. Второй канал содержит внешний контур регулирования частоты напряжения с подчиненным ему контуром активного тока.
Благодаря компенсации перекрестных связей по ЭДС вращения (ЭДС ротора) каналы регулирования амплитуды и частоты напряжения автономного МДП-генератора могут быть рассмотрены как независимые, что значительно упрощает синтез структуры и параметров регуляторов САР. При этом контур активного тока становится идентичным контуру реактивного тока.
Для обеспечения требуемых показателей качества переходных процессов, с учетом возможного широкого диапазона частоты вращения вала судового валопровода, использована эталонная модель в контуре регулирования тока ротора МДП-генератора. Передаточная функция эталонной модели представлена апериодическим звеном первого порядка с коэффициентом передачи равным единице.
= Р -Р
Г ГЕН гНАГ »
сох -соЭТ = —Аа\
(ІЇ
(2)
>
Аа « Д/>;
1
где Т,, - постоянная времени ПЧ.
Рис. 1. Структурная схема автономного МДП-генератора
Вестник ВГАВТ
Структурная схема контура тока с эталонной моделью имеет вид:
Рис. 2. Структурная схема контура активного (реактивного) тока ротора с эталонной моделью
Разработана математическая модель динамических режимов работы МДП-генератора, система регулирования которого построена по принципу нечеткого управления (риггУ-логика). Результаты моделирования показали высокое качество переходных процессов (амплитуды и частоты выходного напряжения), при переменных значениях скорости вращения приводного вала МДП и электрической нагрузки в сети (рис. 3).
Для разработки риггУ-регулятора используется система нечеткого вывода, (процедура установления истинности заключения на основании известных значений истинности условий). Модель нечеткого регулирования основана на замене классической системы регулирования системой нечеткого регулирования. В этом случае модель нечеткого регулирования строится с учетом необходимости реализации всех этапов нечеткого вывода, а сам процесс вывода реализуется на основе алгоритмов нечеткого вывода Мат(1ат [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 Р1 - “амплитуда выходного напряжения автономного МДП-генератора” и (32 - “реактивная составляющая тока нагрузки автономного МДП-генератора”. В качестве выходной лингвистической переменной используется р3 - "сигнал задания для регулятора тока”. Система нечеткого вывода будет содержать 11 правил нечетких продукций.
Для контура регулирования частоты напряжения в качестве входных лингвистических переменных используются р1 - “частота выходного напряжения автономного МДП-генератора” и р2 - “активная мощность нагрузки автономного МДП-генератора”. В качестве выходной лингвистической переменной используется (33 -"сигнал задания для регулятора тока”. Система нечеткого вывода содержит 8 правил нечетких продукций.
Вышеуказанные правила нечетких продукций являются основой -для синтеза ри22У-регуляторов контуров регулирования амплитуды и частоты напряжения автономного МДП-генератора.
При моделировании динамических режимов в автономном МДП-генераторе были исследованы процессы наброса (сброса) 100 % (50 %) нагрузки для различных значе-
ний ее характера. По результатам моделирования определены интегральные характеристики, отражающие зависимость максимальных провалов (всплесков) амплитуды и частоты напряжения от параметров режима работы МДП-генератора.
<\>
&
2 w
0 о. g§ 5 о.
^ cd § g X ОС со с;
£ ^
1 ^
J!»l2
.. I s й
s
96 О
(D . . <U О 4 зг
о *7 5
Он • о
vo II о со Л 2
* Э- 5
SO
g-S *
2
О
X
GO
X
оо ^
8 <♦=• о I о. U VO „ о и S
00
(Л
ГЧ
II
£ О о.
^ S и ~ g § D »
S
н о о 2 S о
5 ей cd ГО
СП
6 2 си
о.
£
э-
t я
—с V)
I5SSSSS5 8
Анализ зависимостей Ui(t) и fi(t) в автономном МДП-генераторе показал, что с уменьшением коэффициента мощности подключаемой нагрузки cos(pH от 0,9 до 0,7 при SH = const, что соответствует увеличению реактивной и уменьшению активной составляющих тока нагрузки, происходит увеличение провалов амплитуды и уменьшение провалов частоты напряжения в статоре МДП.
С увеличением коэффициента мощности подключаемой нагрузки coscpH при SH = const, что эквивалентно увеличению активной и уменьшению реактивной составляющих тока нагрузки, происходит возрастание провалов частоты и снижение провалов амплитуды напряжения в статоре МДП.
Используя модель нечеткого управления с FUZZY-регулятором, по сравнению с классической неадаптивной САР, обеспечивается более высокое качество переходных процессов в контурах регулирования амплитуды и частоты напряжения. Анализ показал, что применение FUZZY-регулятора в системе регулирования:
- обеспечивает высокую стабильность амплитуды и частоты напряжения при переменных значениях скорости вращения вала МДП и электрической нагрузки в сети;
- уменьшает время переходного процесса и время регулирования в среднем в (1,5-2) раза, по сравнению с использованием классического (неадаптивного) регулятора;
- придает системе инвариантность к ограниченным изменениям параметров МДП и внешних возмущений (частота вращения вала, величина и характер электрической нагрузки);
Полученные результаты соответствуют типоряду мощностей МДП от 30 кВт 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] Хватов О.С. Управление переходными режимами работы генераторных комплексов на основе машины двойного питания / Новые технологии. - № 5. - 2000. - С. 29-33.
[3] Титов В.Г., Хватов О.С. Стабилизация параметров электроэнергии автономного генератора на основе машины двойного питания / Электричество. - № 10. - 2001. - С. 17-21.
[4] Леоненков А.В. Нечеткое моделирование в среде MATLAB и fuzzyTECH. -С-Пб.: БХВ - Санкт-Петербург, 2003. - 716 с.
[5] Хватов О.С., Харитонычев М.Ю. Перспективные варианты машино-вентильных валогенераторов / III Всероссийская молодежная научно-техническая конференция “Будущее технической науки”. - Тезисы докладов. - Н. Новгород, НГТУ, 2004.
DYNAMIC MODES OF SELF-CONTAINED SHAFT GENERATED SHIP INSTALLATION ON THE BASIS OF THE MACHINE OF DOUBLE FEEDING
O. S. Hvatov, M. J. Haritonychev
Dynamic modes of self-contained shaft generated ship installation on the basis of the machine of double feeding are considered.
УДК 12.06:662.75
М. Ю. Храмов, аспирант, ВГАВТ.
603600, Нижний Новгород, ул. Нестерова, 5.
ИССЛЕДОВАНИЕ ЭФФЕКТИВНОСТИ ПРИМЕНЕНИЯ УСТАНОВКИ ТЕРМОФОРСИРОВАНИЯ В СУДОВЫХ две
Применяемые в настоящее время системы дают возможность использовать лишь небольшую часть теплоты, однако в судовых энергетических установках имеются еще определенные резервы, дающие возможность дополнительно повысить их экономичность и эффективность. Это относится к системам утилизации вторичных энергоресурсов. Данную возможность показывает тепловой баланс двигателя 6ЫУВ48 А и (6ЧРН32/48).
Применение установки термофорсирования и водотопливной эмульсии (ВТЭ) позволит улучшить технико-экономические показатели двигателя.
Для определения эффективности этих установок рассматривался тепловой баланс судового двигателя внутреннего сгорания 6К\Т>48 Аи (6ЧРН32/48).Из анализа рабочего
