Введение к работе
Актуальность проблемы
В энергообеспечении автономных объектов (АО) одно из важнейших мест занимают агрегаты бесперебойного электропитания (АБП), входящие в состав информационно-измерительных и управляющих систем (ИИУС). В отличие от неавтономной энергетической системы, энергосистема любого АО является системой конечной мощности, сопоставимой с мощностью потребителей. Поэтому потребители в силу своего многообразия и характера действия могут оказывать определяющее влияние на отдельные показатели качества электроэнергии в ИИУС АБП АО.
Характеристики современных АО определяют, в первую очередь, жесткие требования, предъявляемые к ИИУС АБП АО, которые образованы совокупностью взаимосвязанных источников электроэнергии, преобразователей, распределительных, регулирующих и управляющих устройств, соединительных кабелей и потребителей, объединенных процессом производства, преобразования, распределения и потребления электроэнергии.
Ужесточение требований к АБП, как составной части ИИУС АБП АО, определяет повышение уровня их функциональности, точности, быстродействия, надежности, КПД, качества выходных параметров (стабильность характеристик, бесперебойность работы, отсутствие шумов, вибрации и радиопомех), а также способности их работы в условиях экстремального воздействия внешних факторов, электромагнитной совместимости и т.п.
Повышение качества электроэнергии, питающей ИИУС, является одним из основных факторов эффективности использования этих систем, что, в свою очередь, определяет технические характеристики АО в целом.
В свою очередь, комплексная автоматизация АО приводит к появлению на АО достаточно мощной электронной нагрузки, представленной, прежде всего системами управления техническими объектами различного назначения.
Питание таких ответственных потребителей должно осуществляться от специальных устройств электропитания, вырабатывающих электроэнергию с заданным видом и качеством напряжения. Вопрос качественного энергоснабжения еще более обостряется с введением в состав комплексов бортовых компьютеров.
Анализ состояния и опыт эксплуатации устройств автоматизации АО показывает, что основным направлением развития автоматизации перспективных АО должно быть повышение эффективности ИИУС АБП АО.
Вместе с тем, проведенный анализ показал, что в настоящее время вышеперечисленные задачи недостаточно проработаны. В этих условиях первостепенное значение приобретает совершенствование и дальнейшее развитие методов и алгоритмов повышения эффективности ИИУС АБП АО.
Разработка новых ИИУС АБП АО требует формирования нового подхода к систематизации методов их проектирования, т.е. создания новых структур и методик проектирования адаптивных ИИУС АБП, как проблемно-ориентированных комплексов систем электроснабжения АО, нового алгоритмического и программного обеспечения ИИУС АБП.
В связи с этим, разработка новых более эффективных методов и алгоритмов, обеспечивающих повышение эффективности ИИУС АБП АО является актуальной задачей.
Целью диссертационной работы является совершенствование агрегатов бесперебойного электропитания для электронных комплексов и технических систем АО за счет повышения эффективности их информационно-измерительных и управляющих систем.
Для достижения поставленной цели требуется решение следующих задач:
на основе анализа показателей качества электроэнергии важных для различных электронных комплексов и технических систем АО необходимо разработать структурные решения модульного построения АБП, соответствующих этим показателям, с обеспечением унификации модулей по типу, мощности и назначению;
разработать обобщенную структуру ИИУС АБП для электропитания систем АО;
провести синтез типовых технических решений, обеспечивающих регулирование величины значений определенных параметров и управление силовыми узлами АБП в различных режимах, включая защитные, с учетом их особенностей;
разработать базовую математическую модель ИИУС АБП на основе
теоретического анализа функциональной схемы;
разработать компьютерную модель ИИУС АБП на основе полученного математического описания структуры;
формализовать методику выбора параметров регулятора адаптивной ИИУС АБП АО на основе полученной модели;
разработать методику проектирования интегрированного АБП АО, как систему проблемно ориентированных компонентов;
разработать и практическая реализовать структурно - алгоритмические и схемотехнические решения новых АБП и выработать дополнительные рекомендации по проектированию на основе полученных результатов практических исследований.
Методы исследования
Для достижения поставленной цели в качестве аппарата исследований использованы: теория систем, теория автоматического управления, теоретическая электротехника, электроника и микропроцессорная техника, теория автоматизированного электропривода, теория вероятностей, прикладная комбинаторика.
Научная новизна работы заключается в следующем:
1. Разработана универсальная обобщенная структура информационно-
измерительной и управляющей системы агрегатов бесперебойного электропитания
автономных объектов, обеспечивающая ее построение на основе унифицированных
функциональных узлов и адаптацию к различным режимам работы.
Разработана структура математической модели информационно-измерительной и управляющей системы агрегатов бесперебойного электропитания автономных объектов, позволяющая с помощью имитационного моделирования определять параметры информационно-измерительных и управляющих систем агрегатов бесперебойного электропитания автономных объектов, обеспечивающая заданные показатели качества выходного напряжения.
Разработан алгоритм и даны рекомендации по определению параметров контура регулирования информационно-измерительной и управляющей системы агрегатов бесперебойного электропитания автономных объектов, обеспечивающий требуемые показатели качества выходного напряжения при переходном процессе переключения питания и в стационарном режиме при заданном диапазонном изменении входного напряжения.
Разработан метод и алгоритм обработки интегральных характеристик данных по мгновенным значениям электрических параметров информационно-измерительных и управляющих систем агрегатов бесперебойного электропитания автономных объектов.
Разработан алгоритм идентификации структуры информационно-измерительных и управляющих систем агрегатов бесперебойного электропитания автономных объектов.
Разработан алгоритм стабилизации постоянного и синусоидального напряжения информационно-измерительной и управляющей системы агрегатов бесперебойного электропитания автономных объектов.
Разработана структура информационно-измерительной и управляющей системы агрегатов бесперебойного электропитания автономных объектов.
Разработан алгоритм обработки данных и управления агрегатом бесперебойного питания для подводной лодки с дизель-электрическим управлением.
Практическая значимость работы заключается в том, что: на основе научных результатов, полученных в диссертационной работе, разработана методика проектирования информационно-измерительных и управляющих систем агрегатов бесперебойного электропитания автономных объектов, обеспечивающих заданные показатели качества электроэнергии в разных режимах (рабочих, перегрузочных, аварийных), адаптированных к заданным диапазонным изменениям входного напряжения. Предложены структуры новых ИИУС АБИ, адаптированных к различным видам нагрузки в АО.
Достоверность результатов работы подтверждается:
совпадением расчетных результатов с экспериментальными;
положительным опытом работы разработанной ИИУС АБИ АО. Реализация и внедрение результатов работы:
На основе принципа интегрированности функциональных задач с применением разработанной методики проектирования, включающей в себя компьютерное моделирование, созданы и внедрены в промышленное производство агрегаты бесперебойного электропитания (АБИ) нового поколения серии АБИ-Л, имеющие в своем составе микропроцессорные ИИУС, которые прошли успешную апробацию на действующих объектах ВМФ
АБИ применены в разработках и изделиях ОАО «Концерн «Моринформсистема-Агат» (г. Москва) и имеют высокие технико-экономические показатели, что подтверждено соответствующим актом внедрения.
Апробация работы
Основные положения и результаты диссертационной работы докладывались и обсуждались на кафедре «Приборы и информационно-измерительные системы» Московского государственного университета приборостроения и информатики, в ОАО ЦНИТИ, на отраслевых совещаниях в концерне «Моринформсистема-Агат», международных научно-технических конференциях в г. Таба, Египет, Сочи, VIII Всероссийской НІЖ, Новокузнецк.
Личный вклад автора
Основные научные результаты, содержащиеся в диссертационной работе, получены автором самостоятельно. В работах, выполненных в соавторстве, соискателю принадлежит ведущая роль в постановке задач, выборе и обосновании методов их решения, интерпретации полученных результатов.
Публикации
По теме диссертации опубликовано 6 печатных работ в виде статей в журналах, трудах международной конференции, из них 2 работы в изданиях, рекомендованном ВАК РФ для опубликования научных положений диссертационных работ.
Структура и объем диссертации
