автореферат диссертации по электротехнике, 05.09.03, диссертация на тему:Гибкие электротехнические комплексы для электроснабжения технологического оборудования

На правах рукописи

ТОМАШЕВСКИЙ Юрий Болеславович

ГИБКИЕ ЭЛЕКТРОТЕХНИЧЕСКИЕ КОМПЛЕКСЫ ДЛЯ ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЯ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ОБОРУДОВАНИЯ

Специальность 05.09.03 - Электротехнические комплексы и системы

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени доктора технических наук

Саратов - 2005

Работа выполнена в ГОУ ВПО "Саратовский государственный технический университет"

Научный консультант - доктор технических наук, профессор

Голембиовский Юрий Мичиславович

Официальные оппоненты - доктор технических наук, профессор

Хохлов Юрий Иванович

- доктор технических наук, профессор Белов Геннадий Александрович

- доктор технических наук, профессор Рогинская Любовь Эммануиловна

Ведущая организация - ОАО "Электровыпрямитель",

г.Саранск

Защита состоится " 20 " мая 2005 г. в 13-00 часов на заседании диссертационного совета Д 212.242.10 при ГОУ ВПО "Саратовский государственный технический университет" по адресу: 410054, г.Саратов, ул. Политехническая, 77, Саратовский государственный технический университет, корп.1, ауд. 319.

С диссертацией можно ознакомиться в читальном зале научно-технической библиотеки ГОУ ВПО "Саратовский государственный технический университет".

Автореферат разослан

2005 г.

Ученый секретарь диссертационного совета

А.А. Казинский

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность проблемы. Основой поступательного развития отечественной экономики в рыночных условиях является повышение эффективности производства. Решение этой проблемы связано с созданием новых и совершенствованием существующих технологий, что сопровождается ростом количества потребителей электроэнергии с различными ее параметрами. В этой связи важное значение приобретают задачи создания эффективных электротехнических комплексов, улучшающих энергетические и эксплуатационные характеристики систем электроснабжения технологического оборудования промышленных предприятий. Рост уровня автоматизации производства, с одной стороны, и постоянное удорожание электрической энергии, приводящее к возрастанию ее составляющей в себестоимости продукции, с другой, делают актуальным распространение методов гибкой автоматизации на организацию современного электроснабжения - от транспортирования до распределения и преобразования электроэнергии для технологических нагрузок.

В широкий спектр нагрузок входят станки и инструменты, использующие частотный электропривод, например, в подшипниковой и деревообрабатывающей промышленности, плавка и термообработка металлов и др. Процесс электропотребления современных технологий характеризуется значительным диапазоном изменения потребляемой мощности, необходимостью оперативного изменения параметров подводимой электроэнергии в технологическом цикле, высокими требованиями к ее качеству. Традиционный подход к созданию систем электроснабжения, приводящий к полномасштабной инфраструктуре, имеет недостатки - длительные сроки подготовки к внедрению и низкий коэффициент использования электротехнического оборудования.

Применение принципа модульного формирования

электротехнических комплексов позволяет создавать системы, поддерживающие оптимальные режимы обеспечения потребителей электроэнергией с необходимыми параметрами. Повышение эффективности электроснабжения достигается в этом случае изменением структуры комплексов в зависимости от величины и характера электрических нагрузок за счет присущей модульным системам гибкости.

В диссертации решаются проблемы развития концепции гибкости в системах электроснабжения технологического оборудования и создания гибких электротехнических комплексов, реализующих эффективное взаимодействие нагрузок с питающей сетью.

Концепция гибкости, с успехом применяемая, например, в машиностроении и робототехнике, в сочетании с общим принципом модульного формирования технических систем позволяет представить электротехническую систему как энергетический робот, который необходимо "научить" на основе "распределенного разума" составляющих

его электротехнических модулей быстро принимать конфигурацию, оптимальную для конкретных значений параметров входной и выходной сетей. Гибкий электротехнический комплекс как объект проектирования и управления представляет собой систему нового класса, отличающуюся прежде всего сложностью, комплексностью и многофункциональностью компонентов.

Применение стратегии модульного формирования техники в электроэнергетике имеет ряд особенностей, не характерных для других областей ее традиционного использования. Это связано со значительным взаимовлиянием электротехнических модулей и возникающими по этой причине системными эффектами. Задача построения комплексов для электроснабжения технологического оборудования, включающая в себя разработку системообразующих процедур, позволяющих переходить от уровня модулей, количественный и качественный состав которого в достаточной мере сформирован, к объектам высшего уровня, каковыми являются гибкие электротехнические комплексы, с учетом реального характера нагрузки еще не решена.

Целью диссертационной работы является разработка научных основ построения гибких электротехнических комплексов на базе принципа модульности и создание новых методов, структур и схем, обеспечивающих высокое качество электроснабжения технологического оборудования.

Для достижения поставленной цели решаются задачи:

1. Разработка принципов организации модульных электротехнических комплексов, повышающих гибкость процессов электроснабжения технологического оборудования, и метода оценки уровня гибкости при питании потребителей с различными параметрами электроэнергии.

2. Разработка метода выбора мощностей элементарных модулей в электротехнических комплексах с возможностью варьирования общей установленной мощности при изменении нагрузки.

3. Развитие теории модульных электротехнических комплексов с автоматически перестраиваемой структурой, определяемой реальным характером изменения параметров электрических нагрузок.

4. Исследование процессов распределения мощности нагрузки между параллельно работающими модулями в статических и переходных режимах, определяемых перестройкой силовой части комплекса.

5. Разработка структур и схем гибких электротехнических комплексов и способов управления ими применительно к конкретным базовым модулям (трансформаторы, выпрямители, преобразователи постоянного напряжения, непосредственные преобразователи частоты, инверторы) и видам нагрузки.

6. Определение путей уменьшения влияния гибких электротехнических комплексов на питающую сеть.

7. Разработка методов повышения качества электрической энергии на выходе модульных электротехнических комплексов, основанных на распараллеливании (разделении) энергетического потока с последующим

суммированием мощностей модулей.

Методы исследования. При выполнении диссертационной работы применены методы системного анализа, теории фреймов, нечеткой математики, поиска решений в пространстве состояний, основной гармоники, математического моделирования, численного анализа, а также теории электрических и магнитных цепей.

Достоверность теоретических положений подтверждается корректным использованием математического аппарата, соответствием расчетных и экспериментально определенных параметров, а также результатами испыаний и эксплуатации разработанных электротехнических комплексов в составе действующих систем электроснабжения.

Научная новизна

В диссертационной работе впервые сформулирована и решена проблема построения гибких электротехнических комплексов, изменяющих свою структуру с целью достижения высоких технико-экономических показателей электроснабжения технологического оборудования.

1. Разработан метод сравнения гибкости электротехнических структур, питающих потребителей с различными параметрами электроэнергии, на основе группы показателей: установленной мощности оборудования, потерь электроэнергии и качества потребляемой или генерируемой электроэнергии.

2. Предложен метод выбора единичной мощности равномерных рядов в гибких электротехнических комплексах с варьированием количества модулей в зависимости от величины нагрузки по критериям, связывающим стоимость оборудования с затратами на обеспечение заданной надежности или стоимостью потерь.

3. Построен алгоритм оптимизации рядов мощностей модулей с учетом графиков изменения нагрузок, дополняемых в условиях неполноты данных графиками, получаемыми экспертным путем в виде лингвистических переменных.

4. Предложен способ построения многоуровневых (комплекс, агрегат, функциональный блок, конструктивный узел, элемент) модульных компоновок электротехнических комплексов с гибкой структурой, определяемой порядком выполнения во времени питаемых технологических операций и связанных с ними параметрами электрической энергии, основанный на фреймовом подходе.

5. Получены закономерности распределения мощности между параллельно работающими модулями в зависимости от их числа, КПД и величины разброса эквивалентных сопротивлений в статических и динамических режимах, связанных с включением модуля за минимальное время, предложены методы управления модулями при их параллельной работе, обеспечивающие заданное распределение нагрузки между ними в многомодульных комплексах.

6. Расширен класс базовых модулей за счет универсальных модулей, реализующих набор функций, и агрегатов, имеющих несколько входных или выходных интерфейсов. Введение дополнительных модулей позволяет улучшить показатели качества электроэнергии, повысить быстродействие при последовательных переходах с одного энергетического выхода на другой, реализовать новые способы управления структурой комплекса в темпе питаемых технологических процессов.

7. Разработаны структуры и схемы гибких электротехнических комплексов, питающих групповую двигательную нагрузку и обладающих незначительным по сравнению с промышленной сетью запасом мощности по отношению к номинальной нагрузке.

8. Обоснованы пути уменьшения влияния гибких комплексов с выпрямителями на входе на питающую сеть за счет незначительного варьирования углов управления, поддержания загрузки работающих модулей, близкой к номинальной, и включения в состав комплексов компенсаторов реактивной мощности. Произведена оценка влияния малых неопределенных параметров на качество кривой входного тока на основе нечетких чисел для комплекса параллельно включаемых агрегатов с явным звеном постоянного тока.

9. Разработаны методы повышения качества электрической энергии на выходе модульных электротехнических компоновок путем компенсации (6^1)-й и ^+1)-й гармоник 1, 2, 3, ...) в спектре выходной кривой при суммировании мощности модулей.

Практическая ценность диссертационной работы

1. Предложенный подход к формированию многомодульных электротехнических систем позволил получить новые компоновки гибких электротехнических комплексов, повышающие производственную надежность электроснабжения технологического оборудования и минимизирующие мощность потерь.

2. Разработанные модели позволили исследовать характер распределения мощности между модулями при их параллельной работе в статике и в динамике при структурных перестройках и построить алгоритмы и системы управления отдельными модулями и комплексами, обеспечивающими электроснабжение технологического оборудования различного назначения.

3. Полученные результаты положены в основу технических решений, улучшающих электромагнитную совместимость с входной сетью и повышающих качество электроэнергии на выходе комплексов, что обеспечивает высокую эффективность электроснабжения технологических нагрузок.

4. Определены структуры конденсаторной батареи при бестрансформаторном суммировании выходной мощности, уменьшающие общий избыток установленной мощности конденсаторов в многомодульных комплексах.

Научные положения, выносимые на защиту:

1. Придание электротехническим комплексам свойства гибкости за счет использования принципа модульности позволяет обеспечить близкую к номинальной загрузку функционирующих модулей в широком диапазоне изменения мощности нагрузок, увеличить ресурс времени работы комплексов в среднем в 1,5 раза, повысить их надежность и минимизировать мощность потерь.

2. В гибких электротехнических комплексах с модульной архитектурой, обеспечивающих варьирование общей установленной мощности, существуют оптимальные ряды номинальной мощности модулей, выбираемые в зависимости от характера изменения нагрузок.

3. Введение двухуровневого представления структур модульных компоновок гибких электротехнических комплексов на уровне видов и кратности преобразования электроэнергии и на уровне базовых модулей позволяет существенно сократить количество промежуточных вариантов при формировании окончательной структуры.

4. Выбор структуры и параметров системы распределения мощности нагрузки между параллельно работающими модулями определяется их количеством, КПД и величиной разброса эквивалентных сопротивлений. Объединение функций распределения нагрузки между модулями и стабилизации выходного напряжения осуществляется с использованием разработанных алгоритмов управления, ограничивающих токовые перегрузки в переходных режимах.

5. Адаптация гибких электротехнических комплексов реализуется автоматически в ходе технологических процессов путем изменения параметров электрической энергии отдельных модулей или структурных перестроек для различных базовых модулей и видов нагрузки, осуществляемых с помощью разработанных схем и алгоритмов управления.

6. Реализация модульного принципа построения электротехнических комплексов, приводящая к распараллеливанию энергетического потока, обеспечивает снижение коэффициента искажения синусоидальности кривой входного тока и повышение качества кривой выходного напряжения До требуемого уровня.

Реализация результатов работы

Работа выполнена на основании тематического плана работ, выполняемых СГТУ по единому республиканскому наряд-заказу, хозяйственных договоров на проведение научно-исследовательских и опытно-конструкторских работ.

1. Результаты работы использованы при создании гибких систем электроснабжения цехов на частотах 300, 400, 600, 800, 1200 Гц, внедренных на ОАО "Саратовский подшипниковый завод" (г.Саратов) и других предприятиях отрасли за период с 1982 по 2004 гг. Системы электроснабжения строятся на основе преобразовательных модулей с установленной мощностью отдельного агрегата до 200 кВА на общую

мощность до 1200 кВА.

2. Результаты исследований нашли применение при разработке электротехнических комплексов, предназначенных для питания групп асинхронных двигателей на частотах 200 и 300 Гц мощностью от 10 до 40кВА, внедренных в промышленную эксплуатацию на Энгельсской мебельной фабрике.

3. Положения, развитые в работе, явились основой построения двухмодульного преобразователя частоты для электроснабжения испытуемого оборудования в цеховых условиях в режиме непрерывной работы, внедренного на ФГУП "НПП"-"КОНТАКТ" (г.Саратов).

4. Результаты работы были использованы при создании систем электропитания для индукционной плавки и позволили' получить гибкую компоновку электротехнического комплекса двухпостовой плавки (печи ИСТ-0,16/0,32-И1) в литейном цехе ОАО "Троллейбусный завод" (г.Энгельс) и термообработки заготовок, внедренного на Первом подшипниковом заводе (г.Москва).

5. Основные теоретические положения, модели, алгоритмы и программы использованы в Саратовском государственном техническом университете в учебных курсах "Электропитание ЭВМ", "Технические средства АСУ ТП", "Проектирование автоматизированных систем обработки информации и управления", при курсовом и дипломном проектировании и включены в учебные пособия: "Системный анализ гибких электромеханических объектов" и "Проектирование автоматизированных систем обработки информации и управления на основе системного подхода".

Апробация работы. Основные результаты работы докладывались и обсуждались на 21 конференции различного уровня с 1984 по 2004 гг.: V Всесоюзной научно-технической конференции "Автоматизация новейших электротехнологических процессов в машиностроении на основе применения полупроводниковых преобразователей частоты с целью экономии материальных, трудовых и энергетических ресурсов" (Уфа, 1984), Всесоюзной научно-технической конференции "Автоматизация электротехнологических процессов в гибких производственных системах машиностроения на основе полупроводниковых преобразователей частоты" (Уфа, 1987), IV и V Всесоюзных научно-технических конференциях "Проблемы преобразовательной техники" (Киев, 1987 и 1991), Всесоюзной научно-технической конференции "Энергетическая электроника на транспорте" (Севастополь, 1990), Всесоюзной научно-технической конференции "Проблемы энергосбережения в автономной электроэнергетике" (Севастополь, 1991), Международных научно-технических конференциях "Силовая электроника в решении проблем ресурсо- и энергосбережения" (Крым, Алушта, 1993, 1996), Международных научно-технических конференциях "Проблемы и перспективы прецизионной механики и управления в машиностроении"

(Саратов, 1997, 2002), IV Международной научно-технической конференции "Unconventional Electromechanical And Electrical Systems" (Санкт-Петербург, 1999), V, VI и VII Международных научно-технических конференциях "Актуальные проблемы электронного приборостроения" (Новосибирск, 2000, 2002 и 2004), Международных научно-технических конференциях "Силовая электроника и энергоэффективность" (Крым, Алушта, 2000, 2002 и 2003), Региональной межвузовской научно-практической конференции "Прогрессивные технологии в науке и производстве" (Камышин, 2000), Поволжской научно-практической конференции "Электротехника и энергетика Поволжья на рубеже тысячелетия" (Чебоксары, 2001), VII и VIII Международных научно-технических конференцииях "Проблемы современной электротехники" (Киев, 2002 и 2004).

Публикации. По теме диссертации опубликовано 84 работы, в том числе 1 монография, 2 учебных пособия, получено 21 авторское свидетельство, 1 патент на изобретение и 1 патент на полезную модель. Список основных публикаций приведен в конце автореферата.

Структура и объем диссертации.

Диссертация состоит из введения, семи глав, заключения, списка использованной литературы, включающего 245 наименований, и приложения. Объем работы составляет 308 страниц текста, 106 рисунков и 9 таблиц.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обосновывается актуальность работы, сформулированы цель и задачи исследования, изложены новые научные результаты, полученные в диссертации, ее практическая ценность. Представлены сведения об апробации и внедрении результатов работы.

В первой главе анализируется состояние вопроса в области теории и практики электротехнических комплексов для электроснабжения технологического оборудования, обеспечивающих эффективное взаимодействие нагрузок с питающей сетью.

Внедрение новых технологий приводит к увеличению в электроснабжении цехов и заводов количества и мощности нагрузок с параметрами потребляемой электроэнергии, отличными от общепромышленных. Примером являются группы двигателей главного движения внутришлифовальных станков в цехе подшипникового предприятия, а также исполнительные двигатели деревообрабатывающих центров мебельных предприятий. В этом случае на выбор системы электроснабжения влияют многие факторы: случайный характер загрузки двигателей, зависимость результирующей мощности от статистики пусков и загрузки двигателей, значительный диапазон изменения потребляемой мощности, высокие требования к качеству питающего напряжения и т.д.

Индукционный нагрев и плавка металлов на средних частотах (500-

2400 Гц) получают все большее распространение на машиностроительных и металлургических предприятиях, технологические возможности и эффективность которых в значительной мере определяются способом организации электроснабжения. Использование современных электротехнических комплексов на базе полупроводниковых преобразователей частоты способны обеспечить высокое качество металлургических процессов при высокой энергетической эффективности оборудования, например, при многопостовом методе плавки, когда процесс плавки в разных печах сдвигается по фазе технологического цикла.

Все больший интерес вызывает у специалистов распространение методов гибкой автоматизации на организацию современного электроснабжения. Этому направлению посвящен ряд работ отечественных и зарубежных ученых. Концепция гибкости, с успехом применяемая в машиностроении и робототехнике, с созданием в последнее время быстродействующих, многофункциональных преобразователей

электроэнергии с эффективным управлением основных параметров в широком диапазоне позволяет придать процессам генерирования, передачи и потребления электрической энергии принципиально новые возможности в части обеспечения управляемости и надежности энергоснабжения потребителей. Имеется ряд технических решений, которые позволяют создавать электротехнические комплексы со свойством гибкости. Однако, теория гибких электротехнических комплексов для систем электроснабжения со сложным характером нагрузки, обеспечивающая комплексное решение проблем уменьшения массы, габаритов и стоимости оборудования, снижение потерь и улучшение показателей качества электроэнергии в процессе ее преобразования, еще не создана.

В общем случае электрическая сеть производственного объекта, представленная на рис.1, содержит две составляющие: энергетический и информационный потоки. Одним из основных требований, предъявляемых к энергетической составляющей, является качество электроэнергии, которое во всех точках подключения нагрузок Н], ..., Нт и генераторов Г), ..., Г^ должно отвечать определенным нормам. Здесь ПУгь ..., ПУп; преобразовательные устройства, осуществляющие "стыковку" сети и генераторов; - преобразовательное устройство, обеспечивающее

требуемое качество электрической энергии, например, компенсатор реактивной мощности (КРМ); ПУдн - преобразовательное устройство, связывающее внешнюю сеть и аккумуляторные накопители (АН); ПУь ..., - преобразовательные устройства, обеспечивающие питание нагрузок Н|, ..., Нт с заданными параметрами электроэнергии (напряжения, частоты, количества фаз), в общем случае отличными от параметров входной сети. Говоря об информационной составляющей, отметим, что с технической точки зрения необходимо, чтобы все устройства - генераторы, аккумуляторы, преобразователи, нагрузки могли обмениваться информацией.

Определим выделенную подсистему как самостоятельный объект исследования, который позволяет построить принципиально новую систему электроснабжения, адаптивную к изменяющейся нагрузке. Структура такой системы оперативно перестраивается в зависимости от величины и характера нагрузки. Система управления (СУ), включающая центральную ЭВМ и СУ преобразовательных устройств, определяет оптимальный состав модулей и реализует их перевод из одного режима в другой, включая

Рис. 1. Электрическая сеть производственного объекта

Теоретическим фундаментом создания гибких электротехнических комплексов (ГЭК) является системный подход, позволяющий переходить от синтезированных с помощью частных методов узлов, блоков и агрегатов, образующих базу схемных решений, к объектам более высокого уровня системности, каковыми являются комплексы. При этом одним из эффективных инструментов исследования ГЭК является математическое моделирование функционирования составляющих их модулей и графиков изменения мощности технологических нагрузок, характеризующееся высокой размерностью решаемой задачи, возникновением новых системных эффектов, согласованием временных масштабов протекающих процессов. Применение концепции гибкости к построению электротехнических комплексов на основе принципа модульности открывает новые пути комплексного решения проблемы их

совершенствования, которые ведутся в направлении снижения установленной мощности силового оборудования, параметрической оптимизации, разработки эффективных алгоритмов управления, повышения надежности, улучшения показателей качества потребляемой и преобразуемой электроэнергии.

Вторая глава посвящена системным принципам создания гибких электротехнических комплексов. Электротехника как никакая другая область технологии накопила довольно стабильный состав функциональных модулей, совершенствующихся, с одной стороны, по мере появления новой элементной базы, а с другой - с развитием методов синтеза. Можно предложить следующую иерархию уровней модульной декомпозиции электротехнического оборудования: элементов, конструктивных узлов, функциональных блоков, агрегатов и комплексов. Реализация принципа гибкости предполагает взаимодействие уровня комплексов, как высшего, со всеми уровнями, при этом в качестве базы многообразия модульных компоновок выделим уровень агрегатов.

Оценим гибкость электротехнических комплексов, питающих потребителей с различными параметрами электроэнергии. Будем сравнивать множество реализаций ГЭК, предназначенных для достижения одного и того же набора режимов, воспользовавшись способом сопоставления показателей вариантов гибкой системы с "идеальными". Последние выбираются на основе ГОСТов, опыта разработчика или достигнутых значений параметров лучших мировых образцов.

Как показывает опыт оценки эффективности электротехнических систем, наиболее значимыми являются следующие группы показателей: качества генерируемой или потребляемой электроэнергии; потерь электроэнергии; установленной мощности. Оценка гибкости электротехнических комплексов, питающих потребителей с различными параметрами электроэнергии, имеет вид

Здесь р - аддитивная мера на множестве режимов, отражающая их сравнительную важность, для которой выполняется условие нормировки =1; - обобщенный показатель, характеризующий степень

достижения ГЭК требуемого качества электроснабжения в режиме работы, равный

(2)

где - показатель, нормируемый относительно своего "идеального" значения;

§ - аддитивная мера на множестве показателей, отражающая их сравнительную важность, для которой

Функционирование гибких электротехнических комплексов как

сложных технических систем характеризуется надежностью, функциональностью, технологичностью, экономичностью и другими

критерий, соответствующий минимизации

свойствами. Рассмотрим установленной мощности

}(85(1)-8н(1))Л-»тт, (3)

где БбСО - общая установленная мощность системы в момент времени ^ БнШ - изменение нагрузки в момент времени t.

1Ц - время производственного цикла.

Выполнение (3) приводит к максимальной загрузке работающего электротехнического оборудования, отражая важное эксплуатационное требование - уменьшение вложений в незагруженную мощность. Основной механизм его обеспечения - варьирование количества модулей в зависимости от величины нагрузки. Вариант структуры ГЭК, подключенного к сети напряжением Ч] частоты ^ и обеспечивающего выходное напряжение частоты показан на рис.2. Здесь К| контроллеры, реализующие непосредственное управление

соответствующими агрегатами А;, содержащими помимо основного модуля N4 силовые ключи КЦга И КЦВЫХ, (1 = .

Рис.2. Функциональная схема ГЭК с варьированием количества модулей в зависимости от величины нагрузки

Осуществим выбор установленной мощности отдельного модуля 8Х для равномерного ряда, т.е. Бх = Бних/Л, где N - общее число модулей, для

случая линейного изменения нагрузки Бц^) от 0 до 8тах за время Относительное превышение установленной мощности для отдельного электротехнического модуля в этом случае за весь отрезок времени ^ равно Таким образом, половина установленной мощности модуля при указанных условиях является избыточной. Учет различных стоимостных показателей приводит к критериям, которые позволяют оптимизировать

Рассмотрим критерий, связывающий надежность комплекса с резервированием по схеме и затраты на его приобретение

'0^+к)-»тт, (4)

где - удельная стоимость установленной мощности модуля;

к - количество резервных модулей. Как показывает ценовой анализ модульного электротехнического оборудования, изготавливаемого в рамках единого технологического базиса, с ростом установленной мощности модулей удельная стоимость падает. При линейной аппроксимации изменения удельной стоимости получим

2к(С,-Сг)

(5)

Здесь Бпип И Дпих - минимальное и максимальное значения мощности нагрузки, а и соответствующие им значения удельной стоимости установленной мощности оборудования.

При экспоненциальной аппроксимации изменения удельной стоимости

„ -ьэ,

имеем

^(к-ЬБ^ЛЬк).

(6)

Рассмотрим критерий, связывающий минимизацию избыточной установленной мощности электротехнического оборудования и такой показатель как потери электроэнергии.

С уменьшением установленной мощности электротехнического агрегата его КПД падает, что приводит к увеличению относительных потерь, при этом с ростом N избыток установленной мощности ГЭК уменьшается. Связывая оба показателя через удельную стоимость потерь О, и установленной мощности СУСТ соответственно, получаем общий критерий в виде

(Сп

(1-,?(Н)Х2М+ ! + (-!)")

4И

_1_ 2И'

ШШ.

(7)

Аппроксимируя уменьшение КПД линейной зависимостью ?/=аЫ+Ь, получаем значение N обеспечивающее выполнение (7)

Н = Л/Суст/(Сп(-а».

(8)

Таким образом, для линейно изменяющегося графика нагрузки имеет место оптимальное значение единичной мощности отдельных модулей ГЭК, минимизирующее один из критериев (3), (4) или (7), выбор которого определяется требованиями к системе электроснабжения.

Варьирование позволяет увеличить общий временной ресурс всего комплекса за счет выравнивания времени работы модулей между собой. Для этого в структуре, показанной на рис.2, перед очередным включением ГЭК для питания следующего технологического цикла необходимо ранжировать порядок включения модулей по количеству отработанного времени, начиная с модуля с минимальным его значением. Показано, что относительное увеличение общего времени работы комплекса при линейном графике изменения нагрузки определяется выражением

Т;=2Н/(Н+1). (9)

Для задаваемых графиков изменения нагрузок выбор номинальных мощностей модулей гибких электротехнических комплексов может осуществляться кратным различным числовым рядам: равномерному, Фибоначчи, монетному, геометрической прогрессии и др. Оптимизация на основе численного моделирования проводится по критерию, минимизирующему не только избыток установленной мощности, но и учитывающему число переключений модулей при их варьировании.

В третьей главе рассмотрены методы построения математических моделей для исследования модульных электротехнических систем и моделирования графиков нагрузок.

В последнее время широкое распространение в теории модульных систем (МС) для представления данных сложной структуры получил фреймовый подход.

В работе представлены фреймовые модели таких объектов МС, как интерфейсы, операции, модули, а также соответствующие процедуры. Под интерфейсом понимается совокупность электротехнических параметров, характеризующих возможность соединения отдельных модулей в системе преобразования электроэнергии, например,

I = (и, £ т, Б). (10)

Здесь U - линейное напряжение, В; £ - частота, Гц; т - фазность; S -установленная мощность, кВА. Операция задается в виде экзофрейма Здесь - входные интерфейсы; а - выходной интерфейс. Поскольку модуль определяется операциями, которые он способен осуществить, слоты фрейма модуля должны содержать ссылки на фреймы соответствующих операций. Каждый слот со ссылкой на некоторую операцию может быть снабжен присоединенной процедурой, осуществляющей блокирование всех или некоторых операций данного модуля, список которых указан в этой процедуре. Рассмотрим процедуры компоновки модулей, представленных следующими экзофреймами:

Cl =(NCl,(öi,,B(iy1))) и С2 =(NC2,(ffl2,B(ö72))). Здесь (й>„ В(й>,))

множество операций модуля ú)¡ и списки блокируемых операций B(ffl¡).

Если среди операций компоновок Cj и Сг найдется такая соответствующая пара 0¡ и й^, для которой a = Out(©,), b = inl£(ö?2), aJb, то может быть образована новая

компоновка С3 = С^ JJC^* = (NC3,(ú)3,B(©3))). Здесь out означает

выходной интерфейс операции, int - k-Й входной интерфейс, а запись aJb означает совместимость условий функционирования объединяемых в компоновке модулей или стыкуемость интерфейсов а И Ь. Отметим, что все действия по построению экзофрейма Сз легко автоматизируются на ЭВМ.

Одним из примеров использования фреймового подхода является модель индукционной плавильной печи (ИПП) для формирования модульной компоновки, реализующей такой технологический процесс как среднечастотная плавка металлов. С учетом различных режимов процесса плавки и способов регулирования электрического режима ИПП может быть

представлена в виде фрейма Здесь

операция нагрева и расплавления металла с большим потреблением активной энергии; - операция выдержки и теплосохранения металла с малым потреблением энергии (10-20% от энергопотребления в режиме плавки).

Каждая из операций задается с помощью описания входного и

выходного интерфейсов: Интерфейс соответствует

режиму плавки, а - способу регулирования электрического режима. В

рассматриваемой задаче, для значений получим: и

плавка" и Структуру каждого из интерфейсов

в данном случае можно задать в соответствии с (10) в виде набора

I, = (ИТ(1,), U„, f0, m, S).

Для значений I¡ имеем следующие значения имен интерфейсов: тока стабилизация напряжения

Здесь первый способ регулирования электрического режима подразумевает введение ограничения по максимальному напряжению нагрузки U^ax и минимальному отношению определяют входной ток и

напряжение модуля, реализующего рассматриваемые способы. При этом номинальная активная мощность печи определяется как P^d'Uj. Второй способ подразумевает введение ограничения по току

Учитывая, что структура интерфейсов 121 И в данном случае совпадает соответственно со структурой интерфейсов то

представление выходного интерфейса может быть осуществлено в виде

I = (HT(i),UH,f0,m,P). Здесь Р- номинальная мощность печи. Таким образом, операции определяются в виде О,:{1,,,121} —>1, и (0г :{112,1И} —> 12, где названия выходных интерфейсов ИТ(1,) и ИТ(!2)

соответствуют названиям операций: ИТ(1,)= "нагрев и плавка в режиме

стабилизации тока" и ИТ(12)= "выдержка в режиме стабилизации напряжения".

Если в дальнейшем воспользоваться модулями выпрямителя Ar и инвертора то, имея описание технологического модуля можно

получить модульную компоновку в виде

Используя условие объединения модулей Лц, Ают и нагрузки Лишь последнее выражение можно представить как Здесь

модульная компоновка преобразователя частоты с явным звеном постоянного напряжения и инвертором, реализующая операцию

Предлагается два способа представления структур компоновок гибких электротехнических комплексов: на уровне видов и кратности преобразования электроэнергии и на уровне базовых модулей, что повышает эффективность проектирования. Так,для представления структур электротехнических устройств на первом уровне может быть рекомендован следующий алфавит: AC (Alternative Current) - интерфейс переменного тока; DC (Direct Current) - интерфейс постоянного тока; | - базовая ячейка, реализующая преобразование параметров электроэнергии, например: AC|DC - выпрямитель; АСАС - преобразователь переменного напряжения в переменное; DC|DC - преобразователь постоянного напряжения; DC|AC -инвертор; AC|DC|AC - преобразователь частоты с явным звеном постоянного тока; AC|DC|AC|DC - преобразователь переменного тока в постоянный со звеном повышенной частоты и т.д. Второй уровень обеспечивает пополняемую базу схемотехнических решений для реализации модулей в компоновках ГЭК.

Определяющим этапом получения структуры ГЭК является переход с уровня видов и кратности преобразований электроэнергии на уровень базовых электротехнических модулей. Например,

AC|DC = <Nm([Ibx], n{i}, [1вых])>, (и)

где - обозначение структуры базового электротехнического модуля,

дающего представление о его технической реализации. Здесь i-номер варианта принципиальной схемы выбранного класса; Рвх]> Рвых] - векторы соответственно входных и выходных интерфейсов.

Модуль с числом выполняемых функций больше одного будем

называть универсальным. На рис.3 представлен универсальный модуль (УМ), который может работать как в режиме преобразования постоянного напряжения в переменное, так и в режиме компенсации реактивной мощности. Функциональная перестройка модуля из режима инвертирования в режим компенсации и наоборот производится путем изменения логического состояния на управляющем входе ЗР. Например, наличие сигнала логической единицы определяет режим инвертирования. При этом срабатывает блок силовых ключей СК и формируется соответствующая последовательность импульсов управления тиристорами силового блока СБ. При изменении состояния входа ЗР на противоположное СК разрывает цепь питания СБ, последовательность

Рис.3. Универсальный модуль (УМ), функционирующий в режиме преобразования постоянного напряжения в переменное или в режиме компенсации реактивной мощности

импульсов сдвигается в сторону опережения на угол

наперед заданная величина угла запирания тиристоров. Необходимые силовые цепи образуются при этом с помощью диода Рассмотренный силовой модуль может быть представлен как фрейм

где взаимоблокирующие операции инвертирования и компенсации реактивной мощности ЫЫ задаются с помощью интерфейсов в виде:

Отметим, что для рассмотренного На базе этих модулей реализован гибкий электротехнический комплекс, состоящий из параллельно работающих универсальных агрегатов, способных работать в любом из двух указанных режимов, что позволяет исключить из силовой схемы каждого агрегата

звено компенсации реактивной мощности, а его функцию возложить на модули, переводимые из режима инвертирования в режим компенсации и наоборот при изменениях нагрузки.

Окончательное формирование структуры ГЭК должно быть осуществлено с учетом графиков нагрузки, для чего в работе разработан алгоритм их моделирования, позволяющий проводить анализ функционирования ГЭК при неполноте экспериментальных данных. Значения лингвистических переменных (ЛП), отражающих величину электропотребления отдельной нагрузки за определенный интервал времени, формируются экспертами. Далее осуществляется переход от термов ЛП к (Ш.)-представлению нечетких чисел (НЧ). После этого с помощью аппарата алгебры НЧ в каждом выделенном интервале времени находится НЧ, характеризующее электропотребление группы нагрузок в указанном интервале, на основании которого с помощью процедуры рандомизации определяется текущее значение графика нагрузки.

Процесс формирования новых компоновок осуществляется через этап декомпозиции существующих. Для этого в структуру комплекса, содержащего универсальные модули, вводятся коммутационные элементы, которые позволяют реализовать модульную декомпозицию электротехнического оборудования на уровне конструктивных узлов и уровне функциональных блоков.

Полученные в результате компоновки С] и Сг имеют общий входной интерфейс и реализуют выходные интерфейсы: 1С1 = (380, 400, 3, 60), 1С2 =

(380,100,3,60).

Первая компоновка ГЭК, осуществляющего преобразование входных параметров электроэнергии (ио, 5)) в в ы х о д ны^б.у дет отличаться от представленной на рис.4 лишь отсутствием трех дополнительных ступеней батареи коммутирующих конденсаторов КБ2-КБ4. Модули УМц (1 = 1,3) функционируют соответственно в выпрямительном, инверторном и

Рис. 4. Вариант компоновки Сг с явным звеном постоянного тока и с дополнительными модулями

компенсаторном режимах, реализуя схему преобразования с явным звеном постоянного тока, содержащим фильтр Ф1, и инвертором тока в выходном звене. Роль основной батареи коммутирующих конденсаторов будет выполнять первая ступень КБ1.

Вторая компоновка Сг может быть реализована несколькими способами. Выделим два - с явным звеном постоянного тока и со звеном повышенной частоты. Первый вариант показан на рис.4 и отличается от С] наличием трех модулей КБ2-КБ4 для обеспечения недостающей реактивной мощности при уменьшении частоты с 400 до 100 Гц. Второй вариант компоновки Сг, представленный на рис.5, вместо трех дополнительных батарей конденсаторов содержит 6 УМ„ (5 = 4,9), реализующих режим АС|АС в выходном звене электротехнической системы. Параметры электроэнергии на выходе звена повышенной частоты равны (11ь Г]), а на выходе комплекса

Рис.5. Вариант компоновки со звеном повышенной частоты

В работе рассмотрены показатели сходства компоновок на базе количества общих модулей как без, так и с учетом ресурсов (стоимости, массы, габаритов и др.), на основе которых решается вопрос о целесообразности создания гибкой системы с заданным числом базовых модулей и их типов.

Четвертая глава посвящена проблемам обеспечения параллельной работы модулей в составе гибких электротехнических комплексов.

С помощью модели, основой которой являются эквивалентные сопротивления модулей, исследовано распределение мощности между параллельно работающими модулями в зависимости от числа модулей N КПД модуля ^ и относительной величины разброса его эквивалентного сопротивления Для количественной оценки степени неравномерности токовой загрузки л"-го модуля используется коэффициент

Кц-а. (12)

Здесь - ток рассматриваемого "¡-го модуля, 1о - ток модуля при отсутствии разброса значений эквивалентных сопротивлений. После преобразований получаем

В работе получено и проанализировано семейство зависимостей Кн/О^) для различных N И Г\, найдены условия, когда для заданного <5д, величина перегрузки не будет превышать величину, определяемую при любом N.

Проведены исследования для случая, когда эквивалентные сопротивления являются случайными величинами с нормальным законом распределения. Анализ полученных данных показал, что при увеличении числа параллельно работающих модулей увеличивается эффект самовыравнивания мощности нагрузки между отдельными каналами.

Проведенные исследования позволяют решить вопрос об использовании принудительных средств распределения мощности и, если необходимо, определить структуру системы распределения нагрузки между модулями.

Основным каналом регулирования распределением мощности нагрузки между параллельно работающими модулями с двойным преобразованием электроэнергии является напряжение на выходе первого преобразователя. Изменяя его соответствующим образом, возможно обеспечить необходимое значение отдаваемой * мощности. Например, определение относительного изменения этого напряжения дщ в ЛС|БС|АС-структуре способствует выбору схемы модуля, реализующего. ЛС|БС-преобразование и осуществляющего механизм заданного распределения мощности нагрузки между агрегатами. При небольших значениях

целесообразно использовать схемы с пологой регулировочной характеристикой, например, мостовые управляемые выпрямители на начальных участках характеристики. При больших значениях рекомендуются схемы импульсных регуляторов постоянного тока с линейной регулировочной характеристикой.

Предложен принцип заданного распределения мощности нагрузки между модулями различной мощности, образующими ГЭК, основанный на приведении величины эквивалентных сопротивлений в базис, в котором осуществляется равномерное распределение на основе вычисления среднеарифметического потребляемых модулями токов и сравнения полученного значения с током каждого модуля.

Исследования процессов распределения мощности нагрузки в ГЭК с общим контуром стабилизации выходного напряжения и контуром распределения токов пропорционально установленным мощностям модулей с трехфазными выпрямителями на цифровой модели показали, что устойчивая работа комплекса обеспечивается при интегральных законах регулирования как в контуре стабилизации выходного напряжения, так и в контуре заданного распределения мощности нагрузки. При этом постоянная времени контура стабилизации выходного напряжения должна быть как минимум на порядок меньше постоянной времени контура заданного распределения токов нагрузки.

В результате моделирования токового распределения в динамических режимах, связанных со структурными перестройками, на базе разработанных математических моделей предложен алгоритм бесперегрузочного ввода в работу модуля за минимальное время. После формирования сигнала на включение очередного выпрямительного модуля на его систему импульсно-фазового управления подается сигнал, соответствующий максимальному углу управления работающих выпрямителей. И только затем подается сигнал, формируемый на основе общей составляющей контура стабилизации и составляющей контура распределения тока нагрузки, и модуль вводится в работу.

В пятой главе рассматриваются вопросы построения структур ГЭК для различных видов технологических нагрузок.

При последовательном изменении основных параметров нагрузки, например, когда осуществляется переход от одной к другой технологической операции производственного цикла, каждая операция с электроэнергетической точки зрения может быть представлена в виде

(иь А, ть 8,Х — (и2, Шь (14)

где i - номер операции.

Для решения задачи минимизации установленной мощности при формировании структуры ГЭК в этом случае разработан алгоритм, осуществляющий переход от групп с общим входным интерфейсом в базис представления структур на уровне видов и кратности преобразований, в рамках которого происходит формирование структуры параметрическим

методом либо с помощью некоторых структурных изменений, не влияющих на виды и кратность преобразования.

После полученного первого приближения общей инфраструктуры ГЭК происходит замена входящих в нее структур на отдельные базовые электротехнические модули согласно (11). В результате последующей декомпозиции появляются дополнительные интерфейсы, которые по отношению к ранее полученным структурам являются внутренними. Сравнение вновь образованных выходных интерфейсов со всеми входными, как уже рассмотренными в системе, так и вновь полученными, приводит при их совпадении к формированию новой структуры, обеспечивающей экономию установленной мощности электротехнического оборудования.

Рассмотренный в работе пример использования алгоритма по формированию структуры ГЭК, снабжающего электроэнергией технологический цикл, состоящий из 5 последовательных операций, позволил уменьшить установленную мощность электротехнического оборудования более чем на 50% по сравнению с традиционным подходом.

В общем случае для модулей, представленных фреймовыми моделями, разработан алгоритм формирования структур ГЭК на основе стыкуемости интерфейсов, для чего строится матрица отношений стыкуемости R размерностью mxn, где m - общее количество входных, а п -выходных интерфейсов всех модулей, и проектная матрица стыкуемости модулей JP. На основе проверки необходимых и достаточных условий выполнимости проекта стыковки с помощью строится матрица, задающая структуру получаемой компоновки.

Примером использования разработанного алгоритма является формирование структуры гибкого электротехнического комплекса, реализующего процесс среднечастотной плавки металлов с использованием

двух ИПП, представляемых модулями Получена компоновка, в

которой перед началом очередного технологического цикла выбираются два модуля ПЧ из трех, имеющие наименьшее время наработки tp, а также с целью минимизации мощности потерь осуществляется разделение по времени операций нагрева и плавки (wj) каждой печи. За время реализации со i на одной печи на другой реализуются последовательно операции, выдержки разливки и подготовки к следующей операции

Расширение базовых модулей для формирования структур ГЭК осуществляется за счет устройств, имеющих несколько входных или выходных интерфейсов. Увеличение количества входных интерфейсов в электротехнических модулях, как правило, связано с суммированием мощности электроэнергии по нескольким каналам с целью улучшения показателей качества выходного напряжения. Модули, имеющие несколько выходных интерфейсов, являются одним из инструментов реализации гибкости электроснабжения нагрузок с различными параметрами электроэнергии. В работе показано использование гибкого модуля на базе

мостового инвертора тока, обеспечивающего высокое быстродействие при переключении с одного энергетического выхода на другой и наоборот за счет присущего в нем свойства отбора мощности как на частоте импульсов управления (на основной частоте), так и на двойной частоте.

Дальнейшее повышение гибкости получаемых компоновок связано с совершенствованием методов управления их структурой. Одним из примеров повышения гибкости системы, представленной на рис.4, в плане автоматизации определения и набора необходимого запаса реактивной мощности коммутирующих конденсаторов перед подключением асинхронного двигателя является структура, в которой двигатель сначала подключается к инвертору тока (ИТ) через цепь пуска, содержащую последовательно соединенные понижающий трансформатор, коммутационный элемент и датчик тока. Система управления выделяет сигнал, пропорциональный пусковому току, и в соответствии с его величиной подключает необходимое количество секций пусковых конденсаторов после чего цепь размыкается, а двигатель подключается к инвертору непосредственно.

Принципиально возможность решения задач адаптации структуры ГЭК, основанных на выполнении сложных расчетов в темпе питаемых технологических процессов, появилась с освоением выпуска недорогих микропроцессорных вычислительных средств. Для представленной на рис.6 структуры ГЭК, которая содержит п инверторных модулей обеспечивающих преобразование электроэнергии для питания п потребителей при использовании инверторов тока разработан

алгоритм управления системными ресурсами, основанный на сравнении вычисляемого и заданного значений угла запирания.

М,

Рис.6. Структура ГЭК, содержащая п инверторных модулей М|, Мз,... Мц, обеспечивающих преобразование электроэнергии для питания п потребителей Нь Н2, ... Нц

Количество подключаемых инверторных модулей определяется топологией нагрузки. Данная архитектура обладает повышенной

надежностью за счет возможного резервирования каждого выхода "2 к 1". Модуль Сд обеспечивает дополнительный ресурс, необходимый для обеспечения заданных показателей при питании отдельного или групп потребителей.

Шестая глава посвящена вопросам улучшения электромагнитной совместимости гибких электротехнических комплексов с питающей сетью. Рассмотрено искажающее влияние на сеть электротехнических модулей, объединенных в ГЭК, и пути его уменьшения.

При использовании в качестве входных модулей трехфазных мостовых управляемых выпрямителей в предположении, что коммутация мгновенная и выпрямленный ток идеально сглажен, выявлена тенденция уменьшения коэффициента искажения синусоидальности кривой фазного тока за счет незначительного различия углов регулирования параллельно работающих выпрямителей. Сочетание этого факта с варьированием числа модулей, поддерживающим загрузку работающих, близкую к номинальной, обеспечивает повышение входного коэффициента мощности по сравнению с работой одиночного модуля.

Проведенные исследования, в том числе моделирование при случайном характере изменения углов управления группы выпрямителей, определяемых нормальным законом распределения, позволяют сделать вывод - система параллельно работающих электротехнических модулей с выпрямителями на входе позволяет улучшать показатели качества потребляемой электроэнергии за счет небольших варьирований значений углов управления выпрямителями. В инженерной практике эти изменения могут быть вызваны либо случайными факторами (например, разброс параметров элементов), либо работой регулятора заданного распределения мощности нагрузки между параллельно работающими каналами.

Другой путь уменьшения влияния комплекса на сеть основан на использовании в компоновках ГЭК выпрямительных модулей с различными группами управляемых вентилей. В качестве примера в работе рассмотрен комплекс т параллельно работающих агрегатов с явным звеном постоянного тока, варьирование количества которых осуществляется с учетом предварительной разбивки их на две группы. При этом выпрямители одной группы количеством п^ выполнены с катодной управляемой группой вентилей, а другой количеством - с

анодной.

При асимметрии загрузки двух групп модулей в разложении входного тока появляются четные гармоники. Для относительного показателя асимметрии

(15)

где 1Л - выходной ток к-го модуля,

получаем, что амплитуды гармоник входного тока от показателя для

щ пь /и

и 1-1 / ы

нечетных к не зависят

Sk =8IEcos(br/6)cos(kar/2)/k;r,

а для четных к имеют вид

Sic =4^Iesin(kff/6)sin(kfli/2)/kir.

(17)

Примерами параметров, являющихся причиной асимметрии, являются активные сопротивления в цепях постоянного и переменного тока, отклонения от номинальных значений других параметров ГЭК. Для адекватного выражения зависимости выходных характеристик ГЭК от неопределенных параметров может быть использован аппарат нечетких чисел (НЧ). Графики функций принадлежности НЧ коэффициента искажения синусоидальности и коэффициента четных гармоник входного тока, полученные в работе для нескольких значений угла регулирования характеризуют зависимость неопределенности в оценке качества кривой входного тока комплекса от неопределенности задания сопротивлений в цепях, питаемых выпрямительными модулями.

Когда внутренние ресурсы комплекса по улучшению формы потребляемого из сети тока оказываются исчерпанными, используют дополнительные регуляторы качества электроэнергии.

Для работы с ГЭК разработан КРМ с высоким быстродействием и широким диапазоном регулирования реактивной мощности, вариант которого на базе одного модуля представлен на рис.7. Комплекс может функционировать в четырех режимах, обеспечиваемых введенными в схему переключателями Б] и Бг- Положение ключей, показанное на рис.7, соответствует случаю 8]=0 И БгН). Состояние 81=1 и 32=1 обеспечивает режим работы с выходной сетью ГЭК.

Рис.7. Гибкий комплекс на базе модуля КРМ, функционирующий в четырех режимах

При других состояниях ключей заряд и разряд накопительного конденсатора осуществляются от разных сетей, что снижает искажения, вносимые управляемым выпрямителем УВ и инвертором, ведомым сетью, ИВС в соответствующую сеть. Здесь ДРМ и ДН - датчики соответственно реактивной мощности и напряжения на конденсаторе С; Т], Т2 трансформаторы; СИФУ - система импульсно-фазового управления.

С целью компенсации 5-й и 7-й гармоник в кривой напряжения сети, предложено использовать два КРМ. При этом второй модуль включается через трансформатор, первичная обмотка которого включена в "треугольник", а вторичная - в "звезду", причем коэффициент трансформации принимается равным 1, а импульсы управления вентилями управляемого преобразователя УП напряжения второго модуля должны отставать от импульсов управления УП первого модуля на 30°эл.

Вводя схемы замещения одной фазы по основной и ^й гармонике для отношения амплитуд к-й гармоники в двух- и одномостовых схемах,имеем

й« Л I (В.+В.+Вн)2+кЧ33н

и00

(В5+(1 + Я)В,+Вн)2 + к^'

Здесь комплексы напряжений модулей Ё, и Ё2 связаны соотношением Ё2 = а комплексные проводимости реакторов в

выходных цепях ИРМ - Коэффициент характеризует

эффективность применения комплекса на базе двух КРМ, показывая условие полной компенсации 5-й и 7-й гармоник для указанных параметров.

В седьмой главе приводятся результаты исследований, связанные с проблемой улучшения качества выходного напряжения в ГЭК.

В работе вводится матрица комплексов гармоник фазных токов на выходе модуля

Строки матрицы соответствуют фазам, столбцы - гармоникам. При этом помимо основной гармоники учтены где п определяется

выражением П=бк-1. Таким образом, к определяет отличные от нуля высшие гармоники, вносящие искажения в трехфазных мостовых схемах инверторов.

Эту матрицу можно представить в виде

(20)

1 1 1 А, 0 0

1к=1Д = а"1 а а"1 • 0 Ап 0 , а = е^20°

а а"1 а 0 0 Ап+2_

Здесь сомножитель I, соответствует временным составляющим фазных токов, а I, — комплексным амплитудам первой фазы. Матрицы I, и I, назовем фазовой и амплитудной соответственно.

С помощью матричных преобразований, физический смысл которых означает, что импульсы управления всеми вентилями инвертора сдвигаются в сторону отставания на ЗОТЪ, а вместо фазных токов одного из мостов рассматриваются токи с множителем, равным при

двухканальном суммировании для любого к, находим

Как видно, результирующая матрица имеет нулевые столбцы, что соответствует компенсации,для к=1 -5-й и 7-й гармоник, для к=2 -11-й и 13-й гармоникам, для к=3 - 17-й и 19-й гармоникам и т.д.

В работе рассмотрен принцип построения бестрансформаторных схем, , функцию сдвига в которых можно осуществить с помощью расщепленной конденсаторной батареи (КБ). Одним из параметров, характеризующих двухмостовую схему, является отношение емкостей последовательно включенных между фазами коммутирующих конденсаторов Воспользовавшись моделью инвертора, в которой

вентильные мосты и нагрузка заменяются эквивалентными источниками токов, получаем

Полученное отношение емкостей С1 и Сг обеспечивает одинаковую загрузку модулей независимо от величины и характера нагрузки.

Попытка объединить процесс уничтожения гармоник одновременно для двух и более значений к приводит к соответствующему объединению рассмотренных схем/ Например, для случая к=1 и к=2 может быть предложена четырехмодульная схема. В ней мощность модулей вначале суммируется на расщепленной КБ с величиной х, приводящей к компенсации в выходном напряжении 11-й и 13-й гармоник. После этого напряжения подаются на выходной расщепитель, где происходит компенсация 5-й и 7-й гармоник при соответствующей величине х. Данный способ повышения качества выходного напряжения может быть рекомендован к использованию в ГЭК со ступенчатой адаптацией структуры конденсаторной батареи, обеспечивающей значение качества в заданных пределах.

В работе показано использование многоэлементной КБ при замене

А, О О

1к = А^-' о о А,а О О

(21)

х =

ап^О* -15°/к) зш(60° + 15°/к)'

(22)

модулей инверторов тока на инверторы напряжения. Несмотря на то, что мощность конденсаторной батареи в рассматриваемой схеме может быть намного меньше, чем в соответствующей схеме инвертора тока, поскольку здесь не требуется компенсации значительной части реактивной мощности нагрузки, в случаях, когда определяющим является качество выходного напряжения, предпочтительны схемы на базе ИТ. Поэтому актуальным является уменьшение избыточности установленной мощности батареи именно в структурах с ИТ. Основными схемными решениями инверторов данного класса являются последовательно-параллельный, параллельно-последовательный и инвертор с расщепленной КБ. Структурная избыточность КБ, присущая схемам данного класса, является основой гибкости, проявляющейся в том, что помимо возможности улучшения показателей качества выходного напряжения, обеспечивается коммутационная устойчивость инверторных модулей в режимах перегрузки и короткого замыкания в нагрузке. Проецируя проблему эффективного использования установленной мощности электротехнического оборудования на эти структуры, выделим задачу выбора определяющих параметров КБ, минимизирующих избыток ее установленной мощности.

Анализ относительного превышения мощности конденсаторов рассматриваемых схем по сравнению с параллельным инвертором тока показывает, что объединением модулей с последовательно-параллельной КБ и модулей с расщепленной КБ можно добиться уменьшения общего избытка установленной мощности конденсаторов в многомодульных структурах. В результате проведенного гармонического анализа установлено, что совместная работа инвертора с расщепленной КБ и последовательно-параллельного с компенсацией (6к-1)-й и (6к+1)-й гармоник в кривой выходного напряжения, где имеет место при

величине сдвига, равном ранее полученном и для других

' вариантов суммирования выходной мощности. Для рассматриваемой структуры получены соответствующие значения параметра х, отношения токов, потребляемых модулями, и номеров соответствующих компенсируемых гармоник.

В заключении приведены основные результаты решения проблемы создания гибких электротехнических комплексов, способных изменять свою структуру с целью достижения высоких технико-экономических показателей электроснабжения технологического оборудования.

1. На основе анализа структур многомодульных электротехнических систем, предназначенных для питания различных технологических нагрузок, предложена концепция, ядром которой является гибкий электротехнический комплекс - объект проектирования и управления нового класса, повышающий эффективность электроснабжения. Предложена сравнительная оценка гибкости электротехнических структур, питающих потребителей с различными параметрами электроэнергии, на основе показателей: установленной мощности оборудования, потерь

электроэнергии и качества потребляемой или генерируемой электроэнергии.

2. Разработан метод выбора единичной мощности равномерных рядов в гибких электротехнических комплексах с варьированием количества модулей в зависимости от величины нагрузки по критериям, связывающим стоимость оборудования с затратами на обеспечение заданной надежности или стоимостью потерь.

3. Предложен алгоритм минимизации избыточной установленной мощности комплексов в зависимости от ряда модулей и графиков изменения нагрузок. Для случая неполноты экспериментальных данных разработан подход, основанный на знаниях экспертов, представляющих величину электропотребления отдельных технологических нагрузок за определенный интервал времени в виде значений лингвистических переменных.

4. На основе фреймового подхода формализована процедура построения модульных компоновок ГЭК. Представления структур на уровне видов и кратности преобразования электроэнергии и на уровне базовых модулей повышают эффективность проектирования, заметно сокращая пространство поиска. На примере комплекса, содержащего несколько групп универсальных модулей, получены варианты компоновок и осуществлено сравнение показателей их сходства.

5. Исследовано распределение мощности между параллельно работающими модулями в зависимости от их количества, КПД и величины разброса эквивалентных сопротивлений, а также для случая, когда последние являются случайными величинами с нормальным законом распределения. Полученные данные определяют выбор системы распределения мощности нагрузки, основанной на вычислении среднеарифметического потребляемых модулями токов и сравнения полученного значения с током каждого модуля. В результате моделирования токового распределения в динамических режимах, связанных со структурными перестройками, предложен алгоритм включения модуля за минимальное время.

6. Разработан алгоритм построения структур ГЭК, отвечающий критерию минимума установленной мощности, для электроснабжения различных по порядку выполнения технологических процессов. В ряде приложений его использование позволяет уменьшить установленную мощность электротехнического оборудования более чем на 50%.

7. Расширен класс базовых модулей для реализации структур ГЭК за счет универсальных модулей, обеспечивающих набор функций, и агрегатов, имеющих несколько входных или выходных интерфейсов. Показано, что их использование в компоновках ГЭК приводит к улучшению показателей качества электроэнергии и повышению быстродействия при последовательных переходах с одного энергетического выхода на другой.

8. Представлены компоновки ГЭК, питающие групповую

двигательную нагрузку и обладающие незначительным по сравнению с промышленной сетью запасом мощности по отношению к номинальной мощности нагрузки. Получен ряд структур ГЭК на базе секционирования батареи конденсаторов, позволяющий производить запуск двигателей различной мощности с автоматическим выбором общей емкости коммутирующих конденсаторов, что обеспечивает необходимую коммутационную устойчивость инвертора тока при пуске двигателя.

9. Для структуры ГЭК, в которой меняется общее число независимых энергетических выходов и обеспечивается повышенная надежность за счет двукратного резервирования каждого выхода, при использовании инверторов тока разработан алгоритм управления, основанный на сравнении вычисляемого и эталонного значений угла запирания.

10. Выполнены исследования по влиянию ГЭК на питающую сеть, в том числе при случайном характере изменения углов управления группы выпрямителей, образующих силовой вход комплекса. Улучшение входных энергетических показателей обеспечивается за счет небольших изменений значений углов управления выпрямителями, а также варьирования установленной мощности, обеспечивающего загрузку работающих модулей, близкой к номинальной. Предложены пути улучшения электромагнитной совместимости с применением компенсаторов реактивной мощности на основе разработанного схемотехнического решения. С помощью аппарата нечетких чисел произведена оценка качества кривой входного тока, позволившая исследовать влияние малых неопределенных параметров комплексов, скомпонованных из агрегатов с явным звеном постоянного тока разных номинальных мощностей.

11. Теоретические разработки позволили получить ряд модульных электротехнических компоновок, обеспечивающих высокое качество выходного напряжения. Получен общий вид преобразования фазовой и амплитудной матриц комплексов гармоник выходных фазных токов, обеспечивающего компенсацию (6к-1)-й и (6к+1)-й гармоник для к= 1, 2, 3, ... . Выведены соотношения для трансформаторного и конденсаторного суммирования мощности модулей с целью заданного преобразования спектра кривой выходного напряжения. Для конденсаторного суммирования получены структуры многоэлементной батареи, уменьшающие общий избыток установленной мощности конденсаторов в многомодульных комплексах.

Полученные схемотехнические решения и рекомендации использованы при создании опытно-промышленных образцов ГЭК, а также для совершенствования существующих систем электроснабжения различного технологического оборудования ряда предприятий, что подтверждается актами и справками о внедрении результатов диссертационной работы, помещенными в приложении.

ОСНОВНЫЕ ПУБЛИКАЦИИ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ (Из общего количества, составляющего 84 работы)

/. Публикации в центральных изданиях, включенных в перечень периодических изданий ВАКРФ

1. Томашевский Ю.Б. Системообразующие принципы построения электротехнических комплексов с изменяемой структурой /Н.П.Митяшин, Ю.Б.Томашевский, Б.М.Кузьмиченко //Автоматизация и современные технологии.-2003.-№4.-С.7-13.

2. Томашевский Ю.Б. Оценка влияния малых неопределенных параметров на характеристики агрегированного преобразователя /Н.П.Митяшин, Ю.Б.Томашевский // Известия вузов. Проблемы энергетики.- 2003.- №11-12,- С.96-106.

3. Томашевский Ю.Б. Адаптивные системы электроснабжения на базе агрегированных преобразователей частоты /Н.П.Митяшин, Ю.Б.Томашевский, И.ИАртюхов // Известия вузов. Проблемы энергетики.- 2002.- №5-6.- С.93-103.

4. Преобразовательные комплексы повышенной частоты с расщепленной конденсаторной батареей /Н.П.Митяшин, Ю.Б.Томашевский, И.И.Артюхов, Ю.М.Голембиовский // Известия вузов. Электромеханика.- 2002.- №6.- С. 19-25.

5. Внедрение энергосберегающего технологического оборудования для термообработки металлов токами высокой частоты в Саратовском ОАО 'Троллейбусный завод" /Ю.М.Голембиовский, Г.Э.Суманеев, Ю.Б.Томашевский, А.К.Канафьев //Промышленная энергетика.- 2003.- № 1.- С.18-19.

6. Томашевский Ю.Б. Система централизованного электроснабжения на базе параллельно работающих преобразователей частоты /И.И.Кантер, Ю.Б.Томашевский, Ю.М.Голембиовский //Электричество.-1991.- №1.- С.39-47.

7. Томашевский Ю.Б. Об абсолютной устойчивости двухмостового инвертора тока с расщепленной батареей коммутирующих конденсаторов / Н.П.Митяшин, Ю.Б.Томашевский, И.И.Артюхов // Известия вузов. Энергетика.-1990.- №5.- С.53-56.

II. Монография

8. Томашевский Ю.Б. Гибкие преобразовательные комплексы /Н.П.Митяшин, Ю.Б.Томашевский.- Саратов: Сарат.гос.техн.ун-т, 2002.-128 с.

III. Публикации в других изданиях

9. Томашевский Ю.Б. Влияние модульных электротехнических структур на питающую сеть /Ю.Б.Томашевский //Электротехнические комплексы и силовая электроника. Анализ, синтез и управление: Межвуз.науч.сб. /Сарат.гос.техн. ун-т.-Саратов,2004.-С.4-10.

10. Томашевский Ю.Б. Выбор оптимальных модульных структур в задачах синтеза электротехнических комплексов /Ю.Б.Томашевский, Д.А.Кононов //Электротехнические комплексы и силовая электроника. Анализ, синтез и управление: Межвуз.научхб. /Сарат.гостехн. ун-т.- Саратов, 2004.- С.94-101.

11. Томашевский Ю.Б. Многокритериальный выбор компоновок модульных электротехнических комплексов /Н.П.Митяшин, Ю.Б.Томашевский, Ю.М.Голембиовский //Актуальные проблемы электронного приборостроения: Труды VII Междунар. конф.- Новосибирск, 2004,- Т.6.- С.47-53.

12. Томашевский Ю.Б. Оптимизация конфигурации электротехнического оборудования в гибких преобразовательных комплексах /Ю.Б.Томашевский, Н.П.Митяшин, Ю.М.Голембиовский /Техшчна електродинамика: Тематический выпуск. Проблемы современной электротехники.- Киев, 2004.- Ч.4.- C.I03-I08.

13. Томашевский Ю.Б. Оптимизация установленной мощности в гибких электротехнических комплексах /Ю.Б.Томашевский //Сб.научлр. Ин-т проблем точной

механики и управления РАН.- Саратов, 2004.- С.28-30.

14. Томашевский Ю.Б. Развитие концепции гибкости в электротехнических комплексах /Ю.Б.Томашевский //Вестник Сарат.гос.техн. ун-та: Науч.-техн. журнал, 2004.-№2.-С.119-128.

15. Томашевский Ю.Б. Формализация поиска структур гибких электротехнических комплексов ЛО.Б .Томашевский //Проблемы энергетики. Межвуз.науч.сб. /Сарат.гос.техн.ун-т.- Саратов, 2004.- С.207-212.

16. Томашевский Ю.Б. Интерактивные процедуры многокритериального выбора в задачах синтеза электротехнических комплексов /Н.П.Митяшин, Ю.Б.Томашевский //Высокие технологии - путь к прогрессу: Сб.науч.трудов /Ин-т проблем точной механики и управления РАН.- Саратов: Научная книга, 2003.- С123-132.

17. Томашевский Ю.Б. Определение оптимального состава оборудования в модульных электротехнических комплексах /Ю.Б.Томашевский // Электротехнические комплексы и силовая электроника. Анализ, синтез и управление: Межвуз.науч.сб. /Сарат.гос.техн.ун-т.- Саратов, 2003.- С.44-47.

18. Томашевский Ю.Б. Оптимизация конфигурации электротехнического оборудования в энергосберегающих преобразовательных комплексах /Ю.Б.Томашевский, Ю.М.Голембиовский, Г.Э.Суманеев //Энергосбережение в Саратовской области: Науч.-практ. журнал. 2003.- №2.- С.42-43.

19. Томашевский Ю.Б. Управление электротехническими комплексами с модульной архитектурой /Ю.Б.Томашевский, Н.П.Митяшин, Ю.М Голембиовский //Техшчна електродинамика: Тематический выпуск. Силовая электроника и энергоэффективность.- Киев, 2003.- Ч.1.- С.51-52.

20. Томашевский Ю.Б. Цифровое управление гибкими системами электропитания для электротермии /Ю.Б.Томашевский, НАСкуфин //Электротехнические комплексы и силовая электроника. Анализ, синтез и управление: Межвуз.научхб. /Сарат.гос.техн.ун-т.- Саратов, 2003.- С.61-65.

21. Томашевский Ю.Б. Агрегирование автономных инверторов / Ю.М.Голембиовский, Н.ПМитяшия, Ю.Б.Томашевский //Актуальные проблемы электронного приборостроенияг Труды VI Междунар. конф.- Новосибирск, 2002.- Т.6.-С.109-113.

22. Томашевский Ю.Б. Преобразовательные комплексы с изменяющейся структурой /Н.П.Митяшин, Ю.М.Голембиовский, Ю.Б.Томашевский //Техшчна електродинамика: Тематический выпуск. Силовая электроника и энергоэффективность,-Киев, 2002.- Ч.2.- С.24-26.

23. Управление качеством электрической энергии в сетях ограниченной мощности /Ю.М.Голембиовский, Н.П.Митяшин, Ю.Б.Томашевский, В.Н.Пятницын //Проблемы точной механики и управления: Сб.научлр.- Саратов: Ин-т проблем точной механики и управления РАН, 2002.- С.123-128.

24. Управление качеством электрической энергии в сетях повышенной частоты /Ю.МГолембиовский, Н.П.Митяшин, Ю.Б.Томашевский, ВАДерунов //Техшчна електродинамика: Тематический выпуск. Проблемы современной электротехники.-Киев,2002.-Ч.5.-С.89-92.

25. Электротехнические комплексы для питания технологической нагрузки на частотах, отличающихся от общепромышленной /Н.П.Митяшин, И.И.Артюхов, Ю.Б.Томашевский, Ю.М.Голембиовский //Электротехнические комплексы и силовая электроника. Анализ, синтез и управление: Межвуз.науч.сб. /Сарат.гос.техн.ун-т. -Саратов, 2002.-С.25-42.

26. Томашевский Ю.Б. Улучшение энергетических показателей инверторов тока в гибких преобразовательных комплексах /Ю.Б.Томашевский //Электротехнические комплексы и силовая электроника. Анализ, синтез и управление: Межвуз.науч.сб.

/Сараггостехн. ун-т.- Саратов, 2001.- С.75-84.

27. Томашевский Ю.Б. Модульный принцип организации как основа гибких преобразовательных систем /Ю.Б.Томашевский, Ю.М.Голембиовский, В.Н.Пятницын /ЛГехшчна електродинамика: Тематический выпуск. Силовая электроника и энергоэффективность.- Киев, 2000.- Ч.1.- С.35-38.

28. Томашевский Ю.Б. Оценка гибкости систем силовой электроники /Н.П.Митяпшн, Ю.М.Голембиовский, Ю.Б.Томашевский //Актуальные проблемы электронного приборостроения: Труды V Междунар. конф.- Новосибирск, 2000.- Т.4.-С.91-94.

29. Томашевский Ю.Б. Проектирование автоматизированных систем обработки информации и управления на основе системного подхода: Учеб.пособие /Ю.Б.Томашевский, Н.П.Митяшин /Саратхос.техн. ун-т.- Саратов, 2000.- 62 с.

30. Томашевский Ю.Б. Системный анализ гибких электромеханических объектов: Учеб.пособие /Н.П.Митяшин, Ю.Б.Томашевский /Саратхостехн. ун-т.-Саратов, 2000.- 65 с.

31. Томашевский Ю.Б. Выбор мошностного ряда в блочно-модульных преобразовательных системах /Ю.Б.Томашевский //Вопросы преобразовательной техники, частотного электропривода и управления: Межвуз.научхб. /Сарат.гос.техн. ун-т.- Саратов, 1999.- С.76-78.

32. Томашевский Ю.Б. Стратегии управления блочно-модульными преобразовательными системами /Ю.Б.Томашевский //Fourth international conference on Unconventional Electromechanical And Electrical Systems.- St-Petersburg, 1999.- C.1227-1230.

33. Томашевский Ю.Б. Блочно-модульные преобразовательные системы с перестраиваемой структурой /Ю.Б.Томашевский //Вопросы преобразовательной техники, частотного электропривода и управления: Межвуз.науч.сб. /Сарат.гос.техн. ун-т.- Саратов, 1998.- С.103-107.

34. Томашевский Ю.Б. Алгоритм структурного синтеза модульной производственной электромеханической системы /Н.П.Митяшин, Ю.Б.Томашевский, А.С.Аржанухин //Вопросы преобразовательной техники, частотного электропривода и управления: Межвуз.науч.сб.- Саратов: Саратхостехн. ун-т, 1997.- С.29-41.

35. Томашевский Ю.Б. Структурное проектирование систем бесперебойного питания для информационных технологий /Ю.Б.Томашевский, Д.В.Фимонов //Проблемы и перспективы прецизионной механики и управления в машиностроении: Материалы Междунар.конф.- Саратов: Изд-во Сарат.ун-та, 1997.- С.37.

36. Томашевский Ю.Б. Управление комплексом тиристорных преобразователей на базе автономных инверторов тока с перестраиваемой структурой /Ю.М.Голембиовский, Г.Э.Суманеев, Ю.Б.Томашевский //Силовая электроника в решении проблем ресурсо- и энергосбережения: Сб.докл. Междунар. науч.-техн. конф.-Харьков,1996.-С.65-66.

37. Томашевский Ю.Б. Влияние режима короткого замыкания на выбор параметров конденсаторной батареи в инверторах тока с шестиэлементной ее структурой /Ю.Б.Томашевский //Вопросы преобразовательной техники и частотного электропривода: Межвуз. науч. сб. /Саратхостехн. ун-т.- Саратов, 1993.- С.14-20.

38. Вторичная энергетическая система электроснабжения 100 Гц на базе тиристорных комплексов преобразования частоты /И.И.Кантер, Н.П.Митяшин, Ю.Б.Томашевский, Л. Н. Банковская //Силовая электроника в решении проблем ресурсо-и энергосбережения: Сб. докл. Междунар. науч.-техн. конф.- Харьков: ХПИ, 1993.- С.69-73.

39. Томашевский Ю.Б. Аварийные режимы в системах централизованного электроснабжения групповой двигательной нагрузки на базе тиристорных

преобразователей частоты /И.И.Катер, Ю.Б.Томашевский //Вопросы преобразовательной техники и частотного электропривода: Межвуз. науч. сб. /Сарат. политехи, ин-т.- Саратов, 1992.- С.9-22.

40. Томашевский Ю.Б. Разработка математической модели и исследование на ее основе системы электроснабжения групповой двигательной нагрузки на базе параллельно работающих тиристорных преобразователей /И.И.Кантер, Ю.Б.Томашевский //Вопросы преобразовательной техники и частотного электропривода: Межвуз. науч. сб. /Сарат. политехи, ин-т.- Саратов, 1991.- С.10-24.

41. Томашевский Ю.Б. Об одном подходе к выбору определяющих параметров шестиэлементной конденсаторной батареи в автономных инверторах тока /И.И.Кантер, Ю.Б.Томашевский //Вопросы преобразовательной техники и частотного электропривода: Межвуз. науч. сб. /Сарат. политехи, ин-т.- Саратов, 1989.- С.29-39.

42. Томашевский Ю.Б. К вопросу о распределении нагрузки между преобразовательными блоками в системе централизованного электроснабжения. /Ю.Б.Томашевский, НЛ.Митяпшн, С.Ф.Степанов; Сарат. политехи, ин-т.- Саратов, 1988.- 9с-Деп. в Информэнерго 15.02.1988, №2744-эн88.

43. Томашевский Ю.Б. Система управления тиристорным комплексом с варьируемым количеством параллельно работающих агрегатов /И.И.Артюхов, Ю.Б.Томашевский //Повышение эффективности и надежности тепло- и электроэнергетических установок: Сб. молодых ученых, /Сарат. политехи, ин-т.-Саратов, 1987.-Деп. в Информэнерго 16.01.1987, №2249-эн.- С.18-28.

44. Томашевский Ю.Б. Система- автоматического регулирования мощности параллельно работающих преобразователей частоты /И.И.Кантер, Ю.Б.Томашевский, В.А.Серветник //Тиристорно-индукционные комплексы звуковой и ультразвуковой частоты: Межвуз. науч. сб.- Уфа: УАИ, 1985.- С.9-13.

45. Томашевский Ю.Б. Система управления вентильным энергетическим комплексом повышенной частоты /И.И.Кантер, Ю.М.Голембиовский, Ю.Б.Томашевский //Вопросы преобразовательной техники и частотного электропривода: Межвуз. науч. сб. /Сарат. политехи, ин-т.- Саратов, 1981.- С.28-43.

46. Патент №2096888 Россия. Способ регулирования реактивной мощности и устройство для его осуществления /И.И.Кантер, Н.П.Митяшин, Ю.М.Голембиовский, Ю.Б.Томашевский, Г.Э.Суманеев, А.Ф.Резчиков //Открытия. Изобретения.-1997.- №32.

47. Патент на полезную модель РФ №36157. Компенсатор реактивной мощности на основе агрегированного преобразовательного комплекса /В.АДерунов, Н.П.Митяшин, Ю.Б.Томашевский, О.Н.Рябов //Открытия. Изобретения.- 2004.- №6.

48. А.с. №1111241 СССР. Групповой преобразователь напряжения /И.И.Кантер, И.И.Артюхов, Ю.Б.Томашевский и др. //Открытия. Изобретения.-1984.- №32.

49. А.с. №1115183 СССР. Инвертор /И.И.Кантер, И.И.Артюхов, Ю.Б.Томашевский и др. //Открытия. Изобретения.- 1984.- №35.

50. А. с. №1249688 СССР. Многодвигательный электропривод /И.И.Кантер, Н.П.Митяшин, И.И.Артюхов, Ю.Б.Томашевский, С.Ф.Степанов, А.Н.Корнев, А.Н.Жуков //Открытия. Изобретения.-1986.- №29.

51. А.с. №1265951 СССР. Устройство электроснабжения /И.И.Артюхов, В.А.Серветник, Ю.Б.Томашевский //Открытия. Изобретения.-1986.- №39.

52. А.с. №1267563 СССР. Групповой преобразователь частоты /И.И.Артюхов, Ю.Б.Томашевский, В.А.Серветник //Открытия. Изобретения. -1986,- №40.

53. А.с. №1307521 СССР. Многодвигательный электропривод переменного тока /И.И.Кантер, И.И.Артюхов, Ю.Б.Томашевский и др. //Открытия. Изобретения.- 1987.-№16.

. .54. А.с. №1388973 СССР. Устройство для управления группой N статических преобразователей частоты, включенных параллельно по входу и выходу /И.И.Кантер,

05~.09 - Ж. //

Ю.Б.Томашевский, И.ИАртюхов и др. //Открытия. Изобретения.-1988.- №14.

55. А.с. №1410261 СССР. Способ пуска асинхронного электродвигателя от автономного инвертора тока /ВАСерветник, И.И.Артюхов, Ю.Б.Томашевский //Открытия. Изобретения.-1988.-№26.

56. А.с. №1429264 СССР. Способ пуска группы асинхронных электродвигателей от источника ограниченной мощности /И.ИАртюхов, ВАСерветник, Ю.Б.Томашевский //Открытия. Изобретения.-1988.-№37.

57. А.с. №1432698 СССР. Групповой преобразователь частоты /И.И.Артюхов, Ю.Б.Томашевский, ВАСерветник и др. //Открытия. Изобретения.-1988,- №39.

58. А.с. №1436236 СССР. Групповой преобразователь частоты /И.И.Артюхов, Ю.Б.Томашевский, ВАСерветник //Открытия. Изобретения.-1988.- №41.

59. А.с. №1444928 СССР. Электропривод переменного тока /И.И.Артюхов, ВАСерветник, Ю.Б.Томашевский //Открытия. Изобретения.-1988.- №46.

60. А.с, №1471247 СССР. Устройство для регулирования реактивной мощности /И.И. Артюхов, В.А. Серветник, Ю.Б. Томашевский и др. //Открытия. Изобретения.-1989.-№13.,

61. А.с. №1525855 СССР. Электропривод переменного тока /И.И.Артюхов, ВАСерветник, Ю.Б.Томашевский //Открытия. Изобретения.-1989.- №44.

62. Ах. №1529380 СССР. Трехфазный инвертор /И.И.Кантер, Ю-Б.Томашевский, Л.В Щедриков и др. //Открытия. Изобретения.-1989.- №46.

63. А.с. №1541735 СССР. Устройство управления преобразователем для системы электропитания /И.ИАртюхов, ВАСерветник, Ю.Б.Томашевский и др. //Открытия. Изобретения.-1990.- №5.

64. А.с. №1582327 СССР. Устройство для пуска асинхронного двигателя /ВАСерветник, И.ИАртюхов, Ю.Б.Томашевский и др. //Открытия. Изобретения.-1990.-№28.

65. А.с. №1605306 СССР. Электропривод переменного тока /ВА.Серветник, ИИ.Артюхов, Ю.Б.Томашевский и др. //Открытия. Изобретения,- 1990.- №41.

66. А.с. №1607063 СССР. Автономный инвертор /И.ИАртюхов, Н.П.Митяшин, ВА.Серветник, Ю.Б.Томашевский, ОЛО.Шароватова //Открытия. Изобретения.- 1990.-№42.

67. А.с. №1614091 СССР. Электропривод переменного тока /ВАСерветник, И ИАртюхов, Ю.Б.Томашевский и др. //Открытия. Изобретения.- 1990.- №46.

68. Ах. №1665479 СССР. Устройство для управления включенными параллельно по входу и выходу N статическими преобразователями частоты /И.И. Артюхов, ВАСерветник, Ю.Б.Томашевский и др. //Открытия. Изобретения.-1991.- №27.

Лицензия ИД №06268 от 14.11.01

Подписано в печать 07.04.05 Формат 60x84 1/16

Бум. тип. Усл.-печ.л. 2,0 Уч.-изд.л. 2,0

Тираж 100 экз. Заказ 133 Бесплатно

Саратовский государственный технический университет

410054 г.Саратов, ул. Политехническая, 77

Кошшринтер СГТУ, 410054 г.Саратов, ул. Политехническая, 77

2 2 ¿Я? 2С05

1324

Введение.

ГЛАВА 1. Проблема повышения гибкости электротехнических комплексов для электроснабжения технологического оборудования.

1.1. Общая характеристика модульных систем электроснабжения технологического оборудования.

1.2. Гибкие электротехнические комплексы как инструментальное средство реализации оптимального электропотребления.

1.3. Проблема повышения качества электроэнергии при электроснабжении технологического оборудования на базе электротехнических комплексов.

1.4. Модульный принцип построения электротехнических комплексов.

1.5. Выбор методов исследования гибких электротехнических комплексов.

Выводы по главе 1.

ГЛАВА 2. Системные принципы создания гибких электротехнических комплексов.

2.1. Гибкость как системный принцип реализации современной концепции электроснабжения.

2.2. Гибкость электротехнических комплексов, питающих потребителей с различными параметрами электроэнергии

2.3. Гибкость электротехнических комплексов на основе минимизации структурной избыточности установленной мощности.

2.4. Гибкость электротехнических комплексов на основе критерия мощности потерь.

2.5. Выбор модульного ряда гибких электротехнических комплексов на основе минимизации избыточной установленной мощности и мощности потерь.

2.6. Выбор модульных рядов гибких электротехнических комплексов на основе минимизации избыточной установленной мощности с учетом реальных графиков изменения нагрузок.

Выводы по главе 2.

ГЛАВА 3. Математические модели для исследования модульных электротехнических систем.

3.1. Математическое моделирование модульных систем на 85 основе фреймового подхода.

3.2. Представление структур гибких электротехнических комплексов на уровне видов и кратности преобразований

3.3. Представление структур гибких электротехнических комплексов на уровне базовых модулей.

3.4. Логико-лингвистическое описание графиков нагрузок при моделировании гибких электротехнических комплексов

3.5. Модели компоновок гибкого электротехнического оборудования.

Выводы по главе 3.

ГЛАВА 4. Параллельная работа модулей в составе гибких электротехнических комплексов.

4.1. Распределение мощности в многомодульных электротехнических комплексах.

4.2. Распределение мощности между модулями, работающими параллельно без средств управления

4.3. Распределение мощности между параллельно работающими модулями с нормальным законом распределения эквивалентных сопротивлений.

4.4. Регулирование распределения мощности нагрузки в модульных электротехнических комплексах.

4.4.1. Определение характеристик системы регулирования при параллельной работе модулей.

4.4.2. Исследование распределения мощности нагрузки при параллельной работе модулей с управляемыми выпрямителями.

Выводы по главе 4.

ГЛАВА 5. Построение структур гибких электротехнических комплексов

5.1. Формализация поиска структур гибких электротехнических комплексов при минимизации установленной мощности

5.2. Формирование структур гибких электротехнических комплексов на основе стыкуемости интерфейсов модулей

5.3. Базовые модели с несколькими входными и выходными интерфейсами.

5.4. Гибкие комплексы для систем автоматизированного электропривода.

5.5. Методы управления структурой гибких электротехнических комплексов.

Выводы по главе 5.

ГЛАВА 6. Электромагнитная совместимость гибких электротехнических комплексов с питающей сетью.

6.1. Основные показатели качества электроэнергии, потребляемой на входе гибкими электротехническими комплексами.

6.2. Влияние модульных электротехнических структур на питающую сеть.

6.3. Уменьшение искажающего влияния гибких электротехнических комплексов с варьированием числа модулей на входную сеть.

6.4. Уменьшение искажающего влияния на сеть гибких систем электроснабжения с использованием компенсаторов реактивной мощности.

6.5. Искажения спектра входного тока многомодульного электротехнического комплекса под влиянием неопределенности параметров модулей.

Выводы по главе 6.

ГЛАВА 7. Улучшение показателей качества электроснабжения на выходе гибких электротехнических комплексов.

7.1. Улучшение качества выходного напряжения в гибких электротехнических комплексах.

7.2. Структуры выходных цепей гибких электротехнических комплексов с расщепленной конденсаторной батареей.

7.3. Уменьшение избыточности установленной мощности конденсаторного оборудования в гибких электротехнических комплексах.

7.4. Анализ гармонического состава кривой выходного напряжения комплекса параллельно работающих инверторов тока с расщепленной конденсаторной батареей и последовательно-параллельного.

7.5. Расширение типов модулей, объединяемых в гибких электротехнических комплексах на базе многоэлементной конденсаторной батареи.

Выводы по главе 7.

Актуальность проблемы. Основой поступательного развития отечественной экономики в рыночных условиях является повышение эффективности производства. Решение этой проблемы связано с созданием новых и совершенствованием существующих технологий, что сопровождается ростом количества потребителей электроэнергии с различными ее параметрами. В этой связи важное значение приобретают задачи создания эффективных электротехнических комплексов, улучшающих энергетические и эксплуатационные характеристики систем электроснабжения технологического оборудования промышленных предприятий. Рост уровня автоматизации производства, с одной стороны, и постоянное удорожание электрической энергии, приводящее к возрастанию ее составляющей в себестоимости продукции, с другой, делают актуальным распространение методов гибкой автоматизации на организацию современного электроснабжения - от транспортирования до распределения и преобразования электроэнергии для технологических нагрузок.

В широкий спектр нагрузок входят станки и инструменты, использующие частотный электропривод, например, в подшипниковой и деревообрабатывающей промышленности, плавка и термообработка металлов, светотехника и др. Процесс электропотребления современных технологий характеризуется значительным диапазоном изменения потребляемой мощности, необходимостью оперативного изменения параметров подводимой электроэнергии в технологическом цикле, высокими требованиями к ее качеству. Традиционный подход к созданию систем электроснабжения, приводящий к полномасштабной инфраструктуре, имеет существенные недостатки - длительные сроки подготовки к внедрению и низкий коэффициент использования электротехнического оборудования.

Применение принципа модульного формирования электротехнических комплексов (ЭК) позволяет создавать системы, поддерживающие оптимальные режимы обеспечения потребителей электроэнергией с необходимыми параметрами. Повышение эффективности электроснабжения достигается в этом случае изменением структуры ЭК за счет присущей модульным системам гибкости.

В диссертации решаются проблемы развития концепции гибкости в системах электроснабжения технологического оборудования и создания гибких электротехнических комплексов, реализующих эффективное взаимодействие нагрузок с питающей сетью.

Фундаментальные вопросы теории и практики электротехнических комплексов для питания технологической нагрузки проработаны в трудах отечественных и зарубежных ученых И.И. Артюхова, О.Г. Булатова,

A.C. Васильева, Т.А. Глазенко, Ю.М. Голембиовского, Л. Джюджи,

B.Я. Жуйкова, Г.С. Зиновьева, И.И. Кантера, Ф.И. Ковалева, В.А. Лабунцова, Р. Лаппе, Ю.К. Розанова, B.C. Руденко, Р. Стжелецки, С.А. Харитонова, В.А. Чванова, И.М. Чиженко, А.К. Шидловского, В.П. Шипилло и др.

Повышение эффективности гибких электротехнических комплексов связано с изменением их структуры в зависимости от величины и характера нагрузки. Концепция гибкости, с успехом применяемая, например, в машиностроении и робототехнике, в сочетании с общим принципом модульного формирования технических систем позволяет представить электротехническую систему как энергетический робот, который необходимо "научить" на основе "распределенного разума" составляющих его электротехнических модулей быстро принимать конфигурацию, оптимальную для конкретных значений параметров входной и выходной сетей. Гибкий электротехнический комплекс (ГЭК) как объект проектирования и управления представляет собой систему нового класса, отличающуюся прежде всего сложностью, комплексностью и многофункциональностью компонентов.

Применение стратегии модульного формирования техники в электроэнергетике имеет ряд особенностей, не характерных для других областей ее традиционного использования. Это связано со значительным взаимовлиянием электротехнических модулей и возникающими по этой причине системными эффектами. Например, при параллельной работе всех типов электротехнических устройств возникает проблема распределения мощности нагрузки между агрегатами.

Создание электротехнических комплексов для электроснабжения технологического оборудования электроэнергией с параметрами, отличающимися от общепромышленных, осуществляется в два этапа. На первом выбирается принцип преобразования электроэнергии первичной сети, как правило, имеющей общепромышленную частоту 50 Гц, в электроэнергию, имеющую требуемые параметры. Выбор производится в рамках известных принципов преобразования энергии в схемах преобразователей, соответствующих функциональным классам (выпрямители, преобразователи со звеном постоянного тока, непосредственные преобразователи, инверторы тока и напряжения и т.д.). При этом осуществляется структурный синтез системы, обеспечивающей оптимальное значение некоторой целевой функции при выполнении заданных ограничений. Следует отметить, что формализация данного этапа с целью его дальнейшей автоматизации, проработана недостаточно, ориентируясь в основном на эвристические процедуры.

На втором этапе выбираются варианты модулей, реализующие функции, которые обеспечивают заданные параметры энергетических выходов. Задача построения комплексов, включающая в себя разработку системообразующих процедур, позволяющих переходить от синтезированных с помощью различных методов модулей к объектам более высокого уровня системности, каковыми являются ГЭК, еще не решена.

Имеется большое число примеров удачного применения модульного принципа при синтезе силового электротехнического оборудования. Например, ряд исследований посвящен теории и практике параллельной работы электротехнических агрегатов, позволяющей увеличить мощность комплексов и, в ряде случаев, улучшить их характеристики. В то же время до сих пор не уделено достаточного внимания общей методологии использования концепции гибкости в построении электротехнических комплексов, предназначенных для питания технологического оборудования, которая позволяет поддерживать энергетические показатели электроснабжения на высоком уровне с учетом реального характера нагрузки.

Целью диссертационной работы является разработка научных основ построения гибких электротехнических комплексов на базе принципа модульности и создание новых методов, структур и схем, обеспечивающих высокое качество электроснабжения технологического оборудования.

Для достижения поставленной цели решаются задачи:

1. Разработка принципов организации модульных электротехнических комплексов, повышающих гибкость процессов электроснабжения технологического оборудования, и метода оценки уровня гибкости при питании потребителей с различными параметрами электроэнергии.

2. Разработка метода выбора мощностей элементарных модулей в электротехнических комплексах с возможностью варьирования общей установленной мощности при изменении нагрузки.

3. Развитие теории модульных электротехнических комплексов с автоматически перестраиваемой структурой, определяемой реальным характером изменения параметров электрических нагрузок.

4. Исследование процессов распределения мощности нагрузки между параллельно работающими модулями в статических и переходных режимах, определяемых перестройкой силовой части комплекса.

5. Разработка структур и схем гибких электротехнических комплексов и способов управления ими применительно к конкретным базовым модулям (трансформаторы, выпрямители, преобразователи постоянного напряжения, непосредственные преобразователи частоты, инверторы) и видам нагрузки.

6. Определение путей уменьшения влияния гибких электротехнических комплексов на питающую сеть.

7. Разработка методов повышения качества электрической энергии на выходе модульных электротехнических комплексов, основанных на распараллеливании (разделении) энергетического потока с последующим суммированием мощностей модулей.

Методы исследования. При выполнении диссертационной работы применены методы системного анализа, теории фреймов, нечеткой математики, поиска решений в пространстве состояний, основной гармоники, математического моделирования, численного анализа, а также теории электрических и магнитных цепей.

Достоверность теоретических положений подтверждается корректным использованием математического аппарата, соответствием расчетных и экспериментально определенных параметров, а также результатами испытаний и эксплуатации разработанных электротехнических комплексов в составе действующих систем электроснабжения.

Научная новизна

В диссертационной работе впервые сформулирована и решена проблема построения гибких электротехнических комплексов, изменяющих свою структуру с целью достижения высоких технико-экономических показателей электроснабжения технологического оборудования.

1. Разработан метод сравнения гибкости электротехнических структур, питающих потребителей с различными параметрами электроэнергии, на основе группы показателей: установленной мощности оборудования, потерь электроэнергии и качества потребляемой или генерируемой электроэнергии.

2. Предложен метод выбора единичной мощности равномерных рядов в гибких электротехнических комплексах с варьированием количества модулей в зависимости от величины нагрузки по критериям, связывающим стоимость оборудования с затратами на обеспечение заданной надежности или стоимостью потерь.

3. Построен алгоритм оптимизации рядов мощностей модулей с учетом графиков изменения нагрузок, дополняемых в условиях неполноты данных графиками, получаемыми экспертным путем в виде лингвистических переменных.

4. Предложен способ построения многоуровневых (комплекс, агрегат, функциональный блок, конструктивный узел, элемент) модульных компоновок электротехнических комплексов с гибкой структурой, определяемой порядком выполнения во времени питаемых технологических операций и связанных с ними параметрами электрической энергии, основанный на фреймовом подходе.

5. Получены закономерности распределения мощности между параллельно работающими модулями в зависимости от их числа, КПД и величины разброса эквивалентных сопротивлений в статических и динамических режимах, связанных с включением модуля за минимальное время, предложены методы управления модулями при их параллельной работе, обеспечивающие заданное распределение нагрузки между ними в многомодульных комплексах.

6. Расширен класс базовых модулей за счет универсальных модулей, реализующих набор функций, и агрегатов, имеющих несколько входных или выходных интерфейсов. Введение дополнительных модулей позволяет улучшить показатели качества электроэнергии, повысить быстродействие при последовательных переходах с одного энергетического выхода на другой, реализовать новые способы управления структурой комплекса в темпе питаемых технологических процессов.

7. Разработаны структуры и схемы гибких электротехнических комплексов, питающих групповую двигательную нагрузку и обладающие незначительным по сравнению с промышленной сетью запасом мощности по отношению к номинальной нагрузке.

8. Обоснованы пути уменьшения влияния гибких комплексов с выпрямителями на входе на питающую сеть за счет незначительного варьирования углов управления, поддержания загрузки работающих модулей, близкой к номинальной, и включения состав комплексов компенсаторов реактивной мощности. Произведена оценка влияния малых неопределенных параметров на качество кривой входного тока на основе нечетких чисел для комплекса параллельно включаемых агрегатов с явным звеном постоянного тока.

9. Разработаны методы повышения качества электрической энергии на выходе модульных электротехнических компоновок путем компенсации (6к-1 )-й и (6к+1)-й гармоник (к= 1, 2, 3, .) в спектре выходной кривой при суммировании мощности модулей.

Практическая ценность диссертационной работы

1. Предложенный подход к формированию многомодульных электротехнических систем позволил получить новые компоновки гибких электротехнических комплексов, повышающие производственную надежность электроснабжения технологического оборудования и минимизирующие мощность потерь.

2. Разработанные модели позволили исследовать характер распределения мощности между модулями при их параллельной работе в статике и в динамике при структурных перестройках и построить алгоритмы и системы управления отдельными модулями и комплексами, обеспечивающими электроснабжение технологического оборудования различного назначения.

3. Полученные результаты положены в основу технических решений, улучшающих электромагнитную совместимость с входной сетью и повышающих качество электроэнергии на выходе комплексов, что обеспечивает высокую эффективность электроснабжения технологических нагрузок.

4. Определены структуры конденсаторной батареи при бестрансформаторном суммировании выходной мощности, уменьшающие общий избыток установленной мощности конденсаторов в многомодульных комплексах.

Научные положения, выносимые на защиту:

1. Придание электротехническим комплексам свойства гибкости за счет использования принципа модульности позволяет обеспечить близкую к номинальной загрузку функционирующих модулей в широком диапазоне изменения мощности нагрузок, увеличить ресурс времени работы комплексов в среднем в 1,5 раза, повысить их надежность и минимизировать мощность потерь.

2. В гибких электротехнических комплексах с модульной архитектурой, обеспечивающих варьирование общей установленной мощности, существуют оптимальные ряды номинальной мощности модулей, выбираемые в зависимости от характера изменения нагрузок.

3. Введение двухуровневого представления структур модульных компоновок гибких электротехнических комплексов на уровне видов и кратности преобразования электроэнергии и на уровне базовых модулей позволяет существенно сократить количество промежуточных вариантов при формировании окончательной структуры.

4. Выбор структуры и параметров системы распределения мощности нагрузки между параллельно работающими модулями определяется их количеством, КПД и величиной разброса эквивалентных сопротивлений. Объединение функций распределения нагрузки между модулями и стабилизации выходного напряжения осуществляется с использованием разработанных алгоритмов управления, ограничивающих токовые перегрузки в переходных режимах.

5. Адаптация гибких электротехнических комплексов реализуется автоматически в ходе технологических процессов путем изменения параметров электрической энергии отдельных модулей или структурных перестроек для различных базовых модулей и видов нагрузки, осуществляемых с помощью разработанных схем и алгоритмов управления.

6. Реализация модульного принципа построения электротехнических комплексов, приводящая к распараллеливанию энергетического потока, обеспечивает снижение коэффициента искажения синусоидальности кривой входного тока и повышение качества кривой выходного напряжения до требуемого уровня.

Реализация результатов работы

Работа выполнена на основании тематического плана работ, выполняемых СГТУ по единому республиканскому наряд-заказу, хозяйственных договоров на проведение научно-исследовательских и опытно-конструкторских работ.

1. Результаты работы использованы при создании гибких систем электроснабжения цехов на частотах 300, 400, 600, 800, 1200 Гц, внедренных на ОАО "Саратовский подшипниковый завод" (г.Саратов) и других предприятиях отрасли за период с 1982 по 2004 гг. Системы электроснабжения строятся на основе преобразовательных модулей с установленной мощностью отдельного агрегата до 200 кВА на общую мощность до 1200 кВА.

2. Результаты исследований нашли применение при разработке электротехнических комплексов, предназначенных для питания групп асинхронных двигателей на частотах 200 и 300 Гц мощностью от 10 до 40кВА, внедренных в промышленную эксплуатацию на Энгельсской мебельной фабрике (г.Энгельс).

3. Положения, развитые в работе, явились основой построения двухмодульного преобразователя частоты для электроснабжения испытуемого оборудования в цеховых условиях в режиме непрерывной работы, внедренного на ФГУП "НПП"-"КОНТАКТ" (г.Саратов).

4. Результаты работы использованы при создании систем электропитания для индукционной плавки, позволившие получить гибкую компоновку электротехнического комплекса двухпостовой плавки (печи ИСТ-0,16/0,32-И 1) в литейном цехе ОАО "Троллейбусный завод" (г.Энгельс) и термообработки заготовок, внедренного на Первом подшипниковом заводе (г.Москва).

5. Основные теоретические положения, модели, алгоритмы и программы использованы в Саратовском государственном техническом университет в учебных курсах "Электропитание ЭВМ", "Технические средства АСУ ТП", "Проектирование АСОИУ", при курсовом и дипломном проектировании и включены в учебные пособия: "Системный анализ гибких электромеханических объектов" и "Проектирование автоматизированных систем обработки информации и управления на основе системного подхода".

Апробация работы. Основные результаты работы докладывались и обсуждались на 21 конференции различного уровня с 1984г. по 2004г.: V Всесоюзной научно-технической конференции "Автоматизация новейших электротехнологических процессов в машиностроении на основе применения полупроводниковых преобразователей частоты с целью экономии материальных, трудовых и энергетических ресурсов" (Уфа, 1984), Всесоюзной научно-технической конференции "Автоматизация электротехнологических процессов в гибких производственных системах машиностроения на основе полупроводниковых преобразователей частоты" (Уфа, 1987), IV и V Всесоюзных научно-технических конференциях "Проблемы преобразовательной техники" (Киев, 1987 и 1991), Всесоюзной научно-технической конференции "Энергетическая электроника на транспорте" (Севастополь, 1990), Всесоюзной научно-технической конференции "Проблемы энергосбережения в автономной электроэнергетике" (Севастополь, 1991), Международных научно-технических конференциях "Силовая электроника в решении проблем ресурсо- и энергосбережения" (Крым, Алушта, 1993, 1996), Международных научно-технических конференциях "Проблемы и перспективы прецизионной механики и управления в машиностроении" (Саратов, 1997, 2002), IV Международной научно-технической конференции"11псопуепйопа1 Electromechanical And Electrical Systems" (Санкт

Петербург, 1999), V, VI и VII Международных научно-технических конференциях "Актуальные проблемы электронного приборостроения" (Новосибирск, 2000, 2002 и 2004), Международных научно-технических конференциях "Силовая электроника и энергоэффективность" (Крым, Алушта, 2000, 2002 и 2003), Региональной межвузовской научно-практической конференции "Прогрессивные технологии в науке и производстве" (Камышин, 2000), Поволжской научно-практической конференции "Электротехника и энергетика Поволжья на рубеже тысячелетия" (Чебоксары, 2001), VII и VIII Международных научно-технических конференциях "Проблемы современной электротехники" (Киев, 2002 и 2004).

Публикации. По теме диссертации опубликовано 84 работы, в том числе 1 монография, 2 учебных пособия, получено 21 авторское свидетельство, 1 патент на изобретение и 1 патент на полезную модель.

Структура и объем диссертации.

Диссертация состоит из введения, семи глав, заключения, списка литературы, включающего 245 наименований, и приложения. Объем работы составляет 308 страниц текста, 106 рисунков и 9 таблиц.

Выводы по главе 7

1. Гибкие электротехнические комплексы с модульной архитектурой обеспечивают высокое качество выходного напряжения за счет преобразования спектра при суммировании мощностей модулей в сочетании с возможностью регулирования величины напряжения на нагрузке.

2. Получен общий вид преобразования фазовой и амплитудной матриц комплексов гармоник выходных фазных токов, обеспечивающего компенсацию (6к-1)-й и (6к+1)-й гармоник для к=1, 2, 3, . Выведены соотношения для трансформаторного и конденсаторного суммирования мощности модулей с целью заданного преобразования спектра кривой выходного напряжения.

3. Для конденсаторного суммирования получены структуры многоэлементной батареи, уменьшающие общий избыток установленной мощности конденсаторов в многомодульных комплексах. В этом случае используется включение на параллельную работу инвертора с расщепленной конденсаторной батареей и последовательно-параллельного, что увеличивает гибкость схемы, обеспечивая возможность варьирования отношения величин конденсаторов в соответствующих модулях инвертора.

4. Установлено, что совместная работа инвертора с расщепленной конденсаторной батареей и последовательно-параллельного с компенсацией (6к-1)-й и (6к+1)-й гармоник в кривой выходного напряжения, где к=1,2,3,., имеет место при величине сдвига, равном е=(30°эл.)/к, что совпадает с результатом ранее проведенного анализа для других вариантов суммирования выходной мощности ГЭК. Для рассматриваемой структуры получены соответствующие значения определяющих параметров конденсаторной батареи, отношения токов, потребляемых модулями, и номеров соответствующих компенсируемых гармоник.

5. Рассмотрено объединение инверторов напряжения в гибких электротехнических комплексах на базе многоэлементной конденсаторной батареи, которое приводит к уменьшению ее мощности по сравнению со схемой инвертора тока, так как здесь не требуется компенсации значительной части реактивной мощности нагрузки. Однако, выходы модулей инверторов напряжения должны подключаться к конденсаторной батарее через буферные реакторы, что приводит к увеличению массо-габаритных показателей системы.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

При выполнении диссертационной работы получены следующие основные результаты:

1. На основе анализа структур многомодульных электротехнических систем, предназначенных для электроснабжения различных технологических объектов, сделан вывод о перспективности создания гибких электротехнических комплексов, обладающих возможностью изменять свою структуру с целью достижения высоких технико-экономических показателей электроснабжения технологического оборудования. Модульный принцип наиболее полно отвечает требованиям повышения качества электроэнергии, надежности комплексов, увеличения ресурса времени их работы, минимизации потерь, установленной мощности оборудования, способствует обеспечению структурных перестроек при изменении целей или условий функционирования, является одним из методов решения проблемы сложности проектирования электротехнических комплексов.

2. Ядром концепции гибкой автоматизации, распространенной на электротехнические системы, является гибкий электротехнический комплекс -объект проектирования и управления нового класса, повышающий эффективность электроснабжения. Формализована оценка гибкости электротехнических структур, питающих потребителей с различными параметрами электроэнергии, на основе показателей: установленной мощности оборудования, потерь электроэнергии и качества потребляемой или генерируемой электроэнергии.

3. Разработаны методики выбора единичной мощности равномерных рядов в гибких электротехнических комплексах с варьированием количества модулей в зависимости от величины нагрузки по критериям, связывающим стоимость оборудования с затратами на обеспечение заданной надежности или стоимостью потерь. Для расширенного списка рядов, включающего неравномерные, предложен алгоритм минимизации избытка установленной мощности комплексов с учетом графиков изменения нагрузок. Представленные модели формирования графиков нагрузок позволяют проводить анализ функционирования ГЭК как при наличии экспериментальных данных, так и при их частичном отсутствии. Для последнего случая разработан логико-лингвистический подход, основанный на знаниях экспертов, представляющих величину электропотребления отдельных технологических нагрузок за определенный интервал времени в виде значений лингвистических переменных.

4. На основе фреймового подхода формализована процедура построения модульных компоновок ГЭК. Представления структур на уровне видов и кратности преобразования электроэнергии и на уровне базовых модулей повышают эффективность проектирования. Первый уровень позволяет оптимизировать по выбираемым критериям в сокращенном пространстве поиска. Второй уровень обеспечивает пополняемую базу схемотехнических решений для реализации модульной компоновки ГЭК.

5. Предложены модели показателей сходства компоновок для оценки возможности и целесообразности создания гибких комплексов, представляющих собой энергетический робот, который принимает конфигурацию, оптимальную для достижения выбранных целей. На примере комплекса, содержащего несколько групп универсальных модулей, получены варианты компоновок и осуществлено их сравнение по предложенным показателям.

6. Показано, что параллельная работа электротехнических модулей без средств принудительного распределения мощности нагрузки неэффективна. Исследовано распределение мощности между параллельно работающими модулями в зависимости от их количества, КПД и величины разброса их эквивалентных сопротивлений, а также для случая, когда последние являются случайными величинами с нормальным законом распределения. Анализ полученных данных показал, что при увеличении числа параллельно работающих модулей увеличивается эффект самовыравнивания мощности нагрузки между отдельными каналами. Предложена структура системы регулирования, включающая наряду с контуром стабилизации выходного напряжения контур распределения токов пропорционально номинальным мощностям модулей. В результате моделирования токового распределения в динамических режимах, связанных со структурными перестройками, на базе разработанных математических моделей предложен алгоритм бесперегрузочного ввода в работу модуля за минимальное время.

7. Построены алгоритмы формирования структур ГЭК, отвечающих критерию минимума установленной мощности, для электроснабжения последовательно и одновременно выполняемых технологических операций, а также их смешанных сочетаний. В ряде приложений использование разработанного подхода позволяет уменьшить установленную мощность электротехнического оборудования более чем на 50%. Исследованы свойства объединения компоновок при построении структур ГЭК на основе фреймовых моделей. В рамках разрабатываемого подхода получена компоновка, реализующая технологический процесс среднечастотной плавки металлов.

8. Расширен класс базовых модулей для реализации структур ГЭК за счет универсальных модулей, обеспечивающих набор функций, и агрегатов, имеющих несколько входных или выходных интерфейсов. Показано, что их использование в компоновках ГЭК приводит к улучшению показателей качества электроэнергии, повышению быстродействия при последовательных переходах с одного энергетического выхода на другой, а также к возрастанию уровня гибкости при управлении структурой комплекса в темпе питаемых технологических процессов.

9. Представлены компоновки ГЭК, питающие групповую двигательную нагрузку и обладающие незначительным по сравнению с промышленной сетью запасом мощности по отношению к номинальной мощности нагрузки. Показано, что совместное использование параметрического и структурного подходов к организации функционирования ГЭК приводит к улучшению показателей, полученных на основе одного из методов. Например, в ГЭК на базе автономного инвертора тока, использующего дополнительную конденсаторную батарею, после ее подключения перед запуском асинхронного двигателя повышают частоту инвертора. Получен ряд структур ГЭК на базе секционирования батареи конденсаторов, позволяющий производить запуск двигателей различной мощности с автоматическим выбором общей емкости коммутирующих конденсаторов, что обеспечивает необходимую коммутационную устойчивость инвертора при пуске двигателя.

10. Показано, что разработанные методы построения структур ГЭК позволяют создавать принципиально новые системы электроснабжения лишь при использовании современных информационных технологий и наличия информационной среды, обеспечивающей обмен между отдельными компонентами модульной системы. Оптимальным является комбинирование принципов централизованного и децентрализованного управления, что требует построения сложных систем, способных учитывать множество параметров при выработке управляющих воздействий. Принципиально возможность решения этой задачи, основанной на выполнении сложных расчетов в темпе питаемых технологических процессов, появилась с освоением выпуска недорогих микропроцессорных вычислительных средств. Для структуры ГЭК, в которой меняется общее число независимых энергетических выходов и обеспечивается повышенная надежность за счет двукратного резервирования каждого выхода, при использовании инверторов тока разработан алгоритм управления, основанный на сравнении вычисляемого и эталонного значения угла запирания.

11. Выполнены исследования по влиянию ГЭК на питающую сеть, в том числе при случайном характере изменения углов управления группы выпрямителей, образующих силовой вход комплекса. Показано улучшение входных энергетических показателей за счет небольших варьирований значений углов управления выпрямителями, а также изменения установленной мощности, обеспечивающего загрузку работающих модулей, близкой к номинальной. Предложены пути улучшения электромагнитной совместимости с применением компенсаторов реактивной мощности на основе использования разработанного схемотехнического решения. С помощью аппарата нечетких чисел произведена оценка качества кривой входного тока, позволившая исследовать влияние малых неопределенных параметров ГЭК, скомпонованного из агрегатов с явным звеном постоянного тока разных номинальных мощностей.

12. Теоретические разработки диссертации позволили получить ряд модульных электротехнических компоновок, обеспечивающих высокое качество выходного напряжения в сочетании с расширением набора функций ГЭК, реализующих эффективное электроснабжение различных технологических нагрузок. Получен общий вид преобразования фазовой и амплитудной матриц комплексов гармоник фазных токов на выходе, обеспечивающего компенсацию (6к-1)-й и (6к+1)-й гармоник для к=1, 2, 3, . Выведены соотношения для трансформаторного и конденсаторного суммирования мощности модулей с целью заданного преобразования спектра кривой выходного напряжения. Для конденсаторного суммирования получены структуры многоэлементной батареи, уменьшающие общий избыток установленной мощности конденсаторов в многомодульных комплексах.

Предложенные схемотехнические решения и программные продукты использованы при создании опытно-промышленных образцов ГЭК, а также для совершенствования существующих систем электроснабжения различного технологического оборудования промышленных предприятий.

1. Автоматизированное проектирование силовых электронных схем / В.Я. Жуйков, В.Е. Сучик, П.Д. Андриенко, М.А. Еременко.- Киев: Техшка, 1988. -168 с.

2. Автономные инверторы / Под ред. Г. В. Чалого. Кишинев: Штиинца, 1974. - 336 с.

3. Агунов A.B. Улучшение электромагнитной совместимости в автономных электроэнергетических системах ограниченной мощности методом активной фильтрации напряжения // Электротехника, 2003. №6. С.52-56.

4. Адамия Г.Г. К вопросу распределения нагрузок между параллельно работающими инверторами // Электроэнергетика и автоматика,- Кишинев: Штиинца, 1973.- Вып. 15. С. 16-18.

5. Адамия Г.Г., Билинкис П.Г., Чванов В.А. Распределение нагрузок между параллельно работающими инверторами // Электротехническая промышленность. Преобразовательная техника, 1971. № 17. - С. 15-18.

6. Адамия Г.Г., Чванов В.А. Принципы построения систем, содержащих параллельно работающие автономные инверторы // Материалы семинара по кибернетике. Ч. 1. Динамика систем управления. - Кишинев: Штиинца, 1975. -С.22-25.

7. Александров А.Г. Оптимальные и адаптивные системы. М.: Высш. шк., 1989.-263 с.

8. Алиев P.A., Абдикеев Н.М., Шахназаров М.М. Производственные системы с искусственным интеллектом. М.: Радио и связь, 1990. - 264 с.

9. Алтунин Б.Ю., Туманов И.М. Математическое моделирование тиристорных устройств РПН трехфазных трансформаторов // Электротехника, 1996. №6.- С. 22-25.

10. Алферов Н.Г., Мамонтов В.И., Розанов Ю.К. Инверторный модуль для систем гарантированного электропитания // Электротехническаяпромышленность. Преобразовательная техника, 1981. № 7. - С.13-15.

11. Антонов И.М., Глебов Б.А. Надежность системы электропитания, состоящей из однотипных преобразовательных ячеек // Тр. МЭИ, 1986. №92. -С.123г127.

12. Ануфриев И.Е. Самоучитель Ма1:ЬаЬ 5.3/б.х. СПб.: БХВ-Петербург, 2003. - 736 с.

13. Артеменко М.Е. Синтез однотактных преобразователей постоянного напряжения с непрерывной кривой потребляемого тока // Техшчна електродинамжа. Тематичний випуск "Системы електроживлення електротехшч1х установок { комплекЫв". - Киев, 1999. - С. 18-21.

14. Артеменко М.Е. Синтез регуляторов переменного напряжения // Электроника и связь, 1998. Вып. 4. - 4.2. - С. 221-225.

15. Артеменко М.Е. Синтез транзисторных преобразователей напряжения на основе главной топологической матрицы // Электроника и связь, 1997. -Вып.2. Ч. 1.-С. 67-71.

16. Артеменко М.Е., Жуйков В .Я., Якименко Ю.И. Матрично-топологический синтез вентильных преобразователей. К.: Полггехшка, 2001. -230 с.

17. Артюхов И.И., Митяшин Н.П., Серветник В.А. Автономные инверторы тока в системах электропитания / Сарат.политехн.ин-т: Саратов, 1992.- 152 с.

18. Артюхов И.И., Томашевский Ю.Б., Серветник В.А. Тиристорные преобразователи частоты с перестраиваемой структурой // Вопросы преобразовательной техники и частотного электропривода: Межвуз. науч. сб. -Саратов: Сарат. политехи, ин-т, 1985. С.47-53.

19. Атрощенко В.А., Григораш О.В. Модульное агрегатирование систем автономного электроснабжения // Промышленная энергетика, 1996. №4. -С.20-23.

20. Базы данных, интеллектуальная обработка информации / Корнеев В.В., Гареев А.В., Васютин С.В., Райх В.В. М.: Нолидж, 2001. - 496 с.

21. Бару А.Ю., Эпштейн И.И. Состояние и задачи в области автономных инверторов для асинхронного электропривода // Силовая электроника в решении проблем ресурсо- и энергосбережения: Сб. трудов Междунар. науч.-техн. конф. Харьков, 1993. - С. 16-20.

22. Башарин А.В., Новиков В.А., Соколовский Г.Г. Управление электроприводами: Учебное пособие для вузов. Л.: Энергоиздат. Ленингр. отд-ние, 1982. - 392 с.

23. Башарин А.В., Постников В.А. Примеры расчета автоматизированного электропривода на ЭВМ: Учебное пособие для вузов. -Л.: Энергоиздат. Ленингр. отд-ние, 1990. 512 с.

24. Бедфорд Б., Хофт Р. Теория автономных инверторов / Перевод с англ.- М.: Энергия, 1969. 280 с.

25. Бенгина Т.Н., Чванов В.А. Анализ режимов автономного инвертора при внешних несимметричных коротких замыканиях // Электротехническая промышленность. Преобразовательная техника, 1982. Вып. 3(140). - С. 1-3.

26. Беркович Е.И., Зуев А.И., Иоффе Ю.С., Мотыль А.П. Параллельная работа преобразователей частоты для индукционного нагрева // Электрическая промышленность. Преобразовательная техника, 1973. Вып. 11.- С. 18-20.

27. Бернас С., Цек 3. Математические модели элементов электроэнергетических систем: Пер. с польск. М.: Энергоиздат, 1982. - 312 с.

28. Борисов Б.П., Вагин Г.Я. Электроснабжение электротехнологических установок. Киев: Наук, думка, 1985. - 248 с.

29. Бородин Н.И. Структурная схема при параллельной работе непосредственных преобразователей частоты // Полупроводниковые преобразователи электрической энергии. Новосибирск, 1983. - С.94-103.

30. Бородин Н.И., Подъяков Е.Я., Харитонов С.А. Статический режим параллельной работы двух НПЧ // Преобразовательная техника: Межвуз. науч. сб. НЭТИ. Новосибирск, 1979. - С. 101-112.

31. Бояр-Созонович С.П., Вишневский JI.B., Беляев В.Н. Включение асинхронных генераторов на параллельную работу // Электричество, 1989. -№12. С.32-36.

32. Брон Л.П. О моделировании электрических цепей со сосредоточенными параметрами // Электричество, 1974. № 2. - С.83-85.

33. Бычкова Е.В., Прудникова Ю.И. Обзор современных зарубежных преобразователей частоты и опыт их применения // Электротехника, 1995. №7.- С.36-41.

34. Васильев А.Л. Модульный принцип формирования техники. М.: Изд-во стандартов, 1989. - 240 с.

35. Васильев A.C., Гуревич С.Г., Иоффе Ю.С. Источники питанияэлектротермических установок. М.: Энергоатомиздат, 1985. - 248 с.

36. Васильев A.C., Гуревич С.Г., Качан Ю.П. Параллельная работа преобразователей в электротермии // Электротехника, 1976. № 8. - С.44-48.

37. Вентильные преобразователи переменной структуры / Тонкаль В.Е., Руденко B.C. Жуйков В.Н. и др. Киев: Наук, думка, 1989. - 336 с.

38. Воробьев А.Ю. Электроснабжение компьютерных и телекоммуникационных систем. М.: Эко-Трендз, 2003. - 280 с.

39. Воронин П.А. Силовые полупроводниковые ключи: семейства, характеристики, применение. М.: Изд. дом "Додэка-ХХГ, 2001. - 384 с.

40. Гавриш А.П., Ямпольский JI.C. Гибкие робототехнические системы: Учебник. Киев.: Вища шк., 1989. - 407 с.

41. Гарганеев А.Г. Информативные свойства автономных инверторов в электромеханике // Электричество, 2001. №12. - С.28-36.

42. Голембиовский Ю.М. Тензорные модели многомостовых оперативно перестраиваемых преобразовательных сетей // Проблемы преобразовательной техники: Тез. докл. V Всес. науч.-техн. конф. Киев : Ин-т электродинамики АН УССР, 1991. - 4.2. - С.243-245.

43. Голембиовский Ю.М., Митяшин Н.П., Резчиков А.Ф. Методы синтеза преобразовательных систем. Саратов: Сарат.гос.техн.ун-т, 2001. - 136 с.

44. ГОСТ 13109-97. Электрическая энергия. Совместимость технических средств электромагнитная. Нормы качества электрической энергии в системах электроснабжения общего назначения. М.: Госстандарт, 1998. - 30 с.

45. Григорьев A.M., Синегуб Г.А., Шпер B.JI. Основные направления исследования и повышения надежности силовых полупроводниковых приборов. М.: Информэлектро, 1985. Сер.05. - Вып.1. - С.1-53.

46. Губкин И.А. Метод редукции в теории линейных цепей // Электричество, 1993. №2. - С.45-50.

47. Джюджи Л., Пелли Б. Силовые полупроводниковые преобразователи частоты: Теория, характеристики, применение. / Пер. с англ. М.: Энергоатомиздат, 1983. - 400 с.

48. Долбня В.Т. Топологические методы анализа и синтеза электрических систем и цепей. Харьков : Вища шк. Изд-во Харьк. ун-та, 1974. - 144 с.

49. Дьяконов В., Круглов В. МАТЬАВ. Анализ, идентификация и моделирование систем. СПб.: Питер, 2002. - 448 с.

50. Жежеленко И.В. Высшие гармоники в системах электроснабжения промпредприятия. М.: Энергоатомиздат, 1994. 272 с.

51. Железко Ю.С. О нормативных документах в области качества электроэнергии и условий потребления реактивной мощности // Электрические станции, 2002. №6. - С. 18-24.

52. Заде Л.А. Понятие лингвистической переменной и его применение к принятию приближенных решений. М.: Мир, 1976. - 168 с.

53. Зиновьев Г.С. Итоги решения некоторых проблем электромагнитной совместимости вентильных преобразователей // Электротехника, 2000. №11. -С.12-16.

54. Зиновьев Г.С. Основы силовой электроники. Новосибирск : Изд-во НГТУ, 2003. - 664 с.

55. Зиновьев Г.С. Прямые методы расчета энергетических показателей вентильных преобразователей. Новосибирск : Изд-во Новосиб. ун-та, 1990. -220 с.

56. Кадацкий А.Ф., Артамонова О.М. Оценка качества электрических процессов функционирования импульсных преобразователей модульной структуры на базе силовых каналов инвертирующего типа // Электротехника, 1998. №3. - С. 18-24.

57. Калниболотский Ю.М., Жуйков В.Я., Солодовник А.И. Синтезструктур преобразователей // Проблемы технической электродинамики, 1977. -Вып.62. С. 19-21.

58. Кантер И.И. Преобразовательные устройства в системах электроснабжения. Саратов: Изд-во Сарат.ун-та, 1989. - 260 с.

59. Кантер И.И., Томашевский Ю.Б., Голембиовский Ю.Б. Система централизованного электроснабжения на базе параллельно работающих преобразователей частоты // Электричество, 1991. № 1. - С.39-47.

60. Ковач К.П., Рац И. Переходные процессы в машинах переменного тока. М.: -JL: Госэнергоиздат, 1963. - 774 с.

61. Копылов И.П. Математическое моделирование электрических машин.- М.: Высш. шк., 1987. 248 с.

62. Копылов И.П. Электромеханика некоторые проблемы XXI века // Изв. Академии наук. Энергетика, 2003. - №1. - С. 154-157.

63. Копылов И.П. Электрические машины: Учебник для вузов. М.: Энергоатомиздат, 1986. - 360 с.

64. Корн Г., Корн Т. Справочник по математике для научных работников и инженеров М.: Наука, 1977. - 832 с.

65. Крон Г. Тензорный анализ цепей. М.: Советское радио, 1978. - 719 с.

66. Кузин JI.T. Основы кибернетики: В 2 т. М.: Энергия, 1979. - Т. 2: Основы кибернетических моделей. - 584 с.

67. Лескин A.A., Мальцев П.А., Спиридонов A.M. Сети Петри в моделировании и управлении. Л.: Наука, 1989. - 133 с.

68. Маевский O.A. Энергетические показатели вентильных преобразователей. М.: Энергия, 1978. - 320 с.

69. Мельников Б.С. Поисковое проектирование в электротехнике / Под ред. Г.С. Мыцыка. М.: Изд-во МЭИ, 2003. - 84 с.

70. Минский M. Фреймы для представления знаний. М.: Мир, 1979.152 с.

71. Митяшин Н.П. Автономные инверторы с выходом на двух частотах // Электротехнические комплексы и силовая электроника. Анализ, синтез и управление: Межвуз.науч.сб. Саратов: Сарат.гос.техн.ун-т, 2001. - С.45-62.

72. Митяшин Н.П., Голембиовский Ю.М., Томашевский Ю.Б. Оценка гибкости систем силовой электроники // Актуальные проблемы электронного приборостроения: Тр. Y междунар. конф. Новосибирск, 26-29 сентября, 2000. -Т. 4. - С.91-94.

73. Митяшин Н.П., Томашевский Ю.Б. Гибкие преобразовательные комплексы. Саратов: Сарат.гос.техн.ун-т, 2002. - 128 с.

74. Митяшин Н.П., Томашевский Ю.Б. Оценка влияния малых неопределенных параметров на характеристики агрегированного преобразователя // Изв. вузов. Проблемы энергетики, 2003. №11-12. - С.96-106.

75. Митяшин Н.П., Томашевский Ю.Б. Системный анализ гибких электромеханических объектов: Учеб. пособие. Саратов: Сарат.гос.техн.ун-т, 2000. - 65 с.

76. Митяшин Н.П., Томашевский Ю.Б., Артюхов И.И. Адаптивные системы электроснабжения на базе агрегированных преобразователей частоты // Изв. вузов. Проблемы энергетики, 2002. №5-6. - С.93-103.

77. Митяшин Н.П., Томашевский Ю.Б., Артюхов И.И. Об абсолютной устойчивости двухмостового инвертора тока с расщепленной батареей коммутирующих конденсаторов // Изв. вузов. Энергетика, 1990. №5. - С.53-56.

78. Митяшин Н.П., Томашевский Ю.Б., Голембиовский Ю.М. Переходные процессы при изменении структуры преобразователя частоты // Электротехника и энергетика Поволжья на рубеже тысячелетий: Сб.докл. Поволжской науч.-техн.конф. Чебоксары, 2001. - С.99-100.

79. Митяшин Н.П., Томашевский Ю.Б., Голембиовский Ю.М. Преобразовательные комплексы с изменяющейся структурой // Техшчна електродинамика Тематичний випуск "Силова електрошка та енергоэффективнють". - Киев, 2002. - Ч. 2. - С.24 -26.

80. Митяшин Н.П., Томашевский Ю.Б., Кузьмиченко Б.М. Системообразующие принципы построения электротехнических комплексов с изменяемой структурой // Автоматизация и современные технологии, 2003. -№4. С.7-13.

81. Митяшин Н.П., Томашевский Ю.Б., Мартынов Ю.И. Концепция гибкости электромеханического оборудования // Прогрессивные технологии в науке и производстве: Сб. докл. межвуз. науч.-практ. конф. Камышин, 2001. -С.106-109.

82. Многоинверторные среднечастотные преобразователи в системах электропитания индукционных установок / В.И. Лузгин, А.Ю. Петров, В.В. Шипицын, К.В. Якушев // Электротехника, 2002. №9. - С.57-63.

83. Моин B.C. Стабилизированные транзисторные преобразователи. -М.: Энергоатоамиздат, 1986. 376 с.

84. ПЗ.Мыцык Г.С. Основы структурно-алгоритмического синтеза источников вторичного электропитания. М.: Изд-во МЭИ, 1989. - 108 с.

85. Мыцык Г.С. Улучшение электромагнитной совместимости статических преобразователей повышенной частоты // Электричество, 2000. -№8. С.42-52.

86. Мыцык Г.С., Михеев В.В., Фридман П.М. Многоканальное построение преобразователей с промежуточным высокочастотным преобразованием // Электричество, 1992. №4. - С.22-31.

87. Нечеткие множества в моделях управления и искусственного интеллекта / Под ред. Д.А. Поспелова. М.: Наука, 1986. - 321 с.

88. Нечеткие множества и теория возможностей: Последние достижения / Под ред. P.P. Ягера. М.: Радио и связь, 1986. - 408 с.

89. Нильсон Н. Искусственный интеллект. Методы поиска решений. -М.: Мир, 1973. 270 с.

90. Новосельцев А.В. Методические аспекты теории преобразователей // Вестник АН УССР, 1990. №7. - С. 16-22.

91. Основы инвариантного преобразования параметров электрических цепей / А.И. Матряшин K.JI. Куликовский, С.К. Куроедов, J1.B. Орлов : Под ред. А.И. Матряшина. М.: Энергоатомиздат, 1990. - 216 с.

92. Основы теории цепей: Учебник для вузов / Г.В. Зевеке, П.А. Ионкин,

93. A.B. Нетушил, C.B. Страхов. М.: Энергоатомиздат, 1989. 528 с.

94. Параллельная работа вентильных генераторов в автономных электрических системах постоянного тока / С.Р. Мизюрин, Б.Л. Алиевский,

95. B.А. Сериков, A.C. Коробов // Электричество, 2004. №3 С.37-46.

96. Перспективы применения силовой электроники в энергетике / Г.Г. Жемеров, Е.И. Сокол, А.Ю. Бару, Ю.Л. Шинднес // Техшчна електродинамша. -Тематичний випуск "Силова електрошка та енергоэффектившсть". Киев, 2000. -Ч. 1.-С.З-8.

97. Петергеря Ю.С., Жуйков В.Я. Принципы эффективного интеллектуального управления потреблением энергии в локальных объектах // Техшчна електродинамика. Тематичний випуск "Проблеми сучасно!' електротехшки". - Киев, 2002. Ч. 1. С.90-96.

98. Портной С.Е., Тепман И.А., Сурин A.B. Вопросы эксплуатационнойнадежности силовых полупроводниковых приборов и ускоренной оценки ее // Электронная техника, 1975. Сер.8. - №9. - С.53-60.

99. Преобразовательные комплексы повышенной частоты с расщепленной конденсаторной батареей / Н.П. Митяшин, Ю.Б. Томашевский, И.И. Артюхов, Ю.М. Голембиовский // Изв. вузов. Электромеханика, 2002. -№6 С. 19-25.

100. Промышленные роботы агрегатно-модульного типа / Е.И. Воробьев, Ю.Г. Козырев, В.И. Царенко: Под общ. ред. Е.П. Попова. М.: Машиностроение, 1988. - 240 с.

101. Разработка, исследование и внедрение тиристорных комплексов для электроснабжения цехов и заводов на повышенных частотах: В 2 кн. Отчет о НИР: Сарат.политехн.ин-т. - № Гр 01830040541. - Саратов, 1987.

102. Раскин Л.Г. Анализ сложных систем и элементы теории оптимального управления. М.: Сов.радио, 1976. - 344 с.

103. Раскин Л.Я. Расчет стабилизированного параллельно последовательного инвертора тока с улучшенным использованием конденсаторов // Электротехника, 1987. №9. - С.55-59.

104. Раскин Л.Я. Стабилизированные автономные инверторы тока на тиристорах. М.: Энергия, 1970. - 96 с.

105. Резчиков А.Ф. Структуры автоматизированных систем управления энергетикой промышленных предприятий: В 2-х ч. Саратов: Изд-во Сарат. унта, 1983.

106. Робототехника и гибкие автоматизированные производства: В 9-и кн.- М.: Высш. шк., 1986. Кн. 7: Гибкие автоматизированные производства в отраслях промышленности / И.М. Макаров, П.Н. Белянин, Л.В. Лобиков и др.:

107. Под ред. И.М. Макарова. 176 с.

108. Розанов Ю.К. Параллельная работа преобразователей постоянного тока // Электротехника, 1982. №4. - С.37-39.

109. Розанов Ю.К. Полупроводниковые преобразователи со звеном повышенной частоты. М.: Энергоатомиздат, 1987. - 184 с.

110. Розанов Ю.К., Рябчицкий М.В. Современные методы улучшения качества электроэнергии (аналитический обзор) // Электротехника, 1998. №3. -С.10-17.

111. Руденко B.C., Сенько В.И., Чиженко И.М. Основы преобразовательной техники. М.: Высш. шк., 1980. - 424 с.

112. Сазыкин В.Г. Использование нечетких чисел в задачах электроснабжения. // Электричество, 1995. №3. - С.29-33.

113. Сазыкин В.Г. Расширение и классификация используемых в задачах электроснабжения нечетких чисел. // Электричество, 1996. №6. - С.33-38.

114. Северне Р., Блум Г. Импульсные преобразователи постоянного напряжения для систем вторичного электропитания. М.: Энергоатомиздат, 1988.- 294 с.

115. Сен П. Тиристорные электроприводы постоянного тока: Пер. с англ. М.: Энергоатомиздат, 1985. - 232 с.

116. Сигорский В.П. Математический аппарат инженера. Киев: Технжа, 1977.-768 с.

117. Современные и перспективные силовые IGBT модули / С.Н.Флоренцев, Х.Г. Буданов, В.М. Гарцбейн, JI.B. Романовская // Техшчна електродинамжа - Тематичний випуск "Силова електрошка та енергоэффективнють". - Киев, 2000. - Ч. 1. - С. 19-28.

118. Создание серии IGBT преобразователей частоты для регулируемых асинхронных электроприводов / В.А.Барский, М.Г.Брызкалов, Н.А.Горяйнов и др. // Электротехника, 1999. №7. - С.38-41.

119. Справочник по преобразовательной технике / И.М.Чиженко, П.Д.Андриенко, А.А.Баран и др.: Под ред. И.М. Чиженко Киев: Техшка, 1978.- 447 с.

120. Справочник по теории автоматического управления / Под ред. A.A. Красовского. М.: Наука, 1987. - 712 с.

121. Стабилизированные автономные инверторы с синусоидальным выходным напряжением. / Ф.И. Ковалев, Г.П. Мосткова, В.А. Чванов и др. М.: Энергия, 1972. - 152 с.

122. Стжелецки Н. Методы и средства эластического управления передачей мощности в рассредоточенных системах переменного тока // Техшчна електродинамика. Тематичний випуск "Силова електрошка та енергоэффективнють". - Киев, 2003. Ч. 1. - С.61-66.

123. Стратегия адаптивного управления многоканальными источниками питания / И.И. Артюхов, Н.П. Митяшин, В.А. Серветник, Ю.Б. Томашевский // Распределенные информационно-управляющие системы. Саратов: Изд-во Сарат.ун-та, 1988.-С.210.

124. Супронович Г. Улучшение коэффициента мощности преобразовательных установок / Пер. с польск. М.: Энергоатомиздат, 1985.136 с.

125. Тарарыкин C.B., Тютиков В.В. Структурная оптимизация многодвигательных электромеханических систем // Электричество, 2001. № 1. С.24-30.

126. Тиристорные преобразователи повышенной частоты для электротехнологических установок / Е.И. Беркович, Г.В. Ивенский, Ю.С. Иоффе и др. JL: Энергоатомиздат. Ленингр. отд-ние, 1983. - 208 с.

127. Тиристоры : Справочник / О.П. Григорьев, В.Я. Замятин, Б.В. Кондратьев, С.Л. Пожидаев. М.: Радио и связь, 1990. - 270 с.

128. Толстов Ю.Г. Автономные инверторы тока. М.: Энергия, 1980.208 с.

129. Томашевский Ю.Б. Блочно-модульные преобразовательные системы с перестраиваемой структурой // Вопросы преобразовательной техники, частотного электропривода и управления: Межвуз.науч.сб. Саратов: Сарат.гос.техн.ун-т, 1998. - С. 103-107.

130. Томашевский Ю.Б. Влияние модульных электротехнических структур на питающую сеть // Электротехнические комплексы и силовая электроника. Анализ, синтез и управление: Межвуз.науч.сб. Саратов: Сарат.гос.техн. ун-т, 2004. - С.4-10.

131. Томашевский Ю.Б. Выбор мощностного ряда в блочно-модульных преобразовательных системах // Вопросы преобразовательной техники, частотного электропривода и управления: Межвуз.науч.сб. Саратов: Сарат.гос.техн.ун-т, 1999. - С.76-78.

132. Томашевский Ю.Б. Определение оптимального составаоборудования в модульных электротехнических комплексах // Электротехнические комплексы и силовая электроника. Анализ, синтез и управление: Межвуз.науч.сб. Саратов: Сарат.гос.техн.ун-т, 2003. - С.44-47.

133. Томашевский Ю.Б. Оптимизация установленной мощности в гибких электротехнических комплексах // Проблемы точной механики и управления: Сб. науч. тр. Саратов: Ин-т проблем точной механики и управления, 2004. -С.28-30.

134. Томашевский Ю.Б. Развитие концепции гибкости в электротехнических комплексах // Вестник СГТУ, 2004. №2. - С. 119-128.

135. Томашевский Ю.Б. Стратегии управления блочно-модульными преобразовательными системами // Fourth international conference on Unconventional Electromechanical And Electrical Systems. St.Petersburg, Russia, June 21-24, 1999. - C.1227-1230.

136. Томашевский Ю.Б. Тиристорный комплекс повышенной частоты для питания групповой двигательной нагрузки: Дис. . канд. техн. наук. Саратов, 1991.-337 с.

137. Томашевский Ю.Б. Формализация поиска структур гибких электротехнических комплексов // Проблемы энергетики: Межвуз.науч.сб. -Саратов: Сарат.гос.техн.ун-т, 2004. С.207-212.

138. Томашевский Ю.Б., Голембиовский Ю.М., Пятницын В.Н.

139. Модульный принцип организации как основа гибких преобразовательных систем // Техшчна електродинамика. Тематичний випуск "Силова електрошка та енергоэффектившсть". - Киев, 2000. - Ч. 1. - С.35-38.

140. Томашевский Ю.Б., Голембиовский Ю.М., Суманеев Г.Э. Оптимизация конфигурации электротехнического оборудования в энергосберегающих преобразовательных комплексах // Энергосбережение в Саратовской области: Науч.-практ. журнал, 2003. №2. - С.42-43.

141. Томашевский Ю.Б., Митяшин Н.П. Проектирование автоматизированных систем обработки информации и управления на основе системного подхода: Учеб.пособие. Саратов: Сарат.гос.техн.ун-т, 2000. - 62 с.

142. Томашевский Ю.Б., Митяшин Н.П., Голембиовский Ю.М. Управление электротехническими комплексами с модульной архитектурой // Техшчна електродинамика Тематичний випуск "Силова електрошка та енергоэффектившсть". - Киев, 2003. Ч. 1. С.51-52.

143. Томашевский Ю.Б., Скуфин H.A. Цифровое управление гибкими системами электропитания для электротермии // Электротехническиекомплексы и силовая электроника. Анализ, синтез и управление: Межвуз.науч.сб. Саратов: Сарат.гос.техн.ун-т, 2003. - С.61-65.

144. Тонкаль В.Е., Новосельцев А.В., Стрелков М.Т. Оптимизация силовых полупроводниковых преобразователей // Оптимизация схем и параметров устройств преобразовательной техники : Сб. науч. тр. Киев: Наук, думка, 1983. - С.3-13.

145. Флоренцев С.Н. Силовая электроника начала тысячелетия // Электротехника, 2003. № 6. - С.3-9.

146. Флоренцев С.Н. Силовые ЮВТ-модули основа современного преобразовательного оборудования // Электронные компоненты, 2002. - №6. -С.11-17.

147. Харитонов С.А. Энергетические характеристики электрических цепей с вентилями. Геометрические аналогии : Учеб. пособие. Новосибирск:1. Изд-во НГТУ, 1998. 168 с.

148. Хартли Дж. ГПС в действии / Пер. с англ. М.: Машиностроение, 1987.-328 с.

149. Чванов В.А. Динамика автономных инверторов с прямой коммутацией. М.: Энергия, 1978. - 168 с.

150. Чванов В.А. Многомостовая вентильная цепь как элемент динамической системы // Электричество, 1990. №7. - С.46-52.

151. Чванов В.А. Новые тенденции развития полупроводникового электротехнологического аппаратостроения // Силовая электроника в решении проблем ресурсо- и энергосбережения: Сб. тр. Междунар. науч.-техн. конф. -Харьков: ХПИ, 1993. С.148.

152. Черноруцкий И.Г. Оптимальный параметрический синтез: Электротехнические устройства и системы. Л.: Энергоатомиздат, 1987. - 128 с.

153. Черных И.В. 81МиЬШК: Среда создания инженерных приложений / Под общ. ред. В.Г. Потемкина. М.: ДИАЛОГ-МИФИ, 2003. - 496 с.

154. Черных Ю.К. Человеко-машинная процедура поиска решений в задачах многоцелевой оптимизации параметров статических преобразователей // Изв. вузов Энергетика, 1988. №6. - С. 16-21.

155. Чуа Л.О., Пен-Мин Лин Машинный анализ электронных схем: Алгоритмы и вычислительные методы: Пер. с англ. М.: Энергия, 1980. - 640 с.

156. Шенфельд Р., Хабигер Э. Автоматизированные электроприводы /Под ред. Ю.А. Борцова. Пер. с нем. Л.: Энергоатомиздат, 1985. - 464 с.

157. Шидловский А.К., Мостовяк И.А., Кузнецов В.Г. Анализ и синтез фазопреобразовательных цепей. Киев: Наук, думка, 1979. - 252 с.

158. Щербаков Б.Ф., Русских A.A. Механизм распределения активных нагрузок параллельно работающих инверторов тока // Электротехническая промышленность. Преобразовательная техника / Информэлектро. М., 1974. -Вып.4.

159. Энергетическая электроника: Справочное пособие /Под ред. В.А. Лабунцова. Пер. с нем. М.: Энергоатомиздат, 1987. - 464 с.

160. Патент №2096888 Россия. Способ регулирования реактивной мощности и устройство для его осуществления / И.И. Кантер, Н.П. Митяшин, Ю.М. Голембиовский, Ю.Б. Томашевский, Г.Э. Суманеев, А.Ф. Резчиков // Открытия. Изобретения, 1997. -№32.

161. Патент на полезную модель РФ №36157. Компенсатор реактивной мощности на основе агрегированного преобразовательного комплекса / В.А. Дерунов, Н.П. Митяшин, Ю.Б. Томашевский, О.Н. Рябов // Открытия. Изобретения, 2004. №6.

162. A.c. 1001373 СССР, МКИ Н 02 М 7/515. Групповой преобразователь частоты / И.И. Кантер, И.И. Артюхов, Н.П. Митяшин и др. // Открытия. Изобретения, 1983. №8.

163. A.c. №1111241 СССР. Групповой преобразователь напряжения / И.И. Кантер, И.И. Артюхов, Ю.Б. Томашевский и др. // Открытия. Изобретения, 1984.-№32.

164. A.c. №1115183 СССР. Инвертор / И.И. Кантер, И.И. Артюхов, Ю.Б. Томашевский и др. // Открытия. Изобретения, 1984. №35.

165. A.c. №1249688 СССР. Многодвигательный электропривод / И.И. Кантер, Н.П. Митяшин, И.И. Артюхов, Ю.Б. Томашевский, С.Ф. Степанов, А.Н.

166. Корнев, А.Н. Жуков // Открытия. Изобретения, 1986. №29.

167. A.c. №1265951 СССР. Устройство электроснабжения / И.И. Артюхов, В.А. Серветник, Ю.Б. Томашевский // Открытия. Изобретения, 1986. -№39.

168. A.c. №1267563 СССР. Групповой преобразователь частоты / И.И. Артюхов, Ю.Б. Томашевский, В.А. Серветник // Открытия. Изобретения, 1986. -№40.

169. A.c. №1307521 СССР. Многодвигательный электропривод переменного тока / И.И. Кантер, И.И. Артюхов, Ю.Б. Томашевский и др. // Открытия. Изобретения, 1987. №16.

170. A.c. №1388973 СССР. Устройство для управления группой N статических преобразователей частоты, включенных параллельно по входу и выходу / И.И. Кантер, Ю.Б. Томашевский, И.И. Артюхов и др. // Открытия. Изобретения, 1988. №14.

171. A.c. №1410261 СССР. Способ пуска асинхронного электродвигателя от автономного инвертора тока / В.А. Серветник, И.И. Артюхов, Ю.Б. Томашевский // Открытия. Изобретения, 1988. №26.

172. A.c. №1429264 СССР. Способ пуска группы асинхронных электродвигателей от источника ограниченной мощности / И.И. Артюхов, В.А. Серветник, Ю.Б. Томашевский // Открытия. Изобретения, 1988. №37.

173. A.c. №1432698 СССР. Групповой преобразователь частоты / И.И. Артюхов, Ю.Б. Томашевский, В.А. Серветник и др. // Открытия. Изобретения, 1988.-№39.

174. A.c. №1436236 СССР. Групповой преобразователь частоты / И.И. Артюхов, Ю.Б. Томашевский, В.А. Серветник // Открытия. Изобретения, 1988. -№41.

175. A.c. №1444928 СССР. Электропривод переменного тока / И.И. Артюхов, В.А. Серветник, Ю.Б. Томашевский // Открытия. Изобретения, 1988. -№46.

176. A.c. №1471247 СССР. Устройство для регулирования реактивной мощности / И.И. Артюхов, В.А. Серветник, Ю.Б. Томашевский и др. // Открытия. Изобретения, 1989. №13.

177. A.c. №1525855 СССР. Электропривод переменного тока / И.И. Артюхов, В.А. Серветник, Ю.Б. Томашевский // Открытия. Изобретения, 1989. -№44.

178. A.c. №1529380 СССР. Трехфазный инвертор/ И.И. Кантер, Ю.Б. Томашевский, JI.B. Щедриков и др. // Открытия. Изобретения, 1989. №46.

179. A.c. №1541735 СССР. Устройство управления преобразователем для системы электропитания / И.И. Артюхов, В.А. Серветник, Ю.Б. Томашевский и др. // Открытия. Изобретения, 1990. №5.

180. A.c. №1582327 СССР. Устройство для пуска асинхронного двигателя / В.А. Серветник, И.И. Артюхов, Ю.Б. Томашевский и др. // Открытия. Изобретения, 1990. №28.

181. A.c. №1605306 СССР. Электропривод переменного тока / В.А. Серветник, И.И. Артюхов, Ю.Б. Томашевский и др. // Открытия. Изобретения, 1990.-№41.

182. A.c. №1607063 СССР. Автономный инвертор / И.И. Артюхов, Н.П. Митяшин, В.А. Серветник, Ю.Б. Томашевский, О.Ю. Шароватова // Открытия. Изобретения, 1990. №42.

183. A.c. №1614091 СССР. Электропривод переменного тока / В.А. Серветник, И.И. Артюхов, Ю.Б. Томашевский и др. // Открытия. Изобретения. 1990,-№46.

184. A.c. №1665479 СССР. Устройство для управления включенными параллельно по входу и выходу N статическими преобразователями частоты / И.И. Артюхов, В.А. Серветник, Ю.Б. Томашевский и др. // Открытия. Изобретения, 1991. №27.

185. Cameron М.М. Trends in Power Factor Correction with Harmonic Filtering // IEEE Transactions on Industry Applications, 1993. V. 29. - №1. - P.60

186. Control of Circulating Current in Two Parallel Three-Phase Boost Rectifiers / Zhihong Ye, D. Boroyevich, Jae-Young Choi, Fred C. Lee // IEEE Transactions on Power Electronics, 2002. V. 17. - №5. - P.609-615.

187. Enslin J.H.R. Interconnection of Distributed Power Inverters with the Distribution Network // IEEE Power Electronics Society NEWSLETTER, 2003. V. 15.- №4. - P.7-8, 10.

188. Ertl H., Kolar J.W., Zach C. A Novell Multicell DC-AC Converter for Applications in Renewable Energy Systems // IEEE Transactions on Industrial Electronics, 2002. V. 49. - №5. - P.1048-1057.

189. Gyu-Hycong, Sun-Soon Park A New Current Source Inverter with Simultaneous Recovery and Commutation // Conf. Rec. IEEE Ind. Appl. Soc. 22-nd Annu. Meet. Atlanta, Ptl, 1987. - P.691-698.

190. Leonhard W. Microcomputer Control of High Dynamic Performance ac-Drives-A Surveg // Automatica, London, 1986. V. 22. - №1. - P. 1-19.

191. Lorenzo S., Ruiz J.M., Aidana F., Uceda J. Power Electronics Systems Simulation Using Personal Computers // IECON 86. Proc. Int. Conf. Ind. Electron., Contr. and Instrum., Milwaukee, Wise., Sept. 29 Oct. 3, 1986 - New Jork, 1986. -V. l.-P. 757-762.

192. Mas wood A.I., Yusop A.K., Rahman M.A. A Novel Suppressed-Link Rectifier-Inverter Topology with Near Unity Power Factor // IEEE Transactions on Power Electronics, 2002. V. 17. - №5. - P.692-700.

193. Mazumder S.K., Nayfeh A.H., Borojevic D. Robust Control of Parallel DC-DC Buck Converters by Combining Integral-Variable-Structure and Multiple-Sliding Surfase Control Schemes // IEEE Transactions on Power Electronics, 2002. -V. 17. №3. - P.428-437.

194. Perreault D.J., Kassakian J.G. Design and Evalution of a Cellular Rectifier System with Distributed Control // Record of the 29th IEEE Power Electronics Specialists Conference, Fukuoka, Japan, May 17-22, 1998. V. 1. P.790-797.

195. Redl R., Tenti P., Van Wyk J.D. Power electronics polluting effects // Spectrum IEEE, 1997. V. 5. - P.32-39.

196. Schweickardt H.E., Beeler H. The Evolution of URS-System over Various Generations and Their Development // RGE, 1988. №2. - P. 23-26.

197. Simplified Steady-State Model of an SCR-Inverter-Based Load-Commutated Commutatorless Series Motor / K. Mukherjee, S. SenGupta, T.K. Bhattacharya, A.K. Chattopadhyay // IEEE Transactions on Energy Conversion, June, 2002. V. 17, №2. P. 197-202.

198. Slonim M.A., Biringer P.P. Analysis of the Transient and Steady-State Processes in the Parallel Inverter // IEEE Transactions on Industrial Electronics, 1982. V. 29. - №4. - P.329-336.

199. Sugeno M. Fuzzy measure and fuzzy integral // Trans. SICE, 1972. V.8.- №2. P.95-102.

200. Szekely I., Macelaru M., Duck W. Current Equalization System for a Medium Frequency Static Converter with Parallel Operating Inverters // Proc. Conf. Optimiz., Elec., Electron. Driving, Autom. and Comput. Equip., Brasov, 1987. V. 1- P.213-218.

201. Tymerski R., Vorperian V. Generation, classification and analysis of switched-mode DC-to-DC converters by the use of converter cells // Conference proceedings INTELEC-86. P.181-195.

202. Wilson James W.A. Double bridge inverters with magnetic coupling. // IEEE Confer. Rec. IAS Annu. Meet., 1976: Pap. 11-th Annu. Meet., Hyatt Regency O'Hare. Chicago, 111, 1976. - P.345-352.