автореферат диссертации по электротехнике, 05.09.03, диссертация на тему:Динамические режимы работы автономного генераторного комплекса на основе машины двойного питания

На правей рукописи

Тарасов Иван Михайлович

ДИНАМИЧЕСКИЕ РЕЖИМЫ РАБОТЫ АВТОНОМНОГО ГЕНЕРАТОРНОГО КОМЛЕКСА НА ОСНОВЕ МАШИНЫ ДВОЙНОГО ПИТАНИЯ

Специальность 05.09.03 - Электротехнические комплексы и системы

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

1 8 НОЯ 2010

Нижний Новгород - 2010

004613002

Работа выполнена на кафедре «Электротехника и электрооборудование объектов водного транспорта» Волжской государственной академии водного транспорта (г. Нижний Новгород).

Научный руководитель

доктор технических наук, профессор Хватов Олег Станиславович

Официальные оппоненты

Заслуженный деятель науки РФ, доктор технических наук, профессор Онищенко Георгий Борисович

кандидат технических наук Соловьев Алексей Валерьевич

Ведущая организация

ОАО «Конструкторские бюро по проектированию судов «Вымпел»» (г. Нижний Новгород)

Защита состоится "26" ноября 2010 г. в 14 часов в аудитории № 1258 на заседании диссертационного совета Д 212.165.02 в Нижегородском государственном техническом университете им. P.E. Алексеева (603950, ГСП-41, г. Нижний Новгород, ул. Минина, 24).

Отзывы на автореферат, заверенные печатью организации, просим направить по адресу: 603950, г. Нижний Новгород, ул. Минина, 24, НГТУ, ученому секретарю диссертационного совета Д 212.165.02 или по факсу (831) 436-93-79 или на электронную почту tarasovl28@aqua.sci-nnov.ru.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Нижегородского государственного технического университета им. P.E. Алексеева.

Автореферат разослан " ^J " октября 2010 г.

Ученый секретарь диссертационного совета к.т.н., доцент

Соколов В.В.

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 ветроэлектроустановок 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 короткозамкнутьш 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:

1. Разработка математической модели автономного МДП-генератора с учетом перекрестных связей между контурами амплитуды и частоты напряжения.

2. Разработка системы регулирования автономного МДП-генератора на основе неадаптивных, FUZZY и нейросетевых регуляторов.

3. Сравнительный анализ динамических режимов автономного МДП-генератора для трех вариантов реализации САР: с неадаптивными, FUZZY и нейросетевыми регуляторами.

4. Исследование влияния трансформаторной ЭДС статора на переходные процессы в контурах амплитуды и частоты напряжения автономного МДП-генератора.

5. 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:

1. Разработана математическая модель автономного МДП-генератора, позволяющая исследовать динамические режимы работы с учетом перекрестных связей между контурами амплитуды и частоты напряжения.

2. Синтезированы двухканальные САР амплитуды и частоты напряжения автономного МДП-генератора, реализованные на основе FUZZY и нейросетевых регуляторов.

3. Проведены исследования динамических режимов работы автономного МДП-генератора с учетом перекрестных связей между контурами амплитуды и частоты напряжения.

4. Исследовано влияние трансформаторной ЭДС статора на переходные процессы в контурах амплитуды и частоты напряжения автономного МДП-генератора.

Практическая ценность диссертационной работы заключается в следующем:

1. Разработана методика расчета динамических режимов работы автономного МДП-генератора с учетом перекрестных связей между контурами амплитуды и частоты напряжения.

2. Проведен сравнительный анализ динамических режимов работы автономного МДП-генератора для трех вариантов реализации САР: с неадаптивными, FUZZY и нейросетевыми регуляторами.

3. 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:

1. Структуры САР автономного МДП-генератора с неадаптивными, FUZZY и нейросетевыми регуляторами.

2. Математическую модель автономного МДП-генератора, учитывающую влияние трансформаторной ЭДС статора на переходные процессы в контурах амплитуды и частоты напряжения.

3. Методику расчета динамических режимов автономного МДП-генератора, учитывающую перекрестные связи между контурами амплитуды и частоты напряжения.

4. Результаты сравнительного анализа динамических режимов работы автономного МДП-генератора для трех вариантов реализации САР: с неадаптивными, FUZZY и нейросетевыми регуляторами.

5. 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, Х1П, 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.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность темы, сформулированы цель и задачи исследований.

В первой главе рассматриваются принципы стабилизации параметров электроэнергии в системе «МДП-генератор - нагрузка», разработана математическая модель автономного МДП-генератора с учетом и без учета перекрестных связей между контурами амплитуды (i/j) и частоты (/¡) напряжения. На основе полученных моделей проведен сравнительный анализ наиболее характерных переходных процессов подключения и отключения нагрузки с учетом ее величины и cos ряаг.

Стабилизация параметров электроэнергии (амплитуды и частоты напряжения) в системе «МДП-генератор - нагрузка» обеспечивается поддержанием баланса активных и реактивных мощностей средствами управления ПЧ и источником реактивной мощности (ИРМ). Изменение параметров нагрузки или скорости вращения вала приводного двигателя нарушает баланс мощностей и при отсутствии управления со стороны МДП-генератора, приводит к изменению параметров генерируемой электроэнергии (амплитуды и частоты напряжения).

Показано, что необходимым условием стабилизации параметров электроэнергии в системе «МДП-генератор - нагрузка» является регулирование величин активной и реактивной составляющих мощности, генерируемой МДП-генератором, в соответствии с изменением величины и характера нагрузки либо скорости вращения вала движителя. Регулирование заключается в возможности управления амплитудой, фазой и частотой тока в роторе МДП-генератора с помощью ПЧ.

На рис. 1 представлена функциональная схема автономного МДП-генератора с учетом различных вариантов реализации САР: с неадаптивными, FUZZY и нейросетевыми регуляторами.

Датчик !„,

1 / Una

у

fiafl

Датчик Ui Датчик fi

Система регулирования (неадаптивная, FUZZY, нейросетевая)

Рис. 1. Функциональная схема автономного МДП-генератора

Математическая модель автономного МДП-генератора основана на уравнениях Парка-Горева в системе синхронно вращающихся координат «Х-К», опорный вектор которой вращается с частотой поля статора а>\ (1). Взаимосвязь МДП-генератора и нагрузки отражена системой уравнений (2)

— - с№ —

at

— -и2 = r2i2 +

+ jct)lsx¥2\

dt

= A»'i + Lmh\ V2=Ljl + L2r2;

(1)

ДР

: Л"ЕН ^НЛГ'

ax - coэт =—Да; dt

АаъАР;

U ртен _ ^рнаг ) ' ^"св !

(2)

где: Рген, РН2Г - соответственно, активные мощности МДП-генератора и нагрузки; й>эт - эталонное значение частоты напряжения статора МДП-генератора; Да - изменение фазы вектора напряжения статора МДП-генератора; /рген, /рнаг - соответственно, реактивные составляющие токов МДП-генератора и нагрузки; Д Ux- изменение величины напряжения статора МДП-генератора; КСв - коэффициент связи.

По уравнениям (1-2) разработана двухканальная САР стабилизации амплитуды и частоты напряжения. Первый канал содержит внешний контур регулирования частоты напряжения (с неадаптивным, FUZZY или нейросетевым регулятором частоты напряжения), которому подчинен контур активного тока ротора. Второй канал САР содержит внешний контур регулирования амплитуды напряжения (с неадаптивным, FUZZY или нейросетевым регулятором амплитуды напряжения), которому подчинен контур реактивного тока ротора. Структурная схема автономного МДП-генератора представлена на рис. 2.

Левая часть структурной схемы соответствует САР МДП-генератора, центральная - представляет собой модель МДП-генератора, а правая является моделью электрической нагрузки.

Для исследования переходных процессов в системе «МДП-генератор - нагрузка» использован модуль Simulink в пакете программ «MATLAB».

При моделировании динамических режимов в автономном МДП-генераторе исследованы процессы подключения (100%) и отключения (50%) нагрузки при различных cos (ртг. Результаты моделирования с учетом и без учета перекрестных связей между контурами амплитуды и частоты напряжения, а также при настройке регуляторов тока на различное рабочее скольжение генератора (sH2CTp) представлены на рис. (3-7).

' 1- lili

\Г .....

i ■ iii;

1 I '" ; -------- .......Г" - 1 ' 1 ........... 1 ■ гГЧ!

1 ъН г— id . . .....'.................

1 1 ¡ IF '> 1 i

1 035 f, 0! 0.15 53' С.Г5 0.1 0 35 0 a) 4 545 C.5

-........ ■■•• ......; W......:;,' r>. i ^t^rbc^..... ..... -----

■■■i^r^' ;-

i . i ¡ 1 i i

0 35 Й1 045 0.5 t

Рис. 3. Зависимости 1/\(1) и /¡(/) при подключении нагрузки 5„„„=Л,ом(соз<рнаг=1), ¿=0.1 с; 5'ном=2но„(со8%аг=0), Г=0.3с; (1 -511астр=0.2, 2 -£настр=0.5, 3-5настр=1); а) без учета перекрестных связей; б) с учетом перекрестных связей.

Сравнительный анализ показал, что величины первоначального провала амплитуды и частоты напряжения не зависят от учета перекрестных связей. Величина перерегулирования в обоих контурах с учетом перекрестных связей увеличивается, причем в контуре амплитуды в среднем на (2-3)%, а контуре частоты в среднем на (12-16)%.

иш. сек

0,09 0.08 0,07 0.06 0,05 0.04 0.03 0,02 0,01 0

4 .

1 Г 4 2

лй

02 0.5 1

Рис. 4 Зависимости от |з| без учета перекрестных связей.

^иь сек

0,2

5

6

/

У 3 4 ^Ч1

4

0,2 0.6 |5|

гис. о зависимости 'шШ от с учета перекрестных связей.

1 - СОЭфм^О.?, ¡5|настр=1;

2 - СОЗфшг=0.9, |Б|„астр=1;

3 - СОБСр^ОТ, |з|„астр=0.5;

0.18 0,16 0.14 0,12 0,1 0,08 0.06 0.04 0,02 о

сек

д

V

-•V /

//

1

ЯЙ?5"

ОД 0,5 1 |5

Рис. 5 Зависимости ^п от |з| без учета перекрестных связей.

1„г*ь сек

в

Л

.т......

Рис. 7 Зависимости от ¡5| с учето перекрестных связей.

4 - СОЗ<рнаг=0.9, |$|наетр=0.5;

5 - СО5фшг=0.7, |з|настр=0-2;

6 - соэср^О.Э, |з|„асгр=0.2.

Изменение подключаемой нагрузки с учетом ее величины и характера влияет одновременно на оба контура регулирования, что качественно отличается от результатов моделирования без учета перекрестных связей.

При увеличении cos (р„лт подключаемой нагрузки уменьшается провал амплитуды напряжения и увеличивается провал частоты напряжения. Например, при увеличении cos (Z>Har от 0,7 до 0,9 провал амплитуды напряжения уменьшается в среднем на 2%, а провал частоты напряжения увеличивается на (10-15)%.

Показано, что при увеличении |s| величина перерегулирования в контурах амплитуды и частоты напряжения увеличивается. Например, при увеличении |s| от 0,2 до 1 перерегулирования в контуре амплитуды напряжения увеличивается в среднем на 6%, а в контуре частоты напряжения на (15-17)%.

Установлено, что увеличение cos <z>Har приводит к уменьшению перерегулирование в контуре амплитуды напряжения и увеличению перерегулирования в контуре частоты напряжения. Например, при увеличении cos <рнзг от 0,7 до 0,9 перерегулирование в контуре амплитуды напряжения уменьшается на 0,5%, а в контуре частоты напряжения увеличивается на 2,5%.

При увеличении |s| время переходного процесса в контурах амплитуды и частоты напряжения увеличивается. Например, при увеличении |s| от 0,2 до 1 время переходного процесса в контуре амплитуды напряжения увеличивается на (0,1-0,15) сек, а в контуре частоты напряжения на (1,2-1,25) сек. На рис. (4-7) представлены зависимости времени переходного процесса в контуре амплитуды (i„nui) и частоты (¿„пП) напряжения от |s| для различных значений cos <ркш и jHaCTp.

Оптимальной с точки зрения характера переходных процессов при работе в диапазоне скольжения |s| = 0,5-1 является настройка регулятора тока в точке |s|„aCTp = 1.

Во второй главе рассмотрены различные методы синтеза FUZZY-регуляторов автономного МДП-генератора и проведен сравнительный анализ переходных процессов в контурах амплитуды и частоты напряжения автономного МДП-генератора с неадаптивными и FUZZY-регуляторами.

Используемый в данной работе FUZZY-регулятор работает на основе нейро-нечеткой сети Adaptive Network Based Fuzzy Inference System -(ANFIS). ANFIS является пятислойной нейронной сетью прямого распространения сигнала с реализованной системой нечеткого вывода Сугено. Узел первого слоя представляет терм с колоколобразной функцией принадлежности. Каждый терм сети соединен с входом сети х, (в используемом регуляторе три входа: напряжение статора (U{), реактивная составляющая мощности нагрузки (£?„), рабочее скольжение МДП-генератора (s)). Выходом узла являются степень принадлежности значения входной переменной соответствующему нечеткому терму (3)

= (3)

1+ -а

где а, Ь и с - настраиваемые параметры функции принадлежности. Каждый узел второго слоя соответствует одному нечеткому правилу и соединен с узлами первого слоя, которые формируют антецеденты соответствующего правила. Выходом узла является степень выполнения правила, которая рассчитывается как произведение входных сигналов. Выходы узлов второго слоя обозначены тг. Каждый узел третьего слоя рассчитывает относительную степень выполнения нечеткого правила (4).

Г '

]=\,т

Каждый узел четвертого слоя соединен с одним узлом третьего слоя, а также со всеми входами сети. Узел четвертого слоя рассчитывает вклад одного нечеткого правила в выход сети (5), где г - номер нечеткого правила, у - выход узла. Пятый слой содержит единственный узел, который суммирует вклады всех правил (6), где К - выход Ри22У-регулятора. Количество узлов во втором, третьем и четвертом слое одинаково и равняется т.

У = 1гЧЬ0,г+Ь1_гх1+...+Ь„гх„). (5)

У = у, +... + уг +... + ут. (6)

Обучение FUZZY-регулятора производится на основе статистических данных, полученных с помощью модели автономного МДП-генератора с неадаптивными регуляторами. Обучение разделено на следующие этапы: сбор статистических данных и подготовку их для использования программой ANFIS; начальное формирование структуры FUZZY-регулятора (выбор формы и количества терм, количества правил, метода обучения, указание максимально допустимой ошибки); процесс обучения; тестирование, т.е. анализ поведения обученного FUZZY-регулятора и сопоставление с имеющимися статистическими данными. Зависимость выходного сигнала обученного FUZZY-регулятора (У) от U\ и 5 представлена на рис. 8. Анализ показал, что при использовании FUZZY-регуляторов перерегулирование в контурах амплитуды и частоты напряжения меньше в 1,5-2 и 3—4 раза соответственно, чем при использовании неадаптивных регуляторов.

При увеличении coscpHar в системе с FUZZY-регуляторами перерегулирование в контуре амплитуды напряжения уменьшается, а в контуре частоты напряжения увеличивается. Например, при увеличении cos ipK2I от 0,7 до 0,9 перерегулирование в контуре амплитуды напряжения уменьшается на

(1,5-2)%, а в контуре „

„. переменной Y обученного г UZZY регулятора от

частоты напряжения уве- v U us v J v

личивается на (3,5^)%. '

На время переходного процесса изменение cos рнаг в системе с FUZZY-регуляторами практического влияния не оказывает.

Увеличение скольжения |s| вызывает уменьшение перерегулирования в обоих контурах регулирования. Время переходного процесса в системе с FUZZY-регуляторами в контурах амплитуды и частоты напряжения равно наименьшему времени переходного процесса системы с неадаптивными регуляторами и практически не зависит от текущего скольжения, т.к. FUZZY-регулятор настраивается на рабочее значение |s|.

На рис. (9-10) представлены зависимости времени переходного процесса в контурах амплитуды и частоты напряжения от |s| для разных значений COS

Рис. 8 Зависимость величины выходной

г 2

0,2 0.5 t Ы

Imrfl.cex

Рис. 9 Зависимости tm,ui от |s| (FUZZY - регулятор). 1 . COS(|W=o.7,

2 - cos9„ar=0.9.

Рис. 10 Зависимости tnnn от |s| (FUZZY-регулятор).

Использование нечеткой логики в системе автоматического управления автономного МДП-генератора позволяет улучшить качество переходного процесса в контурах амплитуды и частоты напряжения.

В третьей главе рассмотрены принципы работы нейросетевого регулятора с предсказанием и синтез данного регулятора для автономного МДП-генератора. Проведен сравнительный анализ переходных процессов в контурах амплитуды и частоты напряжения автономного МДП-генератора с FUZZY-регуляторами и нейросетевыми регуляторами с предсказанием.

Регулятор с предсказанием, реализованный в Neural Network Toolbox, использует модель нелинейного управляемого процесса в виде нейронной сети с целью предсказывать его будущее поведение.

Регулятор вычисляет сигнал управления МДП-генератором на заданном интервале времени.

Особенность настройки нейросетевых регуляторов состоит в том, что необходимость в построении математической модели объекта управления отсутствует. Это в большинстве случаях значительно упрощает синтез системы управления, особенно когда математическая модель сложная или ее создание в принципе невозможно.

На рис. (11-12) представлены зависимости времени переходного процесса в контурах амплитуды и частоты напряжения от |s| для разных значений cos (рагг в системе с нейросетевыми регуляторами.

0.01 в 0.016 0.014 0.012 0.01 0,008 0.006 0.004 0.002

0.2 0.5

г1 .

2 г 1 -/=—

/

0.5 1 |s|

Рис. 11 Зависимости W,, от |s| ~ рИс. 12 Зависимости tnnfi от |s| (нейросетевой регулятор). (нейросетевой регулятор).

1 - С03фиаг=0.7,

2 - coS9Har=0.9.

Показано, что в системе с нейросетевыми регуляторами увеличение cos (ртт на время переходного процесса практически не оказывает влияния.

Установлено, что по сравнению с системой с FUZZY-регуляторами, перерегулирование по амплитуде напряжения увеличивается в 1,2-1,5 раза, а по частоте в 1,5-2 раза.

Показано, что время переходного процесса практически не зависит от скольжения, аналогично системе с FUZZY-регуляторами, быстродействие системы приблизительно равно быстродействию системы с FUZZY-регуляторами.

Использование нейросетевого регулятора позволяет создать гибкую систему регулирования, которая позволит регулятору подстраиваться под изменяющиеся параметры как нагрузки, так и МДП-генератора.

В четвертой главе на основе математической модели автономного МДП-генератора исследованы переходные процессы подключения и отключения нагрузки с учетом трансформаторной ЭДС статора, влиянием которой в большинстве случаев пренебрегают.

Показано, что пренебрежение трансформаторной ЭДС статора может быть допустимо при работе генераторного комплекса лишь параллельно с другими источниками электроэнергии, мощность которых в 5-10 и более раз превосходит мощность МДП-генератора. Для получения реального характера переходных процессов в автономном режиме работы МДП-генератора учет трансформаторной ЭДС является необходимым.

Установлено, что с увеличением cos <рнаг провалы амплитуды напряжения возрастают, а частоты снижаются. Например, с увеличением cos <рнаг от 0,7 до 0,9 величина AU\ увеличивается на (2-3)%. Характер зависимостей AU\ и Д/i от cos (р,аг полученных при учете трансформаторной ЭДС статора, качественно отличаются от аналогичных зависимостей модели МДП-генератора, не учитывающей трансформаторную ЭДС статора.

Рис. 13 Внешний вид экспериментальной установки мощностью 5,5 кВт.

Рис. 14 Осциллограмма прямого пуска АД с короткозамкнутым ротором мощностью 0,.55 кВт от автономного МДП-генератора мощностью 5,5 кВт,

Экспериментальная часть исследований работы проводилась на экспериментальной установке мощностью 5,5 кВт, рис. 13. На рис. 14 приведена осциллограмма напряжения при автономной работе МДП-генератора мощностью 5,5 кВт в режиме пуска АД с короткозамкнутым ротором мощностью 0,55 кВт.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ РАБОТЫ

Проведенные исследования расширяют представления о динамических режимах работы МДП-генератора. В работе представлен ряд новых положений, касающихся использования интеллектуальных систем регулирования для управления МДП-генератором. Синтезированы САР на основе неадаптивных регуляторов, нечеткой логики (FUZZY-регуляторов), регуляторов на основе нейронных сетей. Исследовано влияние трансформаторной ЭДС статора на характер переходных процессов автономного МДП-генератора.

В итоге проведенных исследований получены следующие результаты:

1. Разработана математическая модель динамических режимов автономного МДП-генератора с учетом перекрестных связей между контурами амплитуды и частоты напряжения. Для рассматриваемой модели синтезированы САР стабилизации амплитуды и частоты генерируемого напряжения с неадаптивными, FUZZY и нейросетевыми регуляторами.

2. Проведен сравнительный анализ переходных процессов в автономном МДП-генераторе с учетом и без учета перекрестных связей между контурами амплитуды и частоты напряжения. Установлено, что величина первоначального провала амплитуды и частоты напряжения не зависит от учета перекрестных связей при моделировании. Величина перерегулирования в контуре амплитуды напряжения с учетом перекрестных связей увеличивается в среднем на (2,5-3)%, а в контуре частоты на (13-14)% по сравнению с величиной перерегулирования без учета перекрестных связей. Дана количественная оценка степени влияния перекрестных связей на переходные процессы в контурах регулирования.

3. Определены показатели качества регулирования в динамике для автономного МДП-генератора с САР на базе неадаптивных, FUZZY и ней-росетевых регуляторов. Сравнительный анализ динамических режимов автономного МДП-генератора с FUZZY-регуляторами и с неадаптивными регуляторами показал, что и использование FUZZY-регуляторов снижает перерегулирование в контуре амплитуды напряжения в 2-2.5 раза, а в контуре частоты в 3,5-4 раза. При использовании FUZZY-регуляторов время переходных процессов в контурах амплитуды и частоты напряжения равны наименьшим временам переходных процессов в соответст-

вующих контурах при использовании неадаптивных регуляторов. Установлено, что время переходного процесса в системе с нейросетевыми регуляторами приблизительно равно времени переходного процесса системы с Р^гУ-регуляторами. Использование нейросетевых регуляторов увеличивает перерегулирование, относительно системы с ЪМЪТХ-регуляторами, в контуре напряжения в среднем в 1,2-1,5, в контуре частоты в среднем в 1,5-2 раза.

4. Проанализировано влияние величины и характера нагрузки подключаемой к автономному МДП-генератору на величину первоначального провала напряжения статора при учете трансформаторной ЭДС статора.

5. Результаты выполненных исследований использованы при разработке технического проекта морского грузопассажирского парома проекта 00650 в ЗАО «Электродвижение судов» (г. Санкт-Петербург), в проекте модернизации судовых валогенераторных установок в ОАО «Нижегородский порт» (г. Нижний Новгород), а так же в учебном процессе в виде инженерных методик расчета динамических режимов работы МДП-генераторов и МДП-приводов в Волжской государственной академии водного транспорта и НГТУ (г. Нижний Новгород).

ПУБЛИКАЦИИ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ

Публикации по перечню ВАК:

1. Хватов О.С., Тарасов И.М., Тарпанов И.А. Система автоматического управления на базе нечеткой логики автономным генератором по схеме машины двойного питания / Приводная техника. Выпуск № 3. -Москва: 2009-С. 25-28.

2. Хватов О.С., Дарьенков А.Б., Тарасов И.М. Дизель-генераторная электростанция с переменной частотой вращения вала / Вестник Ивановского государственного энергетического университета. Выпуск № 2. -Иваново: 2010.-С. 53-56.

Патенты и свидетельства о регистрации:

3. Патент на полезную модель № 83668 Ul, Н02Р 9/42. Валогенера-торная установка / Хватов О.С., Тарасов И.М, Тарпанов И.А., заявители и правообладатели. - Заявл. 17.11.2008; зарег. в Государственном реестре полезных моделей РФ 17.11.2008; опубликовано: 10.06.2009 Бюл. № 16.

Остальные публикации:

4. Хватов О.С., Бурмакин O.A., Тарасов И.М. Динамические режимы автономной судовой валогенераторной установки на основе генератора по схеме машины двойного питания / Вестник ВГАВТ. Выпуск № 20. -Н.Новгород: 2006.-С. 101-106.

5. Тарасов И.М. Динамические режимы асинхронных вентильных валогенераторов / XII Нижегородская сессия молодых учёных (технические науки). Сб. тезис, докладов. - Н.Новгород: 2007. - С. 133-134.

6. Хватов О.С., Тарасов И.М. Динамические режимы судовых асинхронно - вентильных валогенераторов / Материалы научно-методической конференции «Транспорт - XXI век». ВГАВТ. - Нижний Новгород: 2007. -С. 445-446.

7. Хватов О.С., Тарасов И.М. Динамические режимы судовых асинхронно - вентильных валогенераторов / Материалы 26-й межвуз. НТК «Актуальные проблемы электроэнергетики». НГТУ. - Н.Новгород: 2007. -С. 22.

8. Тарасов И.М. Динамические режимы работы асинхронных вентильных валогенераторов при изменении нагрузки / XIII Нижегородская сессия молодых учёных (технические науки). Сб. тезис, докладов. -Н.Новгород: 2008. - С. 141.

9. Тарасов И.М. Автоматизированное обучение нейро-нечеткого FUZZY регулятора МДП-генератора / XIV Нижегородская сессия молодых учёных (технические науки). Сб. тезис, докладов. - Н.Новгород: 2009. -С. 95-96.

10. Хватов О.С., Бурда Е.М., Тарасов И.М. Динамические режимы работы судовой валогенераторной установки на основе МДП-генератора / Вестник ВГАВТ. Выпуск № 27. - Н.Новгород: 2009. - С. 139-143.

11. Хватов О.С., Тарпанов И.А., Тарасов И.М. Судовая гибридная пропульсивная установка / Междунар. науч.-технич. конф. XV - Бенардо-совские чтения «Состояние и перспективы развития электротехнологии». ИГЭУ,-Иваново:2009.-С. 40.

12. Хватов О.С., Тарасов И.М., Тарпанов И. А. Динамические режимы автономного МДП-генератора / Междунар. науч.-технич. конф. XV - Бе-нардосовские чтения «Состояние и перспективы развития электротехнологии». ИГЭУ. - Иваново: 2009. - С. 41.

Личный вклад соискателя. В работах, написанных в соавторстве, автору принадлежат: математические модели /1, 2, 4, 5, 6, 7, 8/, постановка задачи/I, 9/, обобщение результатов/10-12/.

Формат 60x84 '/16. Гарнитура «Тайме». Ризография. Усл. печ. л. 1,0. Уч.-изд. л. 1,0. Тираж 100 экз. Заказ 609.

Издательско-полиграфический комплекс ФГОУ ВПО «ВГАВТ»

603950, Нижний Новгород, ул. Нестерова, 5а