автореферат диссертации по электротехнике, 05.09.03, диссертация на тему:Электротехнический комплекс генерирования электроэнергии на основе машины двойного питания, работающий параллельно с другими источниками

На правах рукописи

Залетнов Сергей Евгеньевич

ЭЛЕКТРОТЕХНИЧЕСКИЙ КОМПЛЕКС ГЕНЕРИРОВАНИЯ ЭЛЕКТРОЭНЕРГИИ ПА ОСНОВЕ МАШИНЫ ДВОЙНОГО ПИТАНИЯ, РАБОТАЮЩИЙ ПАРАЛЛЕЛЬНО С ДРУГИМИ ИСТОЧНИКАМИ

Специальность 05.09.03 - Электротехнические комплексы и системы

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Нижний Новгород - 2004

Работа выполнена в Нижегородском государственном техническом университете на кафедре "Электропривод и автоматизация промышленных установок".

Научный руководитель - Заслуженный деятель науки и техники РФ,

доктор технических наук, профессор Хватов СВ.

Официальные оппоненты - доктор технических наук, профессор

Козярук А.Е.

- кандидат технических наук Литов Д.В.

Ведущая организация - ЦКБ «Лазурит» (г.Нижний Новгород)

Защита состоится 10 июня 2004г. в 14 часов в аудитории №1258 на заседании диссертационного совета Д.212.165.02 в Нижегородском государственном техническом университете (603600, ГСП - 41, г.Нижний Новгород, ул.Минина, 24).

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке технического университета.

Автореферат разослан «

2004г.

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

Соколов В.В.

»

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы. В мировой энергетике наблюдается повышенный интерес к использованию электротехнических комплексов генерирования электроэнергии (ЭКГ), работающих с применением нетрадиционных возобновляемых источников энергии. Это обусловлено, с одной стороны, ухудшением экологической обстановки. Другая причина распространения ЭКГ - проблемы с энергоснабжением удаленных регионов. В России 12% населения проживает в регионах, которые не подключены к централизованной энергосистеме. В качестве источников электроэнергии там применяются, в основном, дизель - генераторы.

К ЭКГ, использующим нетрадиционные возобновляемые источники энергии, относятся: малые гидроэлектростанции (МГЭС), ветроэнергетические установки (ВЭУ) и др.

Другое направление развития малой энергетики состоит в рациональном использовании ЭКГ для энергообеспечения автономных объектов. В первую очередь это касается таких объектов, как речные и морские суда. В этом случае ЭКГ работают на органическом топливе. Сегодня распространенным вариантом является применение дизель - генераторных агрегатов Более рационально применение валогенераторных установок (ВГУ).

Особенностью рассматриваемых объектов малой энергетики является переменная частота вращения (й)=Уаг) вала приводного движителя (ПД) (турбины МГЭС, ветроколеса ВЭУ, вала отбора мощности ВГУ). Стабилизация параметров генерируемой электроэнергии (амплитуды и частоты напряжения) при - одна из основных технических задач при создании таких ЭКГ.

Возможен автономный режим работы ЭКГ, когда он является единственным источником энергии. Чаще ЭКГ работает параллельно с другими источниками. В зависимости от соотношения мощности ЭКГ и второго источника различают режимы его работы параллельно с источником соизмеримой (ИСМ) или бесконечной мощности (ИБМ). Под ИСМ понимается такой источник, мощность которого превышает мощность ЭКГ не более чем в 10 раз Примером являются судовые ВГУ, работающие параллельно с дизель - генератором В этом режиме на ЭКГ возлагаются задачи выработки части мощности нагрузки и стабилизации параметров генерируемой электроэнергии при переменной частоте вращения вала

При работе ЭКГ параллельно с ИБМ (мощность второго источника превышает мощность ЭКГ более чем в 10 раз) амплитуда и частота напряжения в сети при и изменении нагрузки поддерживаются неизменными более мощным ИБМ. При этом возможны две ситуации. Во-первых, когда ЭКГ выполняет только функцию источника электроэнергии (например, работа МГЭС параллельно с центральной энергосистемой) Вторая, специфическая, область применения ЭКГ - использование их в качестве нагрузочных генераторов при испытании автотракторных двигателей. Энергетическая составляющая таких ЭКГ также весьма значительна

нагрузочных ЭКГ - обеспечить технологию испытаний. Она заключается в стабилизации частоты вращения вала при «холодной» и момента на валу при «горячей» обкатках автотракторных двигателей.

Стабилизация параметров генерируемой электроэнергии при переменных значениях ш и нагрузки в случае параллельной работы ЭКГ с ИСМ может быть осуществлена двумя способами: механически (с применением дифференциальных редукторов, гидромеханических устройств) и электрически (с помощью компенсационных устройств, преобразователей частоты). Оба варианта обеспечивают необходимое качество вырабатываемой электроэнергии, однако, второй, отличающийся простотой механической части ЭКГ, наиболее приемлем для малой и средней мощности (до 1000 кВт) ЭКГ в этом случае может быть выполнен, во первых, на основе синхронного (СГ) или асинхронного генератора с короткозамкнутым ротором (АГ КЗ) В обоих вариантах вся активная мощность от движителя в нагрузку поступает через статор СГ или АГ КЗ. При использовании преобразователей частоты (ПЧ) в цепи статора генераторов, ПЧ должны выбираться на полную мощность нагрузки. Заметим, что это в равной степени относится к ЭКГ, работающим параллельно как с ИСМ, так и ИБМ.

Новый этап в разработке ЭКГ связан с использованием машины двойного питания (МДП). Благодаря хорошим регулировочным возможностям МДП-генератор занимает равноправное место в ряду альтернативных ЭКГ, а по некоторым показателям имеет существенные преимущества. Вариант ЭКГ на основе МДП особенно перспективен при широком диапазоне изменения скорости вращения вала (2:1 и более), когда к мощности, генерируемой через статор, добавляется значительная составляющая мощности скольжения, генерируемая ПЧ. Глубокие научные и практические исследования в области МДП выполнены М.М. Ботвинником, Ю.Г. Шакаряном, Г.Б Онищенко, А С. Сандлером, СВ. Хватовым, А.Е. Загорским, В.Г. Титовым, и др учеными Отметим также работы зарубежных ученых: М. Heller, W. Schumacher, R Репа, J.C. Clare, G.M. Asher, A. Kahn и др.

В указанных исследованиях чаще рассматривается автономный режим работы и не отражены особенности параллельной работы МДП-генератора с другими источниками. По параллельной работе ЭКГ, в основном, рассматривается вариант на основе СГ, а параллельная работа асинхронных генераторов лишь для АГ КЗ. Исследования по параллельной работе МДП-генератора практически отсутствуют.

Анализ показывает, что вопросы работы МДП-генераторов с па-

раллельно с источниками различной степени соизмеримости по мощности изучены недостаточно. Отсутствует экономическое обоснование оптимального варианта ЭКГ для таких режимов работы. Мало исследованы вопросы влияния частоты вращения вала, величины и характера нагрузки, мощности параллельно работающего источника на эксплуатационные показатели ЭКГ Недостаточно исследованы динамические режимы МДП-генератора, учитывающие изменение амплитуды и частоты выходного напряжения, а также

вопросы синтеза САР при работе МДП-генераторов параллельно с другими источниками и устойчивости режимов работы.

Учитывая вышеизложенное, целью настоящей диссертационной работы является исследование электротехнических комплексов генерирования электроэнергии на основе машин двойного питания с переменной частотой вращения вала, работающих параллельно с источниками соизмеримой и бесконечной мощности.

Цель работы определяет следующие задачи исследования:

1. Технико-экономическое сравнение вариантов электротехнических комплексов генерирования электроэнергии при работе параллельно с ИСМ и ИБМ.

2. Исследование влияния степени соизмеримости мощностей источников, диапазона изменения частоты вращения вала и типа ПЧ на состав и установленную мощность элементов оборудования, а также эксплуатационные показатели стационарных режимов МДП-генератора при параллельной работе с ИСМ и ИБМ.

3. Разработка математической модели динамических режимов, учитывающих изменение амплитуды и частоты напряжения МДП-генератора, работающего параллельно с ИСМ.

4. Синтез систем автоматического регулирования МДП-генератора, работающего параллельно с ИСМ и ИБМ.

5. Анализ устойчивости при параллельной работе МДП-генератора с

ИСМ.

Методы исследования В работе использованы методы аналитической теории электрических машин переменного тока, полупроводниковых преобразователей и систем автоматического управления. Использовались аналитические методы, математическое моделирование на ПЭВМ и экспериментальные исследования на физической модели (лабораторный макет мощностью 5,5 кВт). Расчет экономических показателей проводился по методике Project Expert 7.0.

Связь темы диссертации с научно-техническими программами

Работа выполнялась в рамках:

• межвузовской научно - технической программы «Энерго - ресурсосберегающие технологии», тема П.Т.447 «Системы энергосбережения и технологии освоения нетрадиционных источников энергии»,

• единого заказ - наряда Минобразования РФ по теме «Разработка основ теории и проектирования генераторных агрегатов переменной скорости вращения» (ветро- и гидрогенераторы, валогенераторы, нагрузочные генераторы);

• региональных программ «Первоочередные мероприятия по энергосбережению Нижегородской области на 1998-2000г» (распоряжение Администрации Нижегородской области от 01 02 99, №106-р, раздел №5 «Использование нетрадиционных видов топлива и возобновляемых источников

энергии») и «Использование местных, нетрадиционных и возобновляемых энергоресурсов на период 2001 - 2010 г.г. в Нижегородской области».

Научная новизна. Основные научные результаты работы заключаются в следующем:

1. Проведено экономическое сопоставление вариантов ЭКГ при работе параллельно с ИСМ и ИБМ. Показано, что, при диапазоне изменения частот вращения вала Б=2:1, наиболее предпочтительным с экономической точки зрения является вариант МДП-генератора с ТНПЧ (токовый непосредственный преобразователь частоты) независимо от степени соизмеримости мощностей ЭКГ и параллельно работающего источника.

2. Показано влияние диапазона изменения частоты вращения вала, типа ПЧ и степени соизмеримости мощностей источников на состав и установленную мощность оборудования и на эксплуатационные показатели стационарных режимов МДП-генератора при параллельной работе с ИСМ и ИБМ.

3. Разработана математическая модель динамических режимов, учитывающая изменение амплитуды и частоты напряжения МДП-генератора, работающего параллельно с ИСМ.

4. Разработана и реализована САР стабилизации амплитуды и частоты выходного напряжения МДП-генератора, работающего параллельно с ИСМ.

5. Определены зоны устойчивости при параллельной работе МДП-генератора и ИСМ с учетом степени соизмеримости их мощностей, а также принципа оптимизации и параметров САР.

Практическая ценность диссертационной работы заключается в следующем:

• разработана методика, позволяющая оценивать экономический эффект от внедрения различных вариантов ЭКГ с учетом возможного изменения стоимости оборудования и электроэнергии;

• дана оценка энергетическим показателям МДП-генератора при параллельной работе с ИСМ и ИБМ для различных режимов работы и типов ПЧ.

• разработаны способы стабилизации амплитуды и частоты напряжения МДП-генератора, работающего при переменной частоте вращения вала и нагрузке параллельно с ИСМ;

• разработана методика синтеза структуры САР, обеспечивающей устойчивую работу МДП-генератора параллельно с ИСМ;

• в научно-исследовательской лаборатории «Электроприводы переменного тока» кафедры «Электропривод и автоматизация промышленных установок» Нижегородского государственного технического университета (НГТУ) создан макетный образец ЭКГ на базе МДП - генератора мощностью 5,5кВт, работающий параллельно с ИСМ и ИБМ.

Реализация результатов работы. Результаты работы использованы

• при разработке концепции построения малонапорных ГЭС в Нижегородской области;

• при разработке проекта модернизации Ичалковской МГЭС (п Ичалки, Нижегородская область),

• при создании концепции развития судовых ВГУ в ОАО «Нижегородский порт» (г. Нижний Новгород),

• в учебном процессе при разработке новых учебных курсов для магистров направления 55.13.00 «Электротехника, электромеханика и электротехнологии» в НГТУ, а также в учебном процессе в Волжской государственной академии водного транспорта (ВГАВТ) (г. Нижний Новгород).

В работе автор защищает:

• методику расчета экономического эффекта от внедрения ЭКГ, работающего параллельно с ИСМ и ИБМ;

• результаты анализа влияния степени соизмеримости мощностей источников, диапазона изменения частоты вращения вала и типа ПЧ на состав и установленную мощность элементов оборудования, а также на эксплуатационные показатели стационарных режимов МДП-генератора при параллельной работе с ИСМ и ИБМ;

• математическую модель динамических режимов МДП-генератора, учитывающую изменение амплитуды и частоты генерируемого напряжения, при работе параллельно с ИСМ;

• структуру САР МДП-генератора, работающего параллельно с ИСМ и ИБМ (в качестве нагрузочного генератора при испытаниях автотракторных двигателей);

• анализ устойчивости работы МДП - генератора параллельно с

ИСМ.

Публикация и апробация работы. По материалам диссертации опубликовано 12 работ, в том числе получены 2 свидетельства на полезную модель.

Основные положения, результаты и выводы диссертационной работы доложены и обсуждены на следующих научно - технических конференциях:

• Ш Международная (XIV Всероссийская) научно - техническая конференция по автоматизированному электроприводу «АЭП - 2001», Н. Новгород, НГТУ, 2001;

• региональный молодежный научно-технический форум «Будущее технической науки нижегородского региона», Н.Новгород, НГТУ, 2002;

• ежегодные XIX XXII региональные научно-технические конференции «Актуальные проблемы электроэнергетики», Н.Новгород, НГТУ, 1999 -2003..

Структура и объем работы Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, списка литературы из 125 наименований и одного приложения. Основная часть диссертации изложена на 189 страницах, содержит 91 рисунок и 14 таблиц.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

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

В первой главе дан обзор генераторных комплексов и, для мощности 160 кВт и диапазона изменения частоты вращения вала Б=2:1, проведено технико-экономическое сравнение следующих вариантов ЭКГ, работающих параллельно с ИСМ и ИБМ: СГ-ПЧ с ШИМ, АГ КЗ-ПЧ с ШИМ, МДП-ПЧ с ШИМ; МДП-ТНПЧ. Определен состав и установленная мощность элементов силового оборудования указанных вариантов.

В качестве основных экономических показателей приняты чистый дисконтированный доход в течение установленного периода эксплуатации и срок окупаемости (7ок). Показано, что все рассмотренные варианты ЭКГ являются рентабельными.

Исследоваиа динамика зависимости рентабельности и Ток вариантов ЭКГ от изменения величины капитальных затрат на оборудование (стоимостей генератора, ПЧ, источника реактивной мощности (ИРМ)) и стоимости электроэнергии (у). Показано, что при колебаниях величины Лоб и У в пределах +50% все рассмотренные варианты ЭКГ останутся рентабельными, а экономический риск по данным проектам - минимальный (рис.1).

Получены зависимости стоимости оборудования ЭКГ от степени соизмеримости его мощности и мощности второго источника (рис.2).

Точка N соответствует автономному режиму (Л^Рэкг/^Х^00), интервал по оси абсцисс 0,1-0,01 -параллельной работе с ИСМ, а интервал правее точки ^=0,01 -работе параллельно с ИБМ. Анализ показывает, что с увеличением мощности второго источника (снижением значения К) целесообразно уменьшать долю реактивной мощности нагруз-

Ток, мес

■40 -20 0 20 40 Д/еьБ(%)

Рис.1. Зависимость срока окупаемости от ДАЬб и Ау (вариант ЭКГ по схеме МДП-ТНПЧ) при работе с ИСМ (ИБМ) 1 - Г0К=ДДАЪб); 2-То к=ДДт)

ки, вырабатываемой ЭКГ с помощью ИРМ и ПЧ

В результате для ЭКГ, работающих параллельно с ИБМ, при одинаковых условиях эксплуатации (номинальная мощность нагрузки, время работы), капитальные затраты и срок их окупаемости будут ниже, а экономический эффект выше, чем у ЭКГ, работающих параллельно с ИСМ

Наименьшим значением 7ок и, следовательно, наивысшей рентабельностью, независимо от степени соизмеримости мощностей источников, обладает вариант ЭКГ на основе МДП-ТНПЧ, имеющий меньшие установленную мощность и удельную стоимость ГТЧ по сравнению с вариантами СГ-ГТЧ с ШИМ и АГ КЗ-ПЧ с ШИМ, а по сравнению с МДП-ПЧ с ШИМ - меньшую удельную стоимость ПЧ

Во второй главе исследуются стационарные режимы работы ЭКГ на основе МДП-генератора (далее называемого ЭК), работающего параллельно с ИСМ и ИБМ Анализ проводится с учетом степени соизмеримости мощностей ЭК и второго источника, диапазона изменения частоты вращения вала и типа ПЧ, определяющего формы токов в обмотках асинхронной машины с фазным ротором (АГ) На рис 3 представлена схема распределения активных и реактивных мощностей при работе ЭК параллельно с ИСМ

Рис 3 Распределение мощностей в ЭК при работе параллельно с ИСМ

Здесь использованы следующие обозначения Рц, Рпд, Р\, Р1$, Рэк, Рцш - активные мощности соответственно нагрузки, на валу ПД, статора и ротора АГ, ЭК и ИСМ, £?н, (2ь От, бв, бирм, (?эк, (?исм - реактивные мощности соответственно нагрузки, статора, ПЧ, ИРМ, возбуждения АГ, ЭК и ИСМ

Активная и реактивная составляющие мощности ЭК определяются в соответствии с рис 3 по выражениям

Рж=Р,±Р2 =(Рс -ЛЛ)±(Рр ТЛРпч), (1)

Оэк= 6ирм±С?1±(?ПЧ+(?В, (2)

где Рс и Р?=Р\ь - активные мощности соответственно в обмотках статора и ротора МДП- генератора, ДР\, ДР2, ДРпч - потери активной мощности в статоре, роторе и преобразователе частоты соответственно

В (1) и (2) знаки «сверху» соответствуют работе ЭК со сверхсинхронной скоростью (ю>Шо). а знаки «снизу» - работе при сосшо

Для поддержания постоянства амплитуды и частоты напряжения при параллельной работе ЭК и ИСМ необходим баланс генерируемых и потребляемых активных и реактивных составляющих мощности при любой частоте вращения вала и различных значениях величины и характера нагрузки. Это обеспечивается автоматическим регулированием режимов работы ПЧ и ИРМ.

При работе параллельно с ИБМ, из-за отсутствия «жестких» требований к ЭК по стабилизации параметров генерируемой энергии (их выполняет ИБМ), у МДП - генератора появляются дополнительные возможности Они заключаются в возможности, с помощью ПЧ, обеспечивать генерирование энергии при экстремальных эксплуатационных показателях (минимальные потери в меди АГ - закон реактивная мощность статора АГ равна ну-

лю - закон (?1=0 и др)

Исследовано влияние диапазона изменения частоты вращения вала ЭК и типа ПЧ на эксплуатационные показатели МДП - генератора при параллельной работе с ИСМ и ИБМ. Показана, для снижения установленной мощности АГ, целесообразность использования однозонного режима работы ЭК при сверхсинхронной скорости (<В>СОо) как для ПЧ с ШИМ, так и ТНПЧ Применение в МДП - генераторе ТНПЧ приводит к искажениям формы тока в его обмотках и, следовательно, к недоиспользованию по мощности, относительно варианта ПЧ с ШИМ.

На рис 4 представлены осциллограммы напряжения и токов ЭК с ТНПЧ при работе параллельно с ИБМ, полученные на экспериментальной установке в научно-исследовательской лаборатории «Электроприводы переменного тока» кафедры «Электропривод и автоматизация промышленных ус-Рис 4 Осциллограммы напряжения и токов МДП- тановок» НГТУ. генератора мощностью 5,5 кВт сТНПЧ (т=-0,33)

Дана оценка энергетических показателей ЭК при параллельной работе с другими источниками. Показано, что КПД ЭК при работе с ИСМ зависит от величины и характера нагрузки, типа ПЧ и частоты вращения вала. Для варианта ПЧ с ШИМ значение КПД МДП - генератора мощностью 160 кВт в номинальном режиме составляет 93% и в среднем на (5-6)% выше, чем для ЭК с ТНПЧ, что объясняется влиянием высших гармоник тока При изменении величины (5Н), характера (совфн) нагрузки и <В значение КПД ЭК снижается, что обусловлено требованием сохранения баланса мощностей в системе «ЭК-ИСМ». При работе параллельно с ИБМ, кроме величины нагрузки и

частоты вращения вала, на КПД ЭК влияет выбранный закон управления ЭК. При законе ДРпш, и варианте ПЧ с ШИМ величина КПД имеет максимальное значение и составляет около 94%, что в среднем на (2-5)% выше, чем при законе 01=0 (реактивная мощность статора равна нулю).

Коэффициент мощности ЭК (/Смэк) при работе параллельно с ИСМ, в отличие от автономного режима, однозначно не определяется СОвфн и зависит от выбранного варианта распределения реактивной нагрузки между источниками. Для ЭК с ТНПЧ значение Амэк в среднем на (1,5 - 4)% ниже, чем для ПЧ с ШИМ, вследствие влияния высших гармоник тока генератора.

При работе ЭК параллельно с ИБМ Лмэк определяется законом управления ЭК. Например, для ЭК с ПЧ с ШИМ при законе значение Лмэк = 1, а при законе ДРщщ величина /Смэк меняется в пределах от 0,93 до 0,65, так как в данном варианте увеличивается доля реактивных составляющих токов статора и ротора АГ.

Для ЭК с ТНПЧ при работе параллельно с ИСМ определена целесообразная, с точки зрения исключения вероятности возникновения резонанса токов высших гармоник, величина мощности ИРМ, которая составляет (3-4)0в-

В третьей главе рассмотрены наиболее распространенные динамические режимы, связанные с подключением и отключением нагрузки к ЭК при его работе параллельно с ИСМ.

Функциональная схема ЭК на основе МДП-генератора, работающего параллельно с ИСМ, представлена на рис.5.

Рис 5 Функциональная схема МДП - генератора, работающего параллельно с ИСМ

На рис.5 приняты следующие обозначения ДН, ДЧ - датчики амплитуды и частоты напряжения, ДТ - датчик тока статора; С/зн, Vзч - задание на величину амплитуды и частоты напряжения; С/дта, С/дтр - сигналы, пропорциональные активной и реактивной составляющим тока статора, - угол управления роторным блоком вентилей ПЧ и фаза тока ротора, - угол управления сетевым блоком вентилей ПЧ и фаза сетевого тока ПЧ.

Основой математической модели динамических режимов ЭК при работе параллельно с ИСМ является линеаризованная структура МДП - генератора (3) и система уравнений связи ЭК с ИСМ (4).

и„ =-|

+£о,Лгп/гу;

Л", Ах +-*Г»Лх:

О,

-Р

и,

-=ю

Система (3) получена на базе уравнений Парка-Горева в системе синхронно вращающихся координат «х-у», опорный вектор которой вращается с частотой поля статора

В (3) и (4) приняты следующие обозначения1

/¡X, Лу, ¡2Х, ¡1У - проекции векторов токов статора и ротора на оси «х» и «у», - (3) [¡2Х, - проекции вектора напряжения ротора на оси «х» и «у»; - про-

екции ЭДС вращения АГ; Jъ - суммарный момент инерции, приведенный к валу генератора ЭК; £/с, Шс - амплитуда и круговая частота напряжения ИСМ; ъ Хе - эквивалентные активное и реактивное сопротивления ИСМ, соответственно активная и реактивная составляющие тока нагрузки.

Для рассматриваемой модели синтезирована и реализована на аналоговых и цифровых элементах САР стабилизации амплитуды и частоты выходного напряжения. САР является двухконтурной и двухканальной. В качестве сигнала обратной связи во внутреннем контуре тока канала стабилизации используется реактивная составляющая тока статора (Л), а канала стабилизации - активная составляющая

д и^-хс(1н

(4)

Рис 7 Структурная схема контура регулирования частоты напряжения

Благодаря компенсации перекрестных связей по ЭДС вращения каналы регулирования амплитуды (рис 6) и частоты (рис.7) напряжения МДП - генератора могут быть рассмотрены как независимые, что значительно упрощает синтез структуры и параметров регуляторов САР. Передаточные функции регуляторов при настройке контуров амплитуды и частоты напряжения на модульный и симметричный оптимумы, а также контура амплитуды напряжения на симметричный оптимум с положитель-

ной обратной связью по току статора приведены в табл 1 12

Передаточные функции регуляторов

__Таблица 1

Регулятор амплитуды напряжения Регулятор частоты напряжения

Модульный оптимум

Wm(p) = рн 4Т^р

Симметричный оптимум

8Г„р+1 1 1 kr 4тур

Симметричный оптимум с положительной обратной связью по току статора

107>+1 W Гр)~ ц рн(Р> *с(87>+1)

На основе данной модели проведены исследования динамических режимов в МДП - генераторе в условиях изменяющихся по величине и характеру нагрузки, степени соизмеримости мощностей ЭК и ИСМ, а также скорости вращения вала

Анализ результатов моделирования показал, что с возрастанием мощности ИСМ значения провалов ДС/j И Д/i снижаются Например, при увеличении и подключении провалы AU\ И Д/1 снижаются в среднем, соответственно, на 6% (рис 8,а) и 7% (рис 8,6) Уменьшение коэффициента мощности нагрузки COS<pH при 5'H=C0nst (увеличение реактивной и уменьшение активной составляющих тока нагрузки) приводит к увеличению провала амплитуды напряжения и уменьшению провала частоты напряжения Например, для коэффициента соизмеримости мощностей Рэк/Лгсм=0,4 при подключении номинальной нагрузки SH-S„0„ с cos фн =0,9 провалы ДU\ И Д/i соответственно в среднем на 4% меньше и 5% больше, чем для cos ф„ = 0,6 (рис 9) Здесь и далее результаты моделирования приведены для ЭК мощностью 160 кВт

ад

52 50 ■

420 400 380

360

340

, 2

3 /

f-

1

tc

. \_/

г

«с

0,15

0,2

О ОЛ 0.05 0,1 0,15 0,2 0 0.01 0,05 0,1 а б

Рис 8 Зависимости [/¡(t) и/¡(t) при набросе5н=5ном и сбросе 5н=0,5^ном нагрузки с cos ф„ = 0,9 при настройке на модульный оптимум а - i/|(t), 6-f\{f) (1 -A=/WAic\i= 0,1, 2- А'=0,2, 3 - Л"=0,4)

Изменение мощности ИСМ относительно мощности МДП-генератора при сохранении настройки регуляторов амплитуды и частоты напряжения приводит к изменению коэффициента усиления прямой ветви в обоих каналах САР МДП-генератора, что сказывается на характере переходных процессов в соответствующих контурах регулирования. Например, при уменьшении Рисм возрастает колебательность в контурах амплитуды и частоты напряжения, а возрастание соответственно, уменьшает колебательность процессов в контурах. С целью поддержания оптимальной настройки контуров САР ЭК необходимо при изменении мощности ИСМ изменять параметры регуляторов согласно зависимостям: Лрн~1/Ас, Лрч~1/Лс-

Исследована зависимость устойчивости САР от соотношения мощностей ЭК и ИСМ при различных способах оптимизации контуров регулирования. Показано, что при настройке контуров амплитуды и частоты напряжения на модульный и симметричный оптимумы САР устойчива независимо от величины внешних воздействий (частоты вращения вала, величины и характера нагрузки) и соотношения мощностей источников электроэнергии. При настройке контура амплитуды напряжения на симметричный оптимум с положительной обратной связью по току статора выявлена зона неустойчивой работы

В четвертой главе на примере МДП-генератора, в качестве нагружающего устройства для испытания автотракторных двигателей (НУ), разработана математическая модель динамических режимов при его работе параллельно с ИБМ. В этом случае стабилизация параметров напряжения в системе обеспечивается значительно более мощным вторым источником (ИБМ) Для ЭК главная задача регулирования состоит в стабилизации технологических параметров стендовых испытаний - частоты вращения вала при работе МДП-генератора в двигательном режиме и нагрузочного момента в генераторном режиме.

На рис.10, представлена функциональная схема МДП-генератора в качестве НУ. Здесь приняты следующие обозначения: ДС, ДМ - датчики соответственно частоты вращения вала и электромагнитного момента; ДТ - датчик тока ротора; !Узс, С/зм - задание на величину частоты вращения вала и электромагнитного момента; (/дт - сигнал, пропорциональный величине выпрямленного тока ротора.

Рис.9. Зависимости AU\*f[ cos срн) и Д/1=Д coscph) при АЧ),4, <а=1,5шс|

Рис. 10 Функциональная схема МДП - генератора, работающего в качестве НУ параллельно с ИБМ

На основе математической модели синтезирована САР МДП-генератора в качестве НУ. Структура САР системы «ЭК-ИБМ» аналогично САР системы «ЭК-ИСМ» является двухконтурной. При работе ЭК, в качестве НУ, параллельно с ИБМ стабилизируются значения оз или М и дая сигнала по току используется среднее значение выпрямленного тока ротора Внутренним контуром в обоих режимах является контур регулирования выпрямленного тока ротора, а внешним, в зависимости от режима работы НУ, - контур частоты вращения вала или электромагнитного нагрузочного момента.

Показано, что при расширенном диапазоне частот вращения вала испытуемого двигателя ф=2:1 и более) оптимальной, как для контура тока, так и для контура момента, является точка настройки регулятора тока на режим максимального по абсолютной величине скольжения (рис.11.).

■М*

1 -ч

У 2

а

4с —*■

0,02

0,08 0,1

0,04 0,06

а б

Рис 11 Зависимости А/"(1) при изменении сигнала задания в контуре момента МДП - генератора в качестве НУ (настройка контура тока на модульный оптимум) 1-3*0,21-0,5, 3 -5--1; а- 5Настр=0, 5-^АСгр--1

В главе также приводятся схема и технические характеристики экспериментальной установки ЭК на основе МДП-генератора мощностью 5,5 кВт, созданной при участии автора в научно-исследовательской лаборатории "Электроприводы переменного тока" кафедры "Электропривода и автоматизации технологических процессов" НГТУ. МДП-генератор может работать в

автономном режиме, а также параллельно с ИСМ (синхронный генератор) и ИБМ (трансформаторная подстанция НГТУ).

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ РАБОТЫ

В итоге проведенных исследований получены следующие основные результаты:

1. Проведен сравнительный анализ и определены состав, установленная мощность элементов оборудования, а также экономические показатели различных вариантов ЭКГ на базе СГ, АГ КЗ и АГ, работающих параллельно с ИСМ и ИБМ. Показано, что все рассмотренные ЭКГ являются рентабельными. Наименьшим сроком окупаемости и наивысшей рентабельностью обладает вариант ЭКГ на основе МДП с ТНПЧ.

2 С увеличением мощности второго источника (снижением значения К) целесообразно уменьшать долю реактивной мощности нагрузки, вырабатываемую ЭКГ с помощью ИРМ и ПЧ. В результате при одинаковых условиях эксплуатации для ЭКГ, работающих параллельно с ИБМ, значения Аое И Ток будут ниже, а экономический эффект выше, чем при работе параллельно с ИСМ. Показано, что при колебаниях величины капитальных затрат (стоимости генератора, ПЧ, ИРМ) и стоимости электроэнергии в пределах ±50% все рассмотренные варианты ЭКГ остаются рентабельными, что обосновывает минимальный экономический риск по данным проектам, а лучшую рентабельность сохраняет вариант на основе МДП - ТНПЧ.

3. Проведен анализ эксплуатационных показателей стационарных режимов на основе МДП - генератора при работе параллельно с ИСМ и ИБМ. Установлено влияние величины и характера нагрузки, диапазона изменения частоты вращения вала, типа ПЧ и степени соизмеримости мощностей ЭКГ и ИСМ на установленную мощность элементов электрооборудования и основные энергетические показатели ЭК: КПД, коэффициент мощности и коэффициент нелинейных искажений напряжения. Определена целесообразная, с точки зрения исключения вероятности возникновения резонанса токов высших гармоник, величина мощности ИРМ для МДП - ТНПЧ, которая равна (3-

4)2в.

4 Разработана математическая модель для расчета динамических режимов МДП-генератора, работающего параллельно с ИСМ при подключении и отключении нагрузки Для этой модели синтезирована и реализована на аналоговых и цифровых элементах САР стабилизации амплитуды и частоты напряжения при переменных значениях и нагрузки

5 Проанализировано влияние величины и характера нагрузки и степени соизмеримости мощностей ЭК и ИСМ на первоначальные провалы амплитуды и частоты напряжения статора'

• уменьшение коэффициента мощности нагрузки соэфн при ¿'н^СОгЫ (увеличение реактивной и уменьшение активной составляющих тока нагрузки) приводит к увеличению провала амплитуды напряжения и уменьшению провала частоты напряжения. Например, для коэффициента соизмеримости

мощностей /VAlCM=0,2 при подключении номинальной нагрузки Su=Smu с С05фн =0,9 провалы &Ui И Д/i соответственно в среднем на 4% меньше и 5% больше, чем для cos фн= 0,6;

• с возрастанием мощности ИСМ значения провалов AUi и Д/i снижаются. Например, при увеличении Рцсм от 2,5 Рж ДО 10 Рэк п р о в аДЬЫ и при подключении снижаются в среднем соответст-

венно на 6% и 7%.

6. Изменение мощности ИСМ относительно мощности МДП-генератора при сохранении настройки регуляторов амплитуды и частоты напряжения приводит к изменению коэффициента усиления прямой ветви в обоих каналах САР МДП-генератора, что сказывается на характере переходных процессов в соответствующих контурах регулирования. Например, при уменьшении возрастает колебательность в контурах амплитуды и частоты напряжения статора, а возрастание соответственно, уменьшает колебательность процессов в контурах. С целью поддержания оптимальной настройки контуров САР ЭК необходимо при изменении мощности ИСМ изменять параметры регуляторов согласно зависимостям: Лрн«1/Лс, Лрчя1//?с-

Исследована зависимость устойчивости САР от соотношения мощностей ЭК и ИСМ, способов оптимизации контуров регулирования и параметров САР.

7. При работе МДП - генератора в составе НУ параллельно с ИБМ, для поддержания качества переходных процессов как в контуре тока, так и в контуре момента во всем диапазоне изменения скорости вращения вала, целесообразно настраивать внутренний контур (контур тока ротора) на режим максимального по абсолютной величине скольжения.

8. Результаты диссертационной работы использованы при разработке проекта модернизации Ичалковской МГЭС (п. Ичалки, Нижегородской обл.),' создании концепции развития судовых ВГУ в ОАО «Нижегородский порт» (г. Нижний Новгород), создании экспериментальной установки мощностью 5,5 кВт в научно-иследовательской лаборатории «Электроприводы переменного тока» кафедры «Электропривод и автоматизация промышленных установок» НГТУ, а также в учебном процессе в виде инженерных методик расчета МДП - генераторов и МДП - приводов в НГТУ и Волжской государственной академии водного транспорта (ВГАВТ) (г. Н.Новгород).

СТАТЬИ, ТЕЗИСЫ ДОКЛАДОВ И ПАТЕНТНЫЕ МАТЕРИАЛЫ

1. Гидроэнергетическая установка: Свидетельство на полезную модель № 11939, 6 Н02 Р 9/42 / О.Н. Ошмарин, ВТ. Титов, О.С.Хватов, А.В. Шахов, М.Л.Горланов, С.Е.Залетнов. Опубл. в Б.И. 1999, бюл. №11.

2. Горланов М.Л., Иванов Д.Е., Залетнов С.Е., Судовые асинхронные валогенераторные установки / Актуальные проблемы энергетики / НГТУ, Нижний Новгород, 1999.

3. Горланов М.Л., Иванов Д.Е., Залетнов С Е., Переходные процессы в управляемых генераторах на основе машины двойного питания / Актуальные проблемы энергетики / НГТУ, Нижний Новгород, 1999.

4. Гидроэнергетическая установка: Свидетельство на полезную модель № 14328, 7 Н 02 Р 9/42 / О.Н. Ошмарин, ВТ. Титов, О.С.Хватов, М.Л.Горланов, С.Е.Залетнов. Опубл. в Б.И. 2000, бюл. № 19.

' 5. Хватов С.В, Горланов М.Л., Залетнов СЕ. Стабилизация частоты и амплитуды напряжения автономного МДП - генератора. /Актуальные проблемы электроэнергетики. Тезисы докладов/НГТУ, Нижний Новгород, 2000.

6. Хватов СВ., Краилин В.Ф., Захаров ПА., Горланов М.Л., Залетнов СЕ. Динамические режимы работы асинхронно-вентильных синхронизированных машин /III международная (XIV Всеросийская) конференция по автоматизированному электроприводу/ НГТУ, Нижний Новгород, 2001.

7. Хватов О С, Горланов М Л., Залетнов СЕ. Расчет динамических режимов в автономном энергетическом комплексе на базе МДП - генератора. /Актуальные проблемы электроэнергетики. Тезисы докладов/ НГТУ, Нижний Новгород, 2001.

8. Залетнов СЕ. Динамические режимы работы МДП - генератора при работе параллельно с энергосистемой соизмеримой мощности /Будущее технической науки Нижегородского региона/ Тезисы докладов/ НГТУ, Нижний Новгород, 2002.

9. Хватов С.В, Залетнов СЕ., Войтковский СИ. Динамические режимы в системе: «МДП - генератор - источник соизмеримой мощности»./ Труды НГТУ. Том 34. Электрооборудование промышленных установок/ НГТУ, Нижний Новгород, 2003.

10. Залетнов С Е. Вопросы устойчивости в МДП - генераторе при работе параллельно с энергосистемой соизмеримой мощности / ВГАВТ, Нижний Новгород, 2003.

11.Хватов ОС, Залетнов С.Е., Шумилов О.Т. Устойчивость МДП -генератора при работе параллельно с другими источниками /Актуальные проблемы электроэнергетики. Тезисы докладов/НГТУ, Нижний Новгород, 2003.

12. Залетнов СЕ. О влиянии степени соизмеримости мощностей электротехнического комплекса на основе МДП - генератора и параллельно работающего второго источника /Актуальные проблемы электроэнергетики Тезисы докладов/НГТУ, Нижний Новгород, 2003.

Личный вклад автора. В работах, написанных в соавторстве, автору принадлежат: математические модели /1,2,7,9/, постановка задачи /7,8,9,11/, обобщение результатов /3,4,6,7/.

Подписано в печать 26.04.04. Формат 60 х 84 М6. Бумага офсетная. Печать офсетная. Уч.-изд. л. 1,0. Тираж 100 экз. Заказ 289.

Нижегородский государственный технический университет. Типография НГТУ. 603600, Нижний Новгород, ул. Минина, 24.

1250 If

ВВЕДЕНИЕ.

Глава 1. АНАЛИЗ ВАРИАНТОВ ЭЛЕКТРОТЕХНИЧЕСКИХ КОМПЛЕКСОВ ГЕНЕРИРОВАНИЯ ЭЛЕКТРОЭНЕРГИИ ПРИ ' РАБОТЕ ПАРАЛЛЕЛЬНО С ДРУГИМИ ИСТОЧНИКАМИ

1.1. Обзор вариантов электротехнических комплексов генерирования электроэнергии.

1.1.1. Электротехнические комплексы на основе синхронного генератора

1.1.2. Электротехнические комплексы на основе асинхронного генератора

1.1.3. Преобразователи частоты в составе электротехнических комплексов

1.2. Экономическое сравнение вариантов электротехнических комплексов генерирования электроэнергии

1.2.1. Методика расчета экономических показателей

1.2.2. Расчет и анализ экономических показателей

1.2.2.1. Работа параллельно с источником соизмеримой мощности

1.2.2.2. Работа параллельно с источником бесконечной мощности

1.2.3. Влияние степени соизмеримости мощностей электротехнического комплекса генерирования электроэнергии и параллельно работающего источника на экономические показатели.

1.3. Обзор систем автоматического регулирования МДП-генераторов . 53 Выводы.

Глава 2. СТАЦИОНАРНЫЕ РЕЖИМЫ МДП-ГЕНЕРАТОРА ПРИ РАБОТЕ ПАРАЛЛЕЛЬНО С ДРУГИМИ ИСТОЧНИКАМИ.

2.1. Влияние степени соизмеримости мощностей источников.

2.2. Влияние диапазона изменения частоты вращения вала МДП-генератора.

2.3. Влияние типа преобразователя частоты.

2.4. Энергетика МДП-генератора при работе параллельно с источником соизмеримой мощности

2.5. Энергетика МДП-генератора при работе параллельно с источником бесконечной мощности

Выводы.

Глава 3. ДИНАМИЧЕСКИЕ РЕЖИМЫ МДП-ГЕНЕРАТОРА ПРИ РАБОТЕ ПАРАЛЛЕЛЬНО С ИСТОЧНИКОМ СОИЗМЕРИМОЙ

МОЩНОСТИ.

3.1. Математическая модель и структурные схемы.

3.2. Оптимизация контуров регулирования амплитуды и частоты напряжения

3.3. Определение статической устойчивости.

3.4. Моделирование динамических режимов.

3.5. Разработка цифровой САР.

Выводы

Глава 4. ДИНАМИЧЕСКИЕ РЕЖИМЫ МДП-ГЕНЕРАТОРА ПРИ РАБОТЕ ПАРАЛЛЕЛЬНО С ИСТОЧНИКОМ БЕСКОНЕЧНОЙ

МОЩНОСТИ.

4.1. Математическая модель и структурные схемы.

4.2. Оптимизация контуров регулирования частоты вращения и электромагнитного момента.

4.3. Анализ изменения параметров САР в зависимости от скольжения

4.4. Экспериментальные исследования.

Выводы.

В мировой энергетике наблюдается повышенный интерес к использованию электротехнических комплексов генерирования электроэнергии (ЭКГ), работающих с применением нетрадиционных возобновляемых источников энергии. Это обусловлено, с одной стороны, ухудшением экологической обстановки и ужесточением квот на выброс в атмосферу СОг. Отказ от сжигания одной тонны углеводородов предотвращает выброс в атмосферу двух тонн С02, а средняя стоимость квоты на выброс СОг на мировом рынке составляет 15 евро за тонну.

Другая причина распространения ЭКГ — проблемы с энергоснабжением удаленных регионов. В России 12% населения проживает в таких регионах, которые не подключены к централизованной энергосистеме. В качестве источников электроэнергии там в основном используются дизель - генераторы. Удельная стоимость электроэнергии получается высокой из-за больших затрат на доставку топлива. Это приводит к энергетической зависимости от центра, и любой сбой поставок топлива может привести к остановке жизненно необходимого оборудования.

К ЭКГ, использующим нетрадиционные возобновляемые источники энергии, относятся: малые гидроэлектростанции (МГЭС) [1, 18, 19, 66, 112, 114, 116], ветроэнергетические установки (ВЭУ) [15, 55, 56, 64, 69, 70, 117] и др. Разработка и внедрение указанных ЭКГ - одно из основных направлений развития отечественной и мировой малой энергетики.

Другое направление развития малой энергетики состоит в рациональном использовании ЭКГ для энергообеспечения автономных объектов. В первую очередь это касается таких объектов, как речные и морские суда. В этом случае ЭКГ работают на органическом топливе. До настоящего времени наиболее распространенным вариантом является применение дизель - генераторных агрегатов. Более рациональным представляется использование избыточной мощности главной силовой установки для передвижения объекта, т.е. применение валогенераторных установок (ВГУ) [20, 78, 92]. Применение ВГУ целесообразно по двум причинам. Во-первых, практически во всем диапазоне скоростей главный двигатель обладает резервом мощности около 15%, а мощность электростанции составляет, как правило, менее 10% от его мощности [78]. Во-вторых, повышается экономичность автономных объектов, т.к. при работе главной силовой установки используются более дешевые сорта топлива, чем для дизель - генератора [20].

Особенностью рассматриваемых объектов малой энергетики является переменная частота вращения приводного вала движителя (турбины МГЭС, вет-роколеса ВЭУ, вала отбора мощности ВГУ). Стабилизация параметров генерируемой электроэнергии (амплитуды^) и частоты^) напряжения) при переменной частоте вращения - одна из основных технических задач при создании таких ЭКГ.

В зависимости от схемы электроснабжения, количества генерирующих источников, соотношения их мощности между собой и с подключаемой нагрузкой различают несколько возможных режимов работы ЭКГ.

Во-первых, автономный режим ЭКГ, когда вся мощность, необходимая нагрузке, вырабатывается только этим источником. К ЭКГ в этом случае предъявляются требования по созданию необходимой для нагрузки активной и реактивной мощности, а также по стабилизации параметров генерируемой электроэнергии. Примером такой системы является вариант МГЭС или ВЭУ в отдаленном районе, не имеющем другого, например, дизель - генераторного источника и не связанного с централизованной энергосистемой. Такой режим также имеет место на автономном объекте (например, на судах) при работе ВГУ без дизель - генератора.

Чаще ЭКГ работает параллельно с другими источниками электроэнергии. В зависимости от соотношения мощности ЭКГ и второго источника различают режимы его работы параллельно с источником соизмеримой (ИСМ) и бесконечной мощности (ИБМ). Под ИСМ понимается такой источник, мощность которого превышает мощность ЭКГ не более, чем в 10 раз [9]. В качестве примера может быть как система из нескольких аналогичных однотипных источников, например, нескольких ВЭУ, так и работа одного ЭКГ с более мощным вторым источником (дизель - генератором). Последний вариант используется, например, в ВГУ на речных и морских судах. В этом режиме на ЭКГ возлагаются задачи выработки части мощности нагрузки и стабилизации параметров генерируемой электроэнергии при переменной частоте вращения вала ВГУ.

При работе ЭКГ параллельно с ИБМ (мощность второго источника превышает мощность ЭКГ более, чем в 10 раз), амплитуда и частота напряжения в сети при переменной частоте вращения вала ЭКГ и изменении нагрузки поддерживаются неизменными более мощным ИБМ. При этом возможны две ситуации. Во-первых, когда ЭКГ выполняет только функцию дополнительного электрогенерирующего источника. Это имеет место, например, при работе МГЭС параллельно с центральной энергосистемой. Существует вторая, специфическая, область применения ЭКГ, работающих параллельно с ИБМ в качестве нагрузочных генераторов для испытания автотракторных и других двигателей (НГ) [4, 81, 82]. В стране сейчас работает большое количество таких генераторов. Основная задача этих ЭКГ состоит в обеспечении технологических требований, предъявляемых к стендовым испытаниям автотракторных и других двигателей. Эти требования заключаются, в основном, в поддержании заданных по программе частот вращения вала (©) при прокрутке испытуемых двигателей и нагрузочного момента (М) при их работе «на газу». При этом частота вращения вала и нагрузочный момент ЭКГ изменяются в широком диапазоне. Энергетическая составляющая от деятельности таких ЭКГ часто весьма значительна. Крупные испытательные станции являются на моторостроительных заводах фактически малыми заводскими электростанциями. Однако, несмотря на это, основная задача нагрузочных ЭКГ - обеспечить технологию испытаний изготовленных автотракторных двигателей. Именно эти аспекты работы ЭКГ рассматриваются в настоящей диссертации в разделе параллельной работы ЭКГ с ИБМ. В роли последнего выступает заводская энергосистема.

Таким образом, при параллельной работе ЭКГ с ИСМ и ИБМ энергетический канал одинаков, так как в обоих случаях ЭКГ является дополнительным источником электроэнергии. Требования к информационному каналу (системам автоматического регулирования) различны. В первом случае (система «ЭКГ -ИСМ») - это стабилизация амплитуды и частоты генерируемого напряжения при переменной частоте вращения вала, а во втором, на примере нагрузочных генераторов (система «ЭКГ - ИБМ»), - это выполнение требований технологии стендовых испытаний автотракторных двигателей. Это требование заключается в поддержании частоты вращения вала или нагрузочного момента.

Стабилизация параметров генерируемой электроэнергии при переменных значениях скорости вращения вала и нагрузки в случае параллельной работы ЭКГ с ИСМ может быть осуществлена двумя способами: механически (с применением дифференциальных редукторов, гидромеханических устройств) и электрически (балластная нагрузка, компенсационные устройства, преобразователи частоты). Оба варианта обеспечивают необходимое качество вырабатываемой электроэнергии, однако, второй, отличающийся простотой механической части ЭКГ, наиболее приемлем для малой и средней мощности (до 1000 кВт). ЭКГ в этом случае может быть выполнен на основе синхронного (СГ) или асинхронного генератора с короткозамкнутым ротором (АГ КЗ). В обоих вариантах вся активная мощность от движителя в нагрузку поступает через статор СГ или АГ КЗ. При использовании преобразователей частоты (ПЧ) в цепи статора генераторов, ПЧ должны выбираться на полную мощность нагрузки. Заметим, что это в равной степени относится к ЭКГ, работающим параллельно с ИБМ в качестве нагрузочных генераторов при испытании автотракторных двигателей.

Созданию ЭКГ на основе машины переменного тока посвящено много научных работ. Общее признание в этом направлении в 50-60 годы прошлого века получили труды А.А. Иванова, Ю.Д. Зубкова, С.К. Бохяна, А.В. Новикова, С.З. Барского и др. ученых по разработке и исследованию систем конденсаторного возбуждения и регулирования асинхронных генераторов [6, И, 13, 21, 36, 42, 47, 53].

Большое значение при работе ЭКГ имеет система автоматического регулирования (САР). Наиболее распространенными являются САР, построенные по принципу подчиненного регулирования. В качестве управляемых координат используются стабилизируемые параметры: при работе ЭКГ параллельно с ИСМ - это амплитуда и частота выходного напряжения, а при работе параллельно с ИБМ, например, в качестве нагрузочных генераторов - частота вращения вала и нагрузочный момент.

Разработке систем регулирования и стабилизации выходных параметров посвящен ряд работ С.П. Бояр-Созоновича, Н.Д. Торопцева, С.И. Кициса, А.И. Лищенко, В.А. Лесника и др. ученых [11, 60, 65, 73, 74, 87, 103]. Особые возможности по использованию АГ КЗ получили благодаря системам вентильного возбуждения и регулирования, что подробно рассмотрено в работах М.Л.Костырева [47].

Новый этап в разработке ЭКГ связан с использованием машины двойного питания (МДП). В этом случае в качестве генератора используется асинхронная машина с фазным ротором (АГ). Благодаря хорошим регулировочным возможностям МДП-генератор занимает равноправное место в ряду альтернативных ЭКГ, а по некоторым показателям имеет существенные преимущества [5, 7, 12, 40, 59]. Вариант ЭКГ на основе МДП особенно перспективен при широком диапазоне изменения скорости вращения вала движителя (2:1 и более), когда к мощности, генерируемой через статор, добавляется значительная составляющая мощности скольжения, генерируемая ПЧ. Глубокие научные и практические исследования в области МДП проведены в АО «ВНИИ электроэнергетики» под руководством М.М. Ботвинника и Ю.Г. Шакаряна, а в ОАО «Электропривод» под руководством Г.Б. Онищенко, отражены в работах А.С. Сандлера, С.В. Хватова, А.Е. Загорского, В.Г. Титова, и др. ученых [2, 7, 10,30, 81-83].

Среди опубликованных за последние пятнадцать лет статей зарубежных ученых по исследованию МДП-генераторов отметим работы М. Хеллера (М. Heller), В.Шумахера (W. Schumacher), Р.Пены (R. Репа), Д. Кларе (J.C. Clare), Д. Ашера (G.M. Asher), А. Кана (Kahn А), Л. Рикардо. (Ricardo L.M), Р. Себастьяна (Sebastian R.M.), X. Рундика (Hung Rudnick) и др. [111-125].

Новые возможности по использованию МДП-генератор получил благодаря последним достижениям в области силовой электроники, созданию современных ПЧ, которые сегодня в определенном диапазоне мощностей обеспечивают практически синусоидальное питание цепей АГ, и постоянному совершенствованию законов регулирования.

Работы по исследованию и внедрению МДП-генератора в малую гидро- и ветроэнергетику активно ведутся и за рубежом. Например, в Японии фирмой Hitachi, в Германии - AKW, Siemens, AEG, в Норвегии - ABB KraftAs и ABB Corporate Research, в Австралии - Rainbow Power Company. Накопленный мировой и отечественный опыт в исследовании и разработке МДП-генераторов, в частности для целей малой энергетики, позволяет сделать вывод о несомненной актуальности подобных исследований.

В отмеченных выше работах отражены различные вопросы, связанные с использованием МДП-генераторов. Исследованию стационарных режимов (расчет и выбор электрооборудования, анализ эксплуатационных показателей и др.) посвящены работы отечественных [10, 58, 59, 102] и зарубежных [111, 112, 118] ученых. По динамике МДП-генераторов (принципы построения замкнутых САР, анализ переходных процессов) отметим, прежде всего, работы [5, 7, 30, 58, 59]. Вопросы энергетики нашли свое отражение в [7, 58]. Рекомендации по областям целесообразного применения МДП - генераторов изложены в [7, 58]. В указанных исследованиях чаще рассматривается автономный режим работы и не отражены особенности параллельной работы МДП - генератора с другими источниками. По параллельной работе ЭКГ, в основном, рассматривается вариант на основе СГ [64], а параллельная работа асинхронных генераторов лишь для АГ КЗ [6, 11, 30]. В [6] для АГ КЗ дан анализ включения на параллельную работу, в [11] приводится сопоставление этих процессов с системой параллельно работающих СГ. В [30] рассмотрены особенности распределения нагрузки между работающими параллельно АГ КЗ и СГ. Исследования по параллельной работе МДП - генераторов практически отсутствуют. Отметим лишь [9, 117, 123], где показаны различные варианты построения САР МДП - генератора, работающего параллельно с ИСМ и ИБМ.

Анализ показывает, что работа МДП - генераторов с u=var параллельно с источниками различной степени соизмеримости по мощности изучена недостаточно. Отсутствует экономическое обоснование оптимального варианта ЭКГ для таких режимов работы. Мало исследованы вопросы влияния частоты вращения вала, величины и характера нагрузки, мощности параллельно работающего источника на эксплуатационные показатели ЭКГ в стационарных режимах. Недостаточно исследованы динамические режимы МДП-генератора, учитывающие изменение амплитуды и частоты выходного напряжения, а также вопросы синтеза САР при работе МДП-генераторов параллельно с другими источниками и устойчивости режимов работы.

Цель диссертационной работы - исследование электротехнических комплексов генерирования электроэнергии на основе машин двойного питания с переменной частотой вращения вала, работающих параллельно с источниками соизмеримой и бесконечной мощности.

Задачи диссертационой работы:

1. Технико-экономическое сравнение вариантов электротехнических комплексов генерирования электроэнергии при работе параллельно с ИСМ и ИБМ.

2. Исследование влияния степени соизмеримости мощностей источников, диапазона изменения частоты вращения вала и типа ПЧ на состав и установленную мощность элементов оборудования, а также эксплуатационные показатели стационарных режимов МДП-генератора при параллельной работе с ИСМ и ИБМ.

3. Разработка математической модели динамических режимов, учитывающих изменение амплитуды и частоты напряжения МДП-генератора, работающего параллельно с ИСМ.

4. Синтез систем автоматического регулирования МДП-генератора, работающего параллельно с ИСМ и ИБМ.

5. Анализ устойчивости при параллельной работе МДП-генератора с

ИСМ.

Методы исследования

В работе использованы методы аналитической теории электрических машин переменного тока, полупроводниковых преобразователей и систем автоматического управления. Использовались аналитические методы, математическое моделирование на ПЭВМ и экспериментальные исследования на физической модели (лабораторный макет мощностью 5,5 кВт). Расчет экономических показателей проводился по методике Project Expert 7.0.

Связь темы с научно - техническими программами Работа выполнялась в рамках:

- межвузовской научно - технической программы «Энерго - ресурсосберегающие технологии», тема П.Т.447 «Системы энергосбережения и технологии освоения нетрадиционных источников энергии»;

- единого заказ - наряда Минобразования РФ по теме «Разработка основ теории и проектирования генераторных агрегатов переменной скорости вращения» (ветро- и гидрогенераторы, валогенераторы, нагрузочные генераторы);

- региональных программ «Первоочередные мероприятия по энергосбережению Нижегородской области на 1998-2000г» (распоряжение Администрации Нижегородской области от 01.02.99., №106-р, раздел №5 «Использование нетрадиционных видов топлива и возобновляемых источников энергии») и «Использование местных, нетрадиционных и возобновляемых энергоресурсов на период 2001 - 2010 г.г. в Нижегородской области».

Научная новизна

1. Проведено экономическое сопоставление вариантов ЭКГ при работе параллельно с ИСМ и ИБМ. Показано, что, при диапазоне изменения частот вращения вала Z)=2:l, наиболее предпочтительным с экономической точки зрения является вариант МДП-генератора с ТНПЧ (токовый непосредственный преобразователь частоты) независимо от степени соизмеримости мощностей ЭКГ и параллельно работающего источника.

2. Показано влияние диапазона изменения частоты вращения вала, типа ПЧ и степени соизмеримости мощностей источников на состав и установленную мощность оборудования и на эксплуатационные показатели стационарных режимов МДП-генератора при параллельной работе с ИСМ и ИБМ.

3. Разработана математическая модель динамических режимов, учитывающая изменение амплитуды и частоты напряжения МДП-генератора, работающего параллельно с ИСМ.

4. Разработана и реализована САР стабилизации амплитуды и частоты выходного напряжения МДП-генератора, работающего параллельно с ИСМ.

5. Определены зоны устойчивости при параллельной работе МДП-генератора и ИСМ с учетом степени соизмеримости их мощностей, а также принципа оптимизации и параметров САР.

Практическая ценность диссертационной работы заключается в следующем:

- разработана методика, позволяющая оценивать экономический эффект от внедрения различных вариантов ЭКГ с учетом возможного изменения стоимости оборудования и электроэнергии; дана оценка энергетическим показателям МДП-генератора при параллельной работе с ИСМ и ИБМ для различных режимов работы и типов ПЧ;

- разработаны способы стабилизации амплитуды и частоты напряжения МДП-генератора, работающего при переменной частоте вращения вала и нагрузке параллельно с ИСМ;

- разработана методика синтеза структуры САР, обеспечивающей устойчивую работу МДП-генератора параллельно с ИСМ; в научно-исследовательской лаборатории «Электроприводы переменного тока» кафедры «Электропривод и автоматизация промышленных установок» Нижегородского государственного технического университета (НГТУ) создан макетный образец ЭКГ на базе МДП - генератора мощностью 5,5кВт, работающий параллельно с ИСМ и ИБМ.

Реализация результатов работы

Результаты работы использованы:

- при разработке концепции построения малонапорных ГЭС в Нижегородской области;

- при разработке проекта модернизации Ичалковской МГЭС (п. Ичалки, Нижегородская область);

- при создании концепции развития судовых ВГУ в ОАО «Нижегородский порт» (г. Нижний Новгород);

- в учебном процессе при разработке новых учебных курсов для магистров направления 55.13.00 «Электротехника, электромеханика и электротехнологии» в НГТУ, а также в учебном процессе в Волжской государственной академии водного транспорта (ВГАВТ) (г. Нижний Новгород).

В работе автор защищает:

- методику расчета экономического эффекта от внедрения ЭКГ, работающего параллельно с ИСМ и ИБМ;

- результаты анализа влияния степени соизмеримости мощностей источников, диапазона изменения частоты вращения вала и типа ПЧ на состав и установленную мощность элементов оборудования, а также на эксплуатационные показатели стационарных режимов МДП-генератора при параллельной работе с ИСМ и ИБМ;

- математическую модель динамических режимов МДП-генератора, учитывающую изменение амплитуды и частоты генерируемого напряжения, при работе параллельно с ИСМ;

- структуру САР МДП-генератора, работающего параллельно с ИСМ и ИБМ (в качестве нагрузочного генератора при испытаниях автотракторных двигателей);

- анализ устойчивости работы МДП-генератора параллельно с ИСМ.

Публикация и апробация работы

По материалам диссертации опубликовано 12 работ, в том числе получены 2 свидетельства на полезную модель.

Основные положения, результаты и выводы диссертационной работы были доложены и обсуждены на следующих научно - технических конференциях:

III Международная (XIV Всероссийская) научно - техническая конференция по автоматизированному электроприводу «АЭП - 2001», Н.Новгород, НГТУ, 2001;

- региональный молодежный научно-технический форум «Будущее технической науки нижегородского региона», Н.Новгород, НГТУ, 2002; ежегодные XIX+XXII региональные научно-технические конференции «Актуальные проблемы электроэнергетики», Н.Новгород, НГТУ, 1999 - 2003.

Объем и структура работы

Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, списка литературы из 125 наименований и двух приложений. Основная часть диссертации изложена на 189 страницах, содержит 91 рисунок и 14 таблиц.

Выводы:

1. На примере МДП-генератора, применяемого в качестве нагружающего устройства для испытания автотракторных двигателей, разработана математическая модель его динамических режимов при работе параллельно с ИБМ. При этом стабилизация параметров напряжения в системе обеспечивается значительно более мощным вторым источником. Для ЭК в данном случае главная задача регулирования состоит в стабилизации технологических параметров стендовых испытаний - частоты вращения вала ЭК при работе МДП - генератора в двигательном режиме и нагрузочного момента в генераторном режиме.

2. Структура САР системы «ЭК - ИБМ» аналогична САР системы <<ЭК - ИСМ». Обе они являются двухконтурными. Внутренний контур тока в системе «ЭК - ИБМ» общий для обоих каналов (канал со и канал Л/), а в качестве сигнала обратной связи используется среднее значение выпрямленного тока ротора генератора.

3. При широком диапазоне изменения частоты вращения и нагрузочного момента ЭК изменяются величины коэффициентов в передаточных функциях динамических звеньев САР. Показано, что при D=2:1 оптимальной как для контура тока, так и для контура момента является точка настройки регулятора тока на режим максимального по абсолютной величине скольжения.

4. В научно-исследовательской лаборатории «Электроприводы переменного тока» кафедры «Электропривод и автоматизация промышленных установок» (НГТУ) создана экспериментальная установка МДП - генератора мощностью 5,5кВт, обеспечивающая автономный режим работы, а так же режимы работы параллельно с ИСМ (синхронный генератор) и ИБМ (трансформаторная подстанция НГТУ). Расхождение результатов экспериментальных исследований и математического моделирования не превышает (8-10)%.

172

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Проведенный комплекс исследований расширяет представление о стационарных и динамических процессах МДП-генератора при работе параллельно с ИСМ и ИБМ. Диссертация продолжает изучение МДП как объекта генерирования электроэнергии. В работе представлен ряд новых положений, касающихся: экономического сравнения вариантов ЭКГ при работе параллельно с ИСМ и ИБМ; разработки математической модели динамических режимов, учитывающих изменение амплитуды и частоты напряжения МДП-генератора, работающего параллельно с ИСМ; синтеза САР МДП-генератора при работе параллельно с ИСМ и ИБМ.

В итоге проведенных исследований получены следующие основные результаты:

1. Рассмотрены различные варианты ЭКГ, работающих при переменной скорости вращения вала, на базе СГ и АГ с короткозамкнутым и фазным ротором с различными типами ПЧ. Для каждого варианта определен состав и установленная мощность элементов силового оборудования при работе ЭКГ параллельно с ИСМ и ИБМ. Проведен сравнительный анализ, определены экономические показатели различных вариантов ЭКГ и показано, что все они являются рентабельными.

2. Исследована зависимость рентабельности и срока окупаемости рассмотренных вариантов ЭКГ от изменения величины капитальных затрат (стоимости генератора, ПЧ, ИРМ) и стоимости электроэнергии. Показано, что при их колебаниях в пределах ±50% все рассмотренные варианты ЭКГ останутся рентабельными, а, следовательно, экономический риск по данным проектам - минимальным. Наименьшим сроком окупаемости и наивысшей рентабельностью, вне зависимости от степени соизмеримости мощностей источников, обладает вариант ЭКГ на основе МДП с ТНПЧ, как имеющий меньшую установленную мощность и удельную стоимость ПЧ по сравнению с вариантами СГ-ПЧ с ШИМ, АГКЗ-ПЧ с ШИМ, а по сравнению с МДП-ПЧ с ШИМ - меньшую удельную стоимость ПЧ.

3. Проведен анализ эксплуатационных показателей стационарных режимов ЭК при работе параллельно с ИСМ и ИБМ в зависимости от величины и характера нагрузки, диапазона изменения частоты вращения вала, типа ПЧ и степени соизмеримости мощностей. Показано влияние степени соизмеримости мощностей МДП-генератора и второго источника на варианты целесообразного использования элементов оборудования как источников активной и реактивной мощности и регуляторов их баланса с нагрузкой, с целью стабилизации U\ и f\ (при работе с ИСМ). В частности, при параллельной работе с синхронным генератором источником Q может быть ИСМ (СГ), специальный ИРМ в составе ЭК, а при необходимости - АГ. Для ЭК с ТНПЧ определена целесообразная, с точки зрения исключения вероятности возникновения резонансов токов высших гармоник, мощность ИРМ, величина которой составляет (3-4 Оптимальное распределение реактивной нагрузки между источниками Q является самостоятельной оптимизационной задачей и определяется для каждого конкретного проекта.

4. Разработана математическая модель динамических режимов ЭК, работающего параллельно с ИСМ при переменных значениях К=Рж1Рэс-> и coscpn, и на ее основе синтезирована САР стабилизации амплитуды и частоты генерируемого напряжения. Анализ результатов моделирования режимов подключения нагрузки показал следующее:

- уменьшение coscpH при S^const (увеличение реактивной и уменьшение активной составляющих тока нагрузки) приводит к увеличению провала амплитуды и уменьшению провала частоты напряжения. Это объясняется тем, что в контур амплитуды напряжения входит реактивная составляющая, а в контур частоты напряжения - активная составляющая тока нагрузки. Например, для коэффициента соизмеримости мощностей Рэк/Рэс=0,2 при подключении номинальной нагрузки £н=£ном с coscpH=0,9 провалы AU\ и А/1 соответственно в среднем на 4% меньше и 5% больше, чем для coscph=0,6;

- с возрастанием мощности ИСМ значения провалов А£/( и A/j снижаются. Например, при увеличении Рисм от 2,5РЭк до 10 Рэк провалы AU\ и

A/i при подключении £н=£ном с coscpH=0,9 снижаются в среднем соответственно на 6% и 7%.

5. Изменение мощности ИСМ относительно мощности МДП-генератора при сохранении настройки регуляторов амплитуды и частоты напряжения приводит к изменению коэффициента усиления прямой ветви в обоих каналах САР МДП-генератора, что сказывается на характере- переходных процессов в соответствующих контурах регулирования. Например, при уменьшении Рисм возрастает колебательность в контурах амплитуды и частоты напряжения статора, а возрастание Рисм> соответственно, уменьшает колебательность процессов в контурах. С целью поддержания оптимальной настройки контуров САР ЭК необходимо при изменении мощности ИСМ изменять параметры регуляторов согласно выражениям: K?tfz\IXcy K^MRq.

Исследованы зависимости устойчивости САР стабилизации U\ и f\ от соотношения мощностей ЭК и ИСМ, способов оптимизации контуров регулирования и параметров САР.

6. Для САР ЭК при его работе в качестве нагрузочного генератора параллельно с ИБМ показана, с точки зрения поддержания качества переходных процессов выходных координат (ш и М) во всем диапазоне изменения скорости вращения вала, целесообразность настройки внутреннего контура (контура тока) на режим максимального по абсолютной величине скольжения.

7. Результаты выполненных исследований использованы при разработке проекта модернизации Ичалковской МГЭС (п. Ичалки, Нижегородской обл.) и концепции развития судовых ВГУ в ОАО «Нижегородский порт» (г. Нижний Новгород), создании экспериментальной установки мощностью 5,5 кВт в научно-иследовательской лаборатории «Электроприводы переменного тока» кафедры «Электропривод и автоматизация промышленных установок» НГТУ, а также в учебном процессе в виде инженерных методик расчета МДП -генераторов и МДП - приводов в НГТУ и Волжской государственной академии водного транспорта (ВГАВТ) (г. Н.Новгород).

175

1. Автономные гидроэнергетические установки малой мощности (мик-роГЭС)//Обзорная информация/ЦНИИ информатики и технико-экономических исследований по тяжелому машиностроению. М., 1994.

2. Айзенштадт Е.Б., Шакарян Ю.Г. О законе регулирования напряжения статора и ротора АСД, работающего в автономной системе // Электротехника. 1973, №11.

3. Анисимов Я.Ф. Судовая силовая полупроводниковая техника. Л.: Судостроение, 1979.

4. Асинхронно-вентильные нагружающие устройства. М.: Энергоатом-издат, 1986.

5. Барков В.А. Определение функции регулирования и анализ установившегося режима работы электропривода с двигателем двойного питания при переменной скорости вращения //Изв. вузов. Энергетика, 1976, №5.

6. Барский С.З. Некоторые вопросы теории и расчета автономного асинхронного генератора стабильной частоты //Электричество, 1966, № 8.

7. Блоцкий Н.Н., Лабунец И.А., Шакарян Ю.Г. Машины двойного питания // Итоги науки и техники / ВИНИТИ АН СССР, 1979.

8. Блоцкий Н.Н., Шакарян Ю.Г. Сравнение законов регулирования АС машин в установившемся режиме // Электротехника. 1963, №9.

9. Бородина И.В., Вейгнер A.M., Серый И.М., Янко Триницкий А.А. О возможностях асинхронизированного синхронного компенсатора // Электричество. 1976, №11.

10. Ботвинник М.М., Шакарян Ю.Г. Управляемая машина переменного тока. М.: Наука, 1969.

11. Бояр — Созонович С.П. Альтернативность асинхронных генераторов с конденсаторным возбуждением // Электричество. 1993, №12.

12. Браславский В.Я. и др. Преобразователь частоты для МДП с расширенным диапазоном регулирования скорости // Проблемы преобразовательной техники. Ч. 5. Киев: ИЭД АН УССР, 1983.

13. Брускин Д.Э. Генераторы, возбуждаемые переменным током. М.: Высш. шк. 1974.

14. Ващенко А.П., Онищенко Г.Б. Частотно-регулируемый асинхронный электропривод // Итоги науки и техники. Сер. " Электропривод и автоматизация промышленных установок" / ВИНИТИ АН СССР, 1988.

15. Ветроэнергетические установки// Промышленные каталоги/ Институт промышленного развития ИНФОРМЭЛЕКТРО. М., 1999.

16. Вишневский J1.B. Пасс А.Г. Системы управления асинхронными ге-нераторними комплексами. Киев, Одесса: мЛыбидь",1990.

17. Вольдек А.И. Электрические машины. М.-Л.: Энергия, 1974.

18. Гидроэнергетическая установка: Свидетельство на полезную модель № 11939, 6 Н02 Р 9/42 / О.Н. Ошмарин, В.Г. Титов, О.С.Хватов, А.В. Шахов, М.Л.Горланов, С.Е.Залетнов. Опубл. в Б.И. 1999, бюл. № 11.

19. Гидроэнергетическая установка: Свидетельство на полезную модель № 14328, 7 Н 02 Р 9/42 / О.Н. Ошмарин, В.Г. Титов, О.С.Хватов, М.Л.Горланов, С.Е.Залетнов. Опубл. в Б.И. 2000, бюл. № 19.

20. Гилерович Ю.М. Валогенераторная установка нового поколения.// Судостроение за рубежом, 1990, № 6.

21. Глебов И.А. Системы возбуждения асинхронных генераторов с управляемыми преобразователями. М.: Изд-во АН СССР, 1980.

22. ГОСТ 13109-99. Электрическая энергия. Нормы качества электрической энергии у ее приемников, присоединенных к электрическим сетям общего назначения. М.: Изд-во стандартов, 1999.

23. Горланов М.Л., Иванов Д.Е., Залетнов С.Е., Судовые асинхронные ва-логенераторные установки / Актуальные проблемы энергетики / Hi ТУ, Нижний Новгород, 1999.

24. Горланов М.Л., Иванов Д.Е., Залетнов С.Е., Переходные процессы в управляемых генераторах на основе машины двойного питания / Актуальные проблемы энергетики / НГТУ, Нижний Новгород, 1999.

25. Джури Э. Импульсные системы автоматического регулирования. М.Физматгиз, 1963.

26. Джюджи J1., Пелли Б. Силовые полупроводниковые преобразователи частоты: Пер. с англ. М.: Энергоатомиздат, 1983.

27. Дмитриева Г.А. Анализ работы неуправляемой ВЭУ в автономной системе // Электричество, 1998, № 6.

28. Жежеленко И.В. Показатели качества электроэнергии и их контроль на промышленных предприятиях. М.: Энергоатомиздат, 1986.

29. Жемеров Г.Г. Тиристорные преобразователи частоты с непосредственной связью. М.: Энергия, 1977.

30. Загорский А.Е., Шакарян Ю.Г. Управление переходными процессами в электрических машинах переменного тока. М.: Энергоатомиздат, 1986.

31. Залетнов С.Е. Вопросы устойчивости в МДП генераторе при работе параллельно с энергосистемой соизмеримой мощности / ВГАВТ, Нижний Новгород, 2003.

32. Залетнов С.Е. Динамические режимы работы МДП генератора при работе параллельно с энергосистемой соизмеримой мощности /Будущее технической науки нижегородского региона/ Тезисы докладов/ НГТУ, Н.Новгород, 2002, с.163.

33. Залетнов С.Е. О влиянии степени соизмеримости мощностей электротехнического комплекса на основе МДП генератора и параллельно работающего второго источника /Актуальные проблемы электроэнергетики. Тезисы докладов/НГТУ.Нижний Новгород, 2003.

34. Заливалов С.А. Исследование и разработка электропривода на основе машины двойного питания и преобразователя частоты со звеном постоянного тока: Автореф. дис. канд. техн. наук. Горький, 1984.

35. Захаров П.А., Ошмарин О.Н., Хватов О.С. Асинхронные генераторные комплексы // Тез. докл. международной НТК Восьмые Бенардовские чтения / ИЭУ. Иваново, 1996.

36. Иванов Г.М., Онищенко Г.Б. Автоматизированный электропривод в химической промышленности. М.: Машиностроение, 1975.

37. Ильинский Н.Ф. Энергосбережение средствами электропривода // Материалы 13 Всерос. конф. "Проблемы автоматизированного электропривода" / УГТУ. Ульяновск, 1998.

38. Инновационные ресурсосберегающие решения и их экономические оценки: Учебное пособие под ред. О.В. Федорова/ М.: Инфра-М, 2003.

39. Казовский Е.Я. Переходные процессы в электрических машинах переменного тока. M.-JI.: Изд-во АН СССР, 1962.

40. Касьянов В.Т. Электрическая машина двойного питания как общий случай машины переменного тока // Электричество. 1931, № 21.

41. Качество электрической энергии на судах: Справочник / В.В. Шейни-хович, О.Н. Климанов, Ю.И. Пайкин, Ю.Я. Зубарев. JL: Судостроение, 1988.

42. Кицис С.И. Переходные процессы емкостного самовозбуждения асинхронного генератора под нагоузкой // Изв. АН СССР. Энергетика и транспорт. 1977, № 4.

43. Ключев В.И. Ограничение динамических нагрузок электропривода. М.: Энергия, 1971.

44. Ковач К.П., Рац И. Переходные процессы в машинах переменного тока. M.-JI.: Госэнергоиздат, 1963.

45. Козярук А.Е., Плахтина Е.Г. Вентильные преобразователи в судовых электромеханических системах. Л.: Судостроение, 1987.

46. Козярук А.Е. Системы прямого цифрового управления в асинхронном приводе // Труды III международной (XIV Всероссийской) конференции по автоматизированному электроприводу/ Hi ТУ, Н.Новгород, 2001.

47. Костырев М.Л., Скороспешкин А.И. Автономные генераторы с вентильным возбуждением. М.: Энергоатомиздат, 1993.

48. Кочубаевский И.Д. Системы нагружения для исследования и испытаний машин и механизмов. М.: Машиностроение, 1985.

49. Куропаткин П.В. Теория автоматического управления. М.:Высшая школа, 1973.

50. Лукутин Б. В. Режимы работы синхронных и асинхронных генераторов микрогидроэлектростанций: Автореф. дис. д-ра техн. наук. Екатеринбург, 1993.

51. Мелешкин Г.А. "Переходные режимы судовых электроэнергетических систем". Л.Судостроение, 1971.

52. Микропроцессорный автоматический регулятор возбуждения для асинхронизированных электромеханических преобразователей частоты / В.А. Александров, В.Г. Клещенко, В.П. Морозкин и др.// Электричество, 1991, № 7.

53. Муравьев Г.Л., Титов В.Г. Расчет параметров установившегося режима работы МДП при различных способах питания / Элементы и системы электрооборудования. Горький, 1986.

54. Мустафаев Р.И. Динамические режимы электромеханических преобразователей ветроэлектрических установок, работающих на электрическую сеть: Автореф. дисс. доктора техн. наук. Москва, 1990.

55. Мустафаев Р.И., Листенгартен Б.А., Ледаков В.Г. Моделирование и исследование ветроэлектрической установки.// Электромеханика, 1987, № 7.

56. Нетушил А.В., Бояр-Созонович СЛ., Китаев А.В. Самовозбуждение асинхронного генератора // Изв. вузов. Электромеханика, 1981, № 6.

57. Онищенко Г.Б. Асинхронный вентильный каскад. М.: Энергия, 1967.

58. Онищенко Г.Б., Локтева И.Л. Асинхронные вентильные каскады и двигатели двойного питания. М.: Энергия, 1979.

59. Онищенко Г.Б., Шакарян Ю.Г., Локтева И.Л. Некоторые принципы синтеза систем регулирования электропривода переменного тока // Электрификация и автоматизация промышленных установок, вып.118 / ВЗПИ, 1978.

60. Ошмарин О.Н., Титов В.Г., Хватов О.С. К выбору типа полупроводникового преобразователя частоты для автономного генераторного комплекса на базе МДП // Тез. докл. 16 НТК "Актуальные проблемы электроэнергетики" / НГТУ. Н.Новгород. 1998.

61. Паластин М.Л. Электрические машины автономных источников питания. М.: Энергия, 1972.

62. Перспективы развития автономных систем генерирования переменного тока стабильной частоты / Бертинов А.И.,Мизюрин С.Р., Бочаров В.В. и др.// Электричество, 1988, № 10.

63. Пинегин А.Л., Рагозин А.А. Режимы работы синхронного ветроэлектрического генератора в энергосистеме // Электричество. 1994. № 5.

64. Принципы построения систем регулирования электроприводов с двигателями переменного тока / И.Л. Локтева, Г.Б. Онищенко, Т.В. Плотникова, Ю.Г. Шакарян // Электричество. 1978. № 5.

65. Проспект МП "Кебрен": МикроГЭС автономный источник электроэнергии. СПб., 1992.

66. Радин В.И., Брускин Д.Е., Зорохович А.Е. Электрические машины: Асинхронные машины. М.: Высш. шк., 1988.

67. Радин В.И., Винокуров В.А., Аскерко B.C. Применение асинхронных генераторов как автономных источников переменного тока // Электротехника, 1967, №8.

68. Рензо Д. Ветроэнергетика: Пер. с англ. / Под ред. Я.И. Шефтера. М.: Энергоатомиздат, 1982.

69. Роль возобновляемых источников энергии в энергетической стратегии России // Материалы конференции «Бизнес и инвестиции в России», Москва, 2000 г.

70. Рудаков В.В., Столяров И.М., Дартау В.А. Асинхронные электроприводы с векторным управлением. Л.: Энергоатомиздат, 1987.

71. Сандлер А.С., Щукин Г.А. Об энергетических показателях регулируемого электропривода с машиной двойного питания // Электричество. 1971. №4.

72. Синтез системы подчиненного регулирования в асинхронных электроприводах с непосредственными преобразователями частоты / Дацковский Л.Х. и др. // Электричество. 1975. № 9.

73. Системы подчиненного регулирования электроприводами переменного тока с вентильными преобразователями / О.В. Слежановский и др. М.: Энер-гоатомиздат, 1983.

74. Современные микроконтроллеры: Архитектура, средства проектирования, примеры применения, ресурсы сети Интернет. Под ред. Коршуна И.В. М.: Аким, 1998.

75. Сонин Ю.П., Прусаков Ю.И. Перегрузочная способность машины двойного питания в режиме вентильного двигателя // Электричество. 1986. № 7.

76. Структуры систем управления автоматизированным электроприводом / О.П. Ильин, В.И. Панасюк, Ю.Н. Петренко и др. Минск, Наука и техника, 1978.

77. Судовая валогенераторная установка: Свидетельство на полезную модель. № 16417, 7 Н 02 Р 9/42 / А.О. Третьяков, В.Г. Титов, О.С.Хватов др. Опубл. в Б.И. 2000, бюл. № 36.

78. Тиристорные преобразователи частоты в электроприводе / А.Я. Бернштейн, Ю.М. Гусяцкий, А.В. Кудрявцев, Р.С. Сарбатов; Под ред. Р.С. Сарбатова. М.: Энергия, 1980.

79. Тиристорный электропривод переменного тока по системе асинхронного вентильного каскада / Г.Б. Онищенко, В.М. Понамарев, B.C. Попов и др. // Автоматизированный электропривод в промышленности. М.: Энергия, 1974.

80. Титов В.Г. Асинхронно-вентильные нагружающие устройства для испытаний двигателей внутреннего сгорания (теория, исследование и разработка): Автореф. дисс. доктора техн. наук. Москва, 1990.

81. Титов В.Г., Хватов С.В. Асинхронный вентильный каскад с управляемым роторным блоком вентилей. ГПИ, Горький, 1978.

82. Титов В. Г., Хватов О.С. Электропривод на основе асинхронной машины и тиристорного преобразователя в роторной цепи /Тез. докл. к 9 НТК конференции "Электроприводы переменного тока с полупроводниковыми преобразователями"/ УПИ, Екатеринбург, 1992.

83. Титов В. Г., Хватов О. С., Ошмарин О. Н. Варианты автономного генератора по схеме машины двойного питания с различными типами преобразователей частоты // Межвуз. сб. ст. / НГТУ. Н.Новгород, 1998.

84. Титов В.Г., Хватов О.С. Автономный генератор по схеме машины двойного питания // Электротехника. 1998, № 8.

85. Титов В.Г., Хватов О.С., Ошмарин О.Н. Расчет источника реактивной мощности автономного МДП-генератора // Электротехника. 2001, № 7 (в печати).

86. Титов В.Г., Хватов О.С. Стабилизация параметров электроэнергии МДП-генератора// Электричество 2001, № 8.

87. Титов В. Г., Хватов О.С. Генераторные комплексы на основе машины двойного питания /Тез. докл. 12 НТК конференции "Электроприводы переменного тока с полупроводниковыми преобразователями"/ УПИ, Екатеринбург, 2001.

88. Титов В. Г., Хватов О.С. Электротехнические комплексы на основе машины двойного питания / Тез. докл. 3 Международной (14 Всероссийской) НТК конференции по автоматизированному электроприводу/ НТТУ, Н.Новгород, 2001.

89. Торопцев Н.Д. Асинхронные генераторы автономных систем. М.: Знак, 1997.

90. Тулин B.C., Шакарян Ю.Г., Бабичев Ю.Е. Сравнение частотных электроприводов на базе асинхронных машин и преобразователей частоты с непосредственной связью // Электричество. 1977. № 1.

91. Хватов О.С. Асинхронный валогенератор на базе МДП // Электротехнические системы и комплексы. / МГТУ. Магнитогорск, 1998.

92. Хватов О.С. Управляемые генераторные комплексы на основе машины двойного питания. / НГТУ, Н.Новгород, 2000.

93. Хватов О.С. Электротехнические системы на основе машины двойного питания для малой энергетики // Приводная техника. 2000, № 5.

94. Хватов О.С. Машина двойного питания в генераторном режиме на автономных объектах / Тез. докл. 3 Международной (14 Всероссийской) НТКконференции по автоматизированному электроприводу/ НТТУ, Н.Новгород, 2001.

95. Хватов О.С., Горланов М.Л., Залетнов С.Е. Расчет динамических режимов в автономном энергетическом комплексе на базе МДП — генератора. /Актуальные проблемы электроэнергетики. Тезисы докладов/ НГТУ .Нижний Новгород, 2001.

96. Хватов О.С., Залетнов С.Е., Шумилов О.Т. Устойчивость МДП генератора при работе параллельно с другими источниками /Актуальные проблемы электроэнергетики. Тезисы докладов/НГТУ.Нижний Новгород, 2003.

97. Хватов С.В., Горланов М.Л., Залетнов С.Е. Стабилизация частоты и амплитуды напряжения автономного МДП генератора. /Актуальные проблемы электроэнергетики. Тезисы докладов/НГТУ .Нижний Новгород, 2000.

98. Хватов С.В., Залетнов С.Е., Войтковский С.И. Динамические режимы в системе: «МДП генератор — источник соизмеримой мощности»./ Труды НГТУ. Том 34. Электрооборудование промышленных установок/ НГТУ, Нижний Новгород, 2003.

99. Хватов С.В., Краилин B.C., Захаров П.А., Горланов М.Л., Залетнов С.Е. Динамические режимы работы асинхронно-вентильных синхронизированных машинЛП международная (XIV Всеросийская) конференция по автоматиз-рованному электроприводу/ НГТУ, Н.Новгород.

100. Шакарян Ю.Г. Асинхронизированные синхронные машины. М.: Энергоатомиздат, 1984.

101. Шакарян Ю.Г. Перспективы применения силовых полупроводниковых преобразователей в системах генерирования электроэнергии // Новые технологии. 1999, № 2.

102. Шакарян Ю.Г., Плотникова Т.В. Синтез функций регулирования асинхронизированных синхронных машин с использованием теории инвариантности.// Известия АН СССР.Энергетика и транспорт, 1980, № 3.

103. Электрические нагружающие устройства для испытания двигателей внутреннего сгорания / Титов В. Г., Хватов О.С., Кугушев О.В., Браславский

104. И .Я.// Тез. докл. 8 НТК "Электроприводы переменного тока с полупроводниковыми преобразователями", УПИ, Свердловск, 1989.

105. Электротехника. Промышленный каталог. Двигатели асинхронные серии 5АН, 5АНК 480, 315 и 355 габаритов защищенного исполнения с корот-козамкнутым и фазным ротором. 01.40-73-99., М.: Информэлектро, 1999г.

106. Электротехника. Промышленный каталог. Синхронные двигатели и генераторы серии СД2 и СГ2. 01.09-09-99., М.: Информэлектро, 1999г.

107. Электротехника. Информационно коммерческий бюллетень. М.: Информэлектро, 2003, №5,6.

108. Эпштейн И.И. Автоматизированный электропривод переменного тока. М.: Энергоатомиздат, 1982.

109. Эфендизаде А.А., Мустафаев Р.И., Ледаков В.Г. Моделирование и исследование переходных процессов в ветроэлектрических установках с преобразователем частоты //Тез. докл. к 7 НТК "Электроприводы переменного тока" / УПИ, Свердловск, 1986.

110. Явдошак Я.И. Математическая модель вентильного двигателя с коммутатором циклоконверторного типа // Вентильные электродвигатели. Л.: ВНИИЭ, 1981.

111. R. Репа, J.C. Clare, G.M. Asher Doubly fed induction generator using back-to-back PWM converters and its application to variable-speed wind-energy generation: IEE Proc.-Electr. Power Appl., Vol. 143, No 3, May 1996.

112. Hutarew A. Converter a application for Mini Hydro Generation.: Int. Water Power and Dam. Constr., t.43, № 5,1991, pp. 17-19.

113. A. Hughes, J. Corda, D.A. Andrade Vector control of induction motors: a physical insight: IEE Proc.-Electr. Power Appl., Vol.143, No 1, January 1996.

114. Walters G.A., Kahn A. Jptimal Design of Micro-Hydro Systems. In Water Re-source Systems Application, S.P. Simonovic et al (ed), pp. 74-83, June 1990.

115. M.S. Vicatos Yransient state analysis of a double-fed induction generator under three phase short circuit: IEEE Transactions on Energy Conversion, Vol. 6, No. 1, March 1991.

116. Xiong S. Small Hydro Development in China. Achievements and Prospects.: Int. Water Power and Dam. Constr., t.42, № 10,1990, pp. 27-31.

117. Ricardo L.M., Sebastian R.M., Hung Rudnick . Frequency and voltage contro of a slip ring induction generator.: Prog. IASTED. Int. Symp. Boseman (Mont)., Aug. 20-22,1986.

118. N. Reitiere, L. Gerbaund, P.J. Chrzan, D. Roye, P. Mannevy Modeling and simulation of induction motor drive under inverter fault operations: EPE-97, Trondheim, 1997.

119. H.Weiss Rotor circuit GTO converter for slip ring induction machine.: EPE-97, Trondheim, 1997.

120. T.Nishio, K.Minoguti, S.Uno, M.Hombu, M.Futami, M.Higuchi Control charakteristik of an adjustable speed generator system with a excited by a DC link converter.: EPE-97, Trondheim, 1997.

121. P.A. Edvardsen, T.F. Nestli, R. Nilsen and H. Kostrad Steady- state power flow and efficiency optimizing analysis of a variable speed contstant frequency generating system: EPE-97, Trondheim, 1997.

122. G.Erceg, M.Miletic Microcomputer voltage control for diesel electrical aggregate.: EPE-97, Trondheim, 1997.

123. H.Weiss, M.Lampersberg Control system for the voltage sourse DC link converter in the rotor circuit of a slip ring induction machine.: EPE-97, Trondheim, 1997.

124. M. Heller, W. Schumacher Stability analysis of doubly-fed induction machine in stator flux reference frame: EPE-97, Trondheim, 1997.

125. FRICON-A new frequency controlled shaft generator from Siemens. Machinery, 974-978, №17/18,1988.