Введение к работе
Актуальность работы. Более 85% населения России обеспечивается электроэнергией из единой централизованной энергетической системы. Однако, еще около 10 млн. человек, живущих на Дальнем Востоке, в северных территориях и в некоторых других регионах, не присоединены к центральным электрическим сетям.
Указанные обстоятельства обусловили создание энергосберегающих технологий и освоение новых, в том числе нетрадиционных, возобновляемых источников энергии. К числу таких источников относятся малые реки, ветер, и соответственно, разработка и создание малых гидроэлектростанций и вет-роэлектроустановок является актуальной задачей.
Особенно актуальны вопросы рациональной электроэнергетики на автономных объектах, в частности, на морских и речных судах, где применение валогенераторных установок приводит к существенному повышению экономической эффективности работы.
Вышеуказанные генераторные комплексы объединяет общая проблема, которая заключается в обеспечении постоянных параметров вырабатываемой электроэнергии (амплитуды и частоты генерируемого напряжения) при переменных, в общем случае, скорости вращения вала движителя, а также величине и характере нагрузки.
Наиболее рациональный подход к решению данной проблемы состоит в применении статических преобразователей частоты (ПЧ). В этом случае генераторный комплекс может быть выполнен на основе синхронного или асинхронного генератора с короткозамкнутым ротором и ПЧ в статорной цепи, а также на основе асинхронного генератора с фазным ротором и ПЧ в роторной цепи (генератор по схеме машины двойного питания (МДП - генератор)).
Анализ показал, что в настоящее время автономная работа МДП - генератора изучена недостаточно. Особенно это относится к динамическим режимам работы, исследования которых выполнены при допущении независимости контуров регулирования амплитуды и частоты генерируемого напряжения, что приводит к неизбежным ошибкам. Поэтому МДП - генератор, работающий в автономном режиме, необходимо исследовать на основе математической модели, учитывающей нелинейности и перекрестные связи объекта управления. Также недостаточно исследованы динамические режимы автономного МДП - генератора для различных вариантов реализации системы автоматического регулирования (САР) - с использованием неадаптивных, нечетких (FUZZY) и нейросетевых регуляторов.
Учитывая вышеизложенное, целью диссертационной работы является исследование динамических режимов работы автономного генераторного комплекса на основе машины двойного питания при различных вариантах реализации системы регулирования.
Цель работы определяет задачи исследования:
Разработка математической модели автономного МДП - генератора с учетом перекрестных связей между контурами амплитуды и частоты напряжения.
Разработка системы регулирования автономного МДП - генератора на основе неадаптивных, FUZZY и нейросетевых регуляторов.
Сравнительный анализ динамических режимов автономного МДП -генератора для трех вариантов реализации САР: с неадаптивными, FUZZY и нейросетевыми регуляторами.
Исследование влияния трансформаторной ЭДС статора на переходные процессы в контурах амплитуды и частоты напряжения автономного МДП - генератора.
Анализ динамических режимов работы автономного МДП - генератора с учетом и без учета влияния величины трансформаторной ЭДС статора.
Диссертационная работа выполнялась в рамках:
разработки технического проекта морского грузопассажирского парома проекта 00650 в ЗАО «Электродвижение судов», г. Санкт-Петербург;
региональной программы «Использование местных, нетрадиционных и возобновляемых энергоресурсов на период 2001 - 2010 г. в Нижегородской области».
Научная новизна:
Разработана математическая модель автономного МДП - генератора, позволяющая исследовать динамические режимы работы с учетом перекрестных связей между контурами амплитуды и частоты напряжения.
Синтезированы двухканальные САР амплитуды и частоты напряжения автономного МДП - генератора, реализованные на основе FUZZY и нейросетевых регуляторов.
Проведены исследования динамических режимов работы автономного МДП - генератора с учетом перекрестных связей между контурами амплитуды и частоты напряжения.
Исследовано влияние трансформаторной ЭДС статора на переходные процессы в контурах амплитуды и частоты напряжения автономного МДП - генератора.
Практическая ценность диссертационной работы заключается в следующем:
Разработана методика расчета динамических режимов работы автономного МДП - генератора с учетом перекрестных связей между контурами амплитуды и частоты напряжения.
Проведен сравнительный анализ динамических режимов работы автономного МДП - генератора для трех вариантов реализации САР: с неадаптивными, FUZZY и нейросетевыми регуляторами.
Создан опытный образец автономного МДП - генератора мощностью 5.5 кВт.
Реализация результатов работы
Результаты работы использованы:
- при разработке технического проекта морского грузопассажирского
парома проекта 00650 в ЗАО «Электродвижение судов», г. Санкт-Петербург;
в проекте модернизации судовых валогенераторных установок на судах типа «Речной» и «РТ» в ОАО «Нижегородский порт» (г. Нижний Новгород);
в учебном процессе при подготовке в Волжской государственной академии водного транспорта (ВГАВТ) (г. Нижний Новгород) инженеров специальности 18.04.04 «Эксплуатация судового электрооборудования и средств автоматики» по дисциплине «Основы судового электропривода» в разделах «Динамические режимы судового электропривода переменного тока», по дисциплине «Моделирования судового электрооборудования и средств автоматизации» в разделе «Судовой автоматизированный электропривод переменного тока», в курсовом проектировании по дисциплине «Основы судового электропривода» и дипломном проектировании;
- в учебном процессе Нижегородского государственного технического университета (НГТУ) (г. Нижний Новгород) при подготовке инженеров и магистров специальностей 14.06.04 «Электропривод и автоматика промышленных установок и технологических комплексов» по курсам «Теория электропривода», «Моделирование электромеханических систем» и 14.06.08 «Электрооборудование и автоматика судов» по курсу «Судовые электроэнергетические установки».
В работе автор защищает:
Структуры САР автономного МДП - генератора с неадаптивными, FUZZY и нейросетевыми регуляторами.
Математическую модель автономного МДП - генератора, учитывающую влияние трансформаторной ЭДС статора на переходные процессы в контурах амплитуды и частоты напряжения.
Методику расчета динамических режимов автономного МДП - генератора, учитывающую перекрестные связи между контурами амплитуды и частоты напряжения.
Результаты сравнительного анализа динамических режимов работы автономного МДП - генератора для трех вариантов реализации САР: с неадаптивными, FUZZY и нейросетевыми регуляторами.
Результаты сравнительного анализа динамических режимов работы автономного МДП - генератора с учетом и без учета трансформаторной ЭДС статора.
Публикации и апробация работы
По теме диссертации опубликовано 11 работ, в том числе 2 работы в журналах, реферируемых ВАК. Получен патент на полезную модель.
Основные положения, результаты и выводы диссертационной работы доложены и обсуждены на следующих научно-технических конференциях:
- ежегодных XII, XIII, XIV Нижегородских сессиях молодых ученых.
Технические науки. Н.Новгород: 2007-2009;
международной научно-технической конференции XV Бенардосов-ские чтения. ИГЭУ. Иваново: 2009;
ежегодной региональной научно-технической конференции «Актуальные проблемы электроэнергетики». НГТУ. Н.Новгород: 2007.
Объем и структура работы
Диссертация состоит из введения, четырех глав, списка литературы из 113 наименований. Основная часть диссертации изложена на 134 страницах, содержит 65 рисунков и 8 таблиц.
