автореферат диссертации по электротехнике, 05.09.03, диссертация на тему:Исследование методами математического моделирования электромеханической системы ветроэнергетической установки с оптимальным отбором мощности ветродвигателя и стабилизацией частоты на выходе инвертора тока

ДЕРЖ А ВНИЙ У Н!В Е Р С ИТ ЕТ "Л Ь В I В С ЬК А П О Л I Т Е X I I I К Л"

.ПГ5 ОД

4 . па правах рукопису

1 1 № Шо

Р У д и й Тарас В о л о д и м п р оо и ч

Д0СЛ1ДЖЕННЯ МЕТОДАМИ МАТЕМАТИЧНОГО МОДЕЛЮВАННЯ ЕЛЕ1СТРОМЕХАН1ЧНО? СИСТЕМИ В1ТР0ЕНЕРГЕТИЧН01 УСТАНОВКИ 3 ОПТИМАЛЫШМ В!ДВОРОМ П0ТУ21Ш0СТ1 ВГТРОДВИГУНА I СТАБ1Л!3АЦ1€Ю ЧАСТОТИ НА ВИХОД! ШВЕРТОРА СТРУМУ

05.09.03 - елгктротехтш1 комплексы та системы, ■''■■' ааюиаючи ¡х упраелтт та регулюеаиия

АВТОРЕФЕРАТ дпсертацп иа адобутгя наукопого ступепя кандидата техтичгогх паук

Льв'ш -1996

Ди^рдлШе» е рупопис

Робот виконаиа в УкраЗ'нському державному д1сотехн1чному

уШверситет!

Изуксашй кер1вшш )и»1сульха1!Т

- доктор №хн!чних паук, професор Плагапша Ояолян Григорович

- доктор тхн1чних наук Цгоев Руслан Серггйовяч

0$1цш>1 опшшнх11

доктор техн1чних наук, професор ГощШто Еолодишф 1вашвич

кандидат техн1чних наук, доцент Шх&йл1в &здола 1ванашч

Ирда1даа оргашаац!я - 8ах1дний рег1ональний центр науково-Лйсл1дного, проекте-конструктрського 1нсттуту нетрадщ1Шо2 енер-геггти 1 електротехн1ки Шн1 стерста енергетки 1 едектриф1кац11 Унра1ни,- м. Борйсдав. '

Захист в1дбудеться на вас1дання спец1ал1вовано1' радо К.04.06.17. у державному ун1версит&т1 "Льв1всъка под!техн1ка'< " юдв

о " // " годин! за адресою: 290010, Льв1в, вуя. С. Бандери Ко

3 дисершц!ею иожна ознайоишшея у 61 бл1 силен! ДУ "Дьв1$съка лол1-техн1ка" (290008, ч.Льв1в. вуя. Професорська N0 1). .

Автореферат роз1слапий и иЬи^О'ЬЭ 1996 р.

сенратар с&ац&аЗггззаоХ вчевоУ рада

У2РУВДЙ -Я.».

- 3 -

ЗЛГЛЛЪНД ХАРАКТЕРЯСТШ<Л РОВОТИ

АктуаямИсть томи. Проблема використачия енергП Штру не е ною, однак, з використанням сучасних досягнень п галуз! новкх матер1-1в, перетворення механично? енергП в електричну, васоб1в керування на вимагае розв'язання на як1сно новому р1вн1. В загальн1й проблем! ремо розглядаеться задача перетворення механ1чно'1 енергП в елект-чну з використанням в1дпов!дних засоб!в керування. Серед р1знома-гност! схем такого перетворення Шкавсю е система "синхронний гене-гор - перетворювач частота з ланкою пост!иного струму - система ав-латичного керування". Дана система дозволяе забезпечувати оптималь-л в1дб1р потудност1 в1тродвигуна шляхом регулювання його кутово! зтоти як функцП швидкост! в1тру. Внкористання в схемх 1нвертора зуму дозволяе передаватн через перетворювач частоти велику потуж-зть, однак, при цьому 1снуе проблема його стаб1лыга! робот» на ав-юмне навантанення.

Досл1дкення потужних електромехаШчних систем а огляду на еконо-■1н1сть доц1льно проводим методами математичного моделювання па су-зних ЕОМ, для чого необх!дн! адекватн! ориПналу математичн1 модел1 з1дпов1дне программе вгбеэпечення.

Анал1з л!тературн в галуз! електромехан!чних систем 1 електрое-згетики св!дчить, що на сьогодн! 1снуе необх1дн!сть ровробкк мате-гично'1 модел! вказаноЧ вище електромехан!чно1 системи, я г. а була б зкватного орнг!налу 1 дозволяла дослЦжувати як статичн!, та}: 1 ди-л!чн1. реяими. виннкнення яких можливе при робот1 електромехан1чно! зтеми у в1троенергетачн!й установи!. Така математичпа модель повин-враховувати взаемний вплив структурнпх елемент1в, комутац!йн1 про-:и та 1нш1 иелШйност! схеми, бути оптимального за швидкод1ею, з шду П ор!ентацП на багатовар!ангн! роарахунки.

Враховуючи сказане вище, ровробка матсматичних моделей, в!дпо-(ного програмного забезпечення для системи "в!тродв«гуи - синхрон-1 генератор - перетворювач частоти з лайкою пост1йного струму - ■ жтрична мережа (автономно навантахенпл) - система автоматичного зуваиня", а такок оптим1зац!я структури 1 парамотр!в схеми е акту-|Ною-наукоЕШ задачею.

Што» робота е:

- створення на основ! теорП математичного моделювання електро-шнно-вентильних систем математично? модел1 в1трооиергетично'1 уста-1ки за схемою "в!тродвигуи - синхронний генератор - перетворювач ¡тоти з ланкою пост!йного струму - електрична мережа (автономие нападения) - система 'автоматичного керування" в оптимальним в1дбором ■ужност! в!тродвигуна;

- стабШаащя частоти 1 иапруги на наваптааеюЦ;

- виконання циклу математичних експеримент^в, в використання розрсбленого програмного комплексу, стосовно оптюДзацН структури 'I параметр! в схеш.

Автором зазаецаються:

- ыатематичн! модел! едектромехшЦчно! систеыи в1троенергетичнс установки в оптималъним выбором потужност! в^родвигуна.^ стабШзг ц!ею частоти 1 напруги на навантажешп за допомогою 1нве*ртора стру». як системи р1внянь у фазних 1 обертових координатах, для досл1дкещ кваз1усгалеши та динам1чних режим1в роботи;

- спос1б форыування модел! електроыехан1чно1 систеыи на осно? моделей структурних елемент!в у обертовцх координатах в використаиш методу вузлових потенц1ал1в;

- алгоритми ровв'язування вказаних р!внянь 1 програыний кош леке, якин дозволяв ед1йсюовати математичн! екеяериыенти, досл!джувг ти статику -1 дштгЛку в1троенергеткчно1 установки;

- спос1б стабШБацН частоти синхроняиы компенсатором а давач« положения ротора на внход! 1нвертора струыу при робот! в1троенерп тично! установки' на автоноыне навантаження;

- реэультати досл1дкень процес1в 1 характеристик в1троенергет)г но! установки при П робот! на електричиу мережу 1 автономне навантг ження.

Шукава иошиэ,' ...

На един1й метододог1чн1й. основ! роароблен1 ыатеиатнчн! моде. в!троенергетично'1 установки з оптимальним в1дбороы потуадаост! в!тр< двигуна, стабШзац!ею частоти 1 напруги на виход! 1нвертора стру) ' для досл1дження статики 1 динаы!ки, що е ковим при роав'явашЦ под!< ного класу вадач.

Роэроблений програыний комплекс для доел!доения процес1в е нов: 1 ориг!нальним.

Залропоновано цростий 1 водночас ориПяалышй слос!б стабШв ц1'1 частоти на автономному навантаженн! за допомогою рерулзовання на руги збудження синхронного компенсатора з давачем положения ротора.

Результати досуЦдження в1троенергетично1 установки яотукн1с 1000 кВт, отриман! шляхом матеыатичного моделювання, становлять соб наукову новиану.

Прагшина ц1ш11схь полягаб в наступному:

1. Запроггаиований способ стайШвацП частоти инвертора стру дозволяе працовати в1троенергетичн1й установцх в автономному режим а також утримувати частоту 1 напругу при в1дмикашшх в!троенергети но! установки внасл1док аварП в енергосистем!,

2. Програшглй комплекс дозволяв провести цикл мзтгчатичиих ;римент1в, для в1трогнерГ2т;;чш!Х установок вказано: схем;.? на р!зш. этуялост1, цо дае мохтшз!сть оперативно проводите лосл^диения на гал1 проектування, а такт вивчатп процесл як фах1вшши, так 1 при 1дготсзц1 фах1вц1в з етеллуатоцП под!бшк вггроеиергетичних систем.

3. Програмний комплекс могла взятл за основу для створення тре-зжер!в з експлуатацП в!троенергетичних установок.

4. Результата досл1ддень внкористшй при проектувашп в1троенер-гтично) установки потулн1стю 1000 КВт.

Реал1эсц1я 1 сяроваг+жшт pegymorio.

3 викорлстаншм натер!ал 1в дисертацП викоиено дв! науково-дос-1ДШИ роботи. 0)фо?.п ярограми1 модул!, результата досл1дженъ, вмсо-ан1 шляхом математичного моделювашш на ЕОМ, впровадяен1 у ВНД1Елек-роенергетики i ВНД i ЦЦ1 "Идропроект" (м. Москва), ВНД1Емашнюбуду-ання (м. Санкт-Петербург), КиЗвськему га ЛьлЗвсъкому лол1тех1пчип:! нститутах,■Укра1иськомудержавному л1сотохи1чному унЗверситетЬ

Апробация ропота. Ociiobhí положения i результат« яисертал1й:га1 оботи доповЗдались, обговорювались i огримаяи поэитившш в1дгук па ,ор1чпих науково-техн1чних ганференцАях Льв1еського д1сотехн1чного нституту (тепер УкраИнсыюго. державного л1сотехн!чного уи1верснтету) 1987 - 1994 р.р., пауковому cewinapi з проблем математичиога кодз-хгошшя процесАв 1 опт;ш1егц11 динач1чпих к1л i електрнчшк спозем в йишшмя олемйНтг'.;и у Льв1всысому пол1техи1чному 1нотитут1 25.05.1089 р.), I Осгсозозп1й яауково-техн!чя1й конфереицП з елект-юмзхалотроШют (Лен1пград, 1987 р.), V Всесоюзн1й нау1югю-те,чн1ч1пп шферснцЛ "Дииач1чн1 режши роботи олектркчпих мзйин 1 електропри-!ОД1в" (Каунас, 1988 р.), ВсесоюзШй науково-техн1чн1й коиферешЦЗ до 00 р1ччя впнаходу асинхронного двигуна "Сучасн! проблем! електроме-;ен1Ш5" (Москва, 1989 р.), VI БсесоюзШй науково-техн1чн1й конфереи-(II "Дmmluiíí ретш роботи -електричнпх ыемип i електропривод1в" [БШкегс, 1991р. ), ВсессюзШй нау1С0Е0-техи1чн1й конференц!"! "Проблеми >лектромалинобудувавня" (Лен1нград, 1831 р.), X Всесоюзн1й nay¡to-ю-техн1чн1й конфереицП 'Чптелектуахый едеитродвнгуни 1 економ!я ¡лектроенергП" (Суздаль 1991 р.), I' ШгхяародШй иауково-техн1чи1й сонференцП "Матекаимне моделкшання в електротехнШ! й енергетиц1" [JIbBiB, 1995 р.).

Нубл1и2цП. Ochobhí пауков! результата га темою дисертацИ опуб-üкованi в трьох науково-техн1чних статтяк, дев'яти тезах допов!дей.

Cúcrs i -структура работ. Дисергац1йна робота викладсиа на 305 :тор!нках машинописного тексту, 1люстроваяа 144 рисунками 1 склада-

- 6 - .

еться з вступу, трьох роздШв, BiictioBKiB, 167 найыенувань 6i6aiorpa-ф1чно]'о списку, 7 додатк1в.

з i: i с т р о б о т и

У saryni вроблеыо огляд д1тератури, в як!й описано проблеми 1 схеыи електромехаШчного неретворення enepri'i BiTpy, метод» досд1д-ження керованих електромехан!чних систем, с<£ормульован1 задач! дос-д1даення.

PisHOwaHiTHicTb схем i складн!сть npouecio, як! в1дбуваються в керованих електромехатчних системах з напд.впров!дниковиш перетворю-вачами ври наявност1 р18ншан1тних збурень на валу електрично! пашни, а таксис si сторони споживача, е причиною В1дсутност1 на сьогодн! едино! методики досшдження i проекту ваши, нозвачсаючи на те, щр в!т-роенергетика не е новою науковою проблемою.

На основ! анализу лгтературних джерел для розв'язання сфорыульо-ваннх у дисертацП задач досл!дження вроблено висновок про доц!ль-п1сть використання Teopi'i матеыатичного моделювання електроыашин-ио- вент шр>ю!х систем, роароблено!' д. т.н., професороы Плахтино» О.Г., оск!дьки ця теория вабеапечуе единий ыетодолог1чний П1дх1д при анал!-si npoL,eoiB i режшЛв робота керованих електромеханiчних систем.

И первдшу роздШ описано осиовн! схеми електромехшачного пе-ретьорения enepri'i в!тру, дана вагальна характеристика в!тродвигун!в, наведено функцЮнальн! схеми вхтроенергетично"! установки за схемою "леретворювач частота в ланкою посИйного струму - явнополвена синхронна, машина'Y ассереджено увагу на задачах досд!дження i проектуван-ня ватроенергетично! установки.

ЕИдоШ два види в1троенергетичних установок: працшчих парадель-но в енергосистемою; працшчих на автономне (не пов'язане з енерго-системою) навантазкення.

Еатродвигуни, жи перетворшють енерг!ю в!трових поток1в у ыеха-Шчну енерг1ю под!ляютъся на два класи: в1тродвигуни 8 горизонтальною Biccio обертання; в!тродвигуни з вертикальною в! соо обертання.

Регулювання моменту в!тродвигуна зд1йснюеться поворотом лопатей за допомогом г1дравл1чн»!Х або електромехшичних систем керування, або suiiiojo його ИЕидкост1. В периому внпадку частота генератора вабезпе-чуеться регулюванням моменту, а в другому - частота е зы1шюю.

Електроыехан1чн1 систеыи под!ляються на керован! та некероват i становлягь собою традицШу електричну машину, керування якаю Ед1йснюеться за допомогсао нап1впров!дникових перетворювач!в (випряы-алчАв, 1нвертор!в, перетворювач1в частоти в ланкою пост!иного струму,

ди!игоконвертор1в), п!д'едпшшх до обмоток статора або ротора. .

Застосуванням нап 1 пиров 1 днпкоеик перетсорювач!в розв'язуеться задача оптимального в!дбору потужност! в!тродвигула, аэбезпечуються миимальн! режими робота в1троенергетичш'х у станового

Функц!опальна схема в1троенергетично! установки, яка лрацш па-)алельно з енергоситемою, подана иа рис.1, а силова схема при робот! )1троенергетнчно1 установки на автономно навантаження - на рис.2.

В1тродвигун будемо розглядати же одномасову ыехан1чну систему, nía створюе момент на валу генератора у виглядí функц!'i

If- Г(Г.ы.г.а). (1)

:е it - момент в1тродвигуна; Y - ивидкЮтъ BiTpy; и - [сутова частота ¡!троколеса; г - кут повороту ротора; а - кут нахилу лопат! в1троко-;еса до nanpntucy в!трового потею/.

Для заданого кута нахилу лопат! при умов!, що момент I! по заявить в1д кута повороту ротора, вшсористано с1мейство мехгШчиих у,а-актеристш: в 1 троколеса з вертикально» bícckj оберташш, стрпмшшх ксперитнтальио в аеродипам!чн1й труб! для р1зпих швцдкостей вiтру. i характеристики у вигляд! кусково-лШйно! 1нтерполяц11 ФунгадП вох незалекнлх зм!штх використовувалися для досл1дкення i опттЛsail паршетр!в електремехан1ч!го1 системи. Окреш виконан! досл!даешш ля oniiíim впливу ¡ia елоктромехан!чну систему зм1нн моменту dítpoko-еса в!д кута нахилу лопат! та кута повороту ротора.

ФушгцЮиальна слега, подана на рис.1, забезпечуе ponrin вхтроко-еса а задании прискорепням, геиерувалля eiieprl'J 8 нео0х1дннм cos? i птшьиш э!Дбором потужюст! в1тродвигула, а такоя электричке зльыузашш з п!дпов!д!Шм в1д'ешшм прискорепням.

Вказач1 pciran.CE рсботп реад1зукпъся пролсрц!Лчо-1нтегра'1ьними ре-/ляторами, як! вабеэпечують керування стру?гу Ебудг.ешш генератора, /та 8ал18нёпня випрдщяча, ityra вшередагання 1нвертора.

Схеуэ, подана па р'ло.1, не моле прадавати при в1дмнканн! в!д ые-зж1 ado на паенвнэ наваптатлгиня а огляду на специфЬ'су роботи iimep-pa струну. Для усунегам'niel проблем» лропоиуеться вккористовувати ¡ему, подану па рис.2, в як1й в ашхрошшп компенсатор з давачем по-хгеппя ротора. В ц1й схем! синхронний компенсатор виконуе дв! функ-Л. Перша, основна функц1я, - 8абезпечен1ш ста01льно1' частоти на ви-)Д1 iimepTopa, що зд!пстозться за допомого» регулятора напруги збуд-шня синхронного юомпеисатора на основ! ?сутово1 частоти ротора, яка ipCTKO 8в'яэаиа> частотам навантаження. Налруга, яка подаеться на >мотку вбудження синхронного гампенсатора в вкаааюго регулятора, [значасться за фор.мулао

SÎEProOKCTEM

Рис.1, функшональна схема в1троенергетично'1 установки, працюючо'1 на енергосистему

Н - автономне навгнтахення; ТР - трансформатор; ТП - тирисюрнки перетворювач частота; СГ -синхронний генератор; СК - синхронний компенсатор; ДЗСГ - длерело збудже.ння синхронного генератора; ДЗСК - джерело збудження синхронного компенсатора; ДПРСГ - давач положения ротора СГ; ДГРСК. - давач положения ротора СК; Р1,_Р2, РЗ - регулятсри

t

PtcH - kf-ifn - fa) + AufitfH - (2

о

Ae Af, Лиг " статичн! коеф!ц!енти передач! регулятора; /з - задш: частота напруги на навантаженн!; Ai - частота напруги на наванташ; Hi, яка обчислюеться за формулою

Гц - Ро-^т-п), '' (£

де ро - к1льк1сть пар полксхэ синхронного компенсатора; да - кутох шв»щк1сть ротора синхронного компенсатора.

3 (2) б очевидним, и,о вменшення частоти приводить до внижеш напруги ебудження синхронного компенсатора. Зваааши на те, до Hanpv га на виход! 1нвертора струму е стаб!льно» ва рахунок регулятора наг руги, який забезнечуе дане рогулювання або кутом вап!знення випрямл* ча, або струмом вбудженля генератора, зПдно в формулою

Иск - .Ск'Ш'вк.

виенюешш струму збудження (значить магн1таюго потоку вк) приведе j вбШиеьня ur, ш,о забеапечить повернення частоти /н до заданого 8Ш чення. В форыул1 (4) Ск - паспйна величина.

Друга функц1я синхронного компенсатора - генерування реактивнс enepri'i, яка доэволяб проектувати сикхронний компенсатор на наш мадьний- cos<p. Ця функция синхронного 1*омпенсатора, на нашу думку, i е основною, поваяк'вона ыолсе бути усп1шнр роев'язана шляхом вмикат конденсатор!в.

Зауважиыо, що синхронний компенсатор е такая ф1льтром вищих raj MOHiK, зокрема, таким ф!льтром е деыпферна обмотка.

Р1вняння решти регулятср1в, • як1 аабевпечують необх!дний рем генерування реактивно! енерг!!, е очевидним 8 схеми (рис. 2). Вказа! схема може прадювати в автономному режим!. Бона вабезпечуе нормалы роботу в!троенергетич}Ю1 установки при 13 вшиканнях в1д енергосист< ми внаслхдок авар!й та iHumx чинник!в, як! приводить до вимикання у< тановки в!д енергосистеми.

Задачами досл1дження вказаних схем е:

- анал1з i оптим!зац1я реааш!в роботи (формування необх!дних х< рактеристик posroHy, генерування енергП ! гальмування);

- визначення гармон!чного спектру в напругах i струмах з мет-усунення )х негативвного впливу на енергосистему, навантаження, а т< кож на втрати у в1троенергетичн!й установЩ;

- синтез параметр!в регудятор1в, а в деяких випадках ! структу] системи автоматичного керування,

Зазначен! задач! розв'яауються методами математичного ыодел;

>ашш на EDM, чему прксвячен1 друп^й ! трет!й розд!ли дисертацП.

В другому роздШ дисертацП розглядаоться задач! анал!зу кваз!-'сталених режим!в роботи в1троенергетично'1 установки. Наведено мате-ютлчну модель як замкнуту систему алгебричних. диферешЦалышх, iu-'егральних i лог!чних р1вняш>, розв'явання яких дозволяв вивчати пробей i характеристики у кваз!усталених режимах роботи системи. Описа-¡Í алгоритм» розв'язання задач! на EQM, характеризуемся программе >абезпечення, яке дозволяв зд!йснювати математичн! експериментн п~\ iCM, обговорюються питания адекватност1 моделей, наведено результат,; юсл!джень кваз1усталених реким!в i 'ix анал1з для схем, поданих на же. 1, 2.

В основу математнчно! моделi електрсмехан!чно'1 системи в!трое-(ергетично! установки покладена теор!я моделювання електромехан!чних жстсм з нал1БПров1дниковн).ш перетворювачами, розроблена д.т.н., про-fsecopow Плахтшюю О.Г, За ц!ею теор!ею, математична модель системи [юрмуеться на п1дстав1 моделей структурннх елемент!в за вивначеннм алгоритмом. Використання nie'i Teopií в нашому випадку е оптшальнлм з эгляду на наявн!сть велико! к!лькост1 структурннх елемент!в 1 двох зхем електромехан1чних систем. Структура! елементи (cjinxpoHHi машинн, 1ап1впров1днишвий перетворювач частоти, трансформатор, автономне па-зантаконня, джерела жнвдення обмоток вОудяешга) описуються системою зови!шн1х i виутрШйх р!внянь. Для об'еднання моделей структурннх элемент!в ~у модель системи sobhíkhí р1вняння структурннх елеменпв у латричио-векторному вигляд! е такими

_ V _ _

píe + Г0-Фе + <V- О. (5)

je ie - (ii,...,in)t» fe- - (<?i,... ,<?n)t - вектори струм!в bítok i no-генц!али вузлав, якими п1д'еднуеться структурний елемент в систему; / . _

!*е, С0 - в!дпов!дно матрица (n х n) i вектор роз>«рност1 п. як1 виз-тчаються параметра?«! структурного элементу; л - к!льк!сть точок мож-аивого лад'еднання структурного елементув систем!.

При е!доыому вектор1 <¡>e розв'язуеться система р!внянь структурного едемента. Вектор потенц!ал!в визначаеться на п!дстав! розв'язання р1вняння

v _ _

Тс'Ve + Сс - 0 (6)

з1дносно вектора ic i далыае за формулою

- v _

<?ej - Я<?гФс - (>!,...,й), (7)

- 12 -

m m

v v v v _ v _

де Гс - E П) 'lei-fífi, Cc - L ПуСеу, (8)

i'í J-l

ta - к!льк1сть структурних елемент!в; Й - матрица !нциденц!й (п1д'ед-нань структурного елементу в систем!); - матриця, транспонована п<

v _

вШюшенш до матриц1 Л; <рс - вектор потенц!ал!в невалежних вуел1)

системи, точок п1д'бднання структурних елемент1в в систем!; -

матриця 1 вектор вузлового векторного р!вняння електромехан!чно1 системи. . ■

Математична модель синхронно'! машини формуеться на п!дстав! р!в нянь Парка, перетворених до фазово! системи координат в використання! каталожних даних. "Каталожн1 дан! е параметрами синхронно! машини розраховано! для ном!нального режиму, тобто електромагнтй параметр е насиченими. Використання тако'1 модел! синхронно! машини обгрунтову еться наясн!стю регулятора, який п!дтриыуе пост!йним робочий магн!т ний пот!к. Використання такоИ модел! для синхронного компенсатора, в допомогою якого регулаоеться частота струмом збудження, а значить маг я!тним потоком, с обмеженим.

Математична модель перегворювача частоти в ланкою лост!йног струму формуеться на основ! р!внянь К!рхгофа, записаних для вс!х bí ток, при умов!, що тиристори екв!валентуються посл!довно з'сднанда активнши опорами ! !ндуктивностями, як! е 8м1нними, тобто, тиристор ний перетворювач частоти розглядаеться як схема э пост!йно» структ> рою ! ем!нними параметрами.

Модел! трансформатора, навантаження, даерел живлення обмотс абудження синхронних машин формуються на п1дстав! закон!в К!рхгофг Во! ,модел! приведен! до вигляду, в якому вид!лен! 8овн1ш1 р!внян] (Б), що дозволяють формувати модель силово! схеми електромвхан!чнс системи BiTpoeiiepreTHVHOÍ установки.

Система керування описуеться вг!дно 8 структурою функц!ональн< схеми (рис.1) i подаеться системою диференЩальних р!внянь.

До опиоаних р!внянь додаегься р!вняння механ!чяоЗ р!вноваги, результат! - отримана система р!внянь е еамкнутою, вона може бу: роев'явана, в оеэудьтат1 Чого - розрахован! процеси, як! прот!ка»ть едектромехан!чл1й систем1 в1троенергетично1 установки.

Враховуючи, во программ складаоться з окремо в!дпрацьованих м дув1в структурних елемент!в 1 модул!в вагального характеру, Щкавим ашфитм основного модуля, який оО'еднув окрем1 програмн! модул! -Ш«е ц1де.

Результатами дос-идкень б розрахунков! залехнсклч в!д часу вс!х ,ишшх, як! входять у повку систему р1внянь, а також '1х !нтегральш1й [зал1з. Результата дссл!д;г.ень засв1дчугать працездатн!сть в!троеиерге-ично'1 установки в усталеному режш1 при паралелыий робот! в еиерго-истемою ! при робот1 на автономне навантаження, а також правилыПсть !дзначених моделей для анал1зу описаного класу задач.

Яге приклад, на рис.За. подан! роврахунков! аалежност! в!д часу !н!йних напруг автономного навантаження, а на рис.36. - просторова !стограма !нтегрального здал!зу налруг автономного навантаження.

Результат математичного моделювання 1 окремих експерименташшх осл1джень п!дтвердиди адекватн!сть ыатематично! модел!.

В третьоиу розд!л! розв'явуються задач1 досл!даення динам!чних ежим!в роботи в1троеиергетично1 установки. Описан! математичн! моде-1 структурних елемент!в ! иодел! едектрсыехан!чно1 систеии, признаки! для розрахунку дйнам!чних режим!в роботи, подано опис алгоритму юзв'язання задач! на ЕСМ, дана характеристика програмному забезпе-[еннм, обговормються питания адекватное?! математичних моделей, пода-го результати досл!даень динам!чних реяиШв ! 5х анал!з.

До динаи!чних режим!в роботи в дисертацП в!днесено запуск, 'альмування, робота при зм!нах швидкост! в1тру, скачкопод!бне зб1ль-зення та вменшення наьантакення.

. Зважаючи на пироклй д1апазон сталих часу в систем!, наявн!сть ¡щидко! вм!ни-е.р.с. електричних машин 1 перемикання тиристор!в пе-зетворювача частоти, розв'язувати эадач1 досл!дасення динаШчних ре«л-д!в з вшсористанням описаних моделей у Фааних координатах на сьогодн1 з практично немолсливим. Тому, для досд!дження дшам!ки, нами застссо-зано перетворення координат ! прийнят! деяк! додатков! допущения, ж!, практично не зменшуючи адекватност1 модел! в сенс! отримувано! !нформац!1, довволяють значно зб!лыпити швидкодш математичних моделей, довести !х до р!вня, на якому ыодливо не т!льки проводити анал!а яроц9с1в, а також !терац!йний синтез параметр!в системи.

Перетворення координат зроблено таким чином, щоб ус1 величини, як! входять в систему р!внянь для усталеного режиму, були пост!йними. Таке перетворення електромехан!чно! системи в ц!лому в можливим, якщо використати р!вняння нап!впров!дникового шестипульсного моста в обер-тових координатах, подан! р монограф!I д.т.н., професора Плахтини 0.Г. "Математическое моделирование электромашинно-вентильных систем": 2Дс1-фс1.+ 2Яд'Фс» - Иа-иц - 2гв-*Я - О,

- ансНа - О, 4ЛЧ-|К - Зйо^р - о, (9)

1000,00 -

Рис.За. Розрахунков1 еалегшост! в!д часу лШйних напрут автономного иавантаасешм (идб, иве. "ел)-

Рис.36. Просторова г!стограма Интегрального анапАзу напруг автономного наваитопення

•,'d - (3mt)-ísin(<i + 2íf/3 + гк) -.-Sin(а).!, Uq - (3/.;;í) • [cos(«) - cas(« + 2jí/3 < гк.)3. Uo - 3-ñ0 - 1 + З'-ткЛад (10)

шранетрн трз^фззного пестнлульсного нал1впров1дшпювого перетворю-m в 1Соордкнатах d. <7, hkí визначаються на ockobí а - кута керуван-, Я1П1Й рахуеться в1д почат1су системи координат, гк - кута комут&цП шш1в. Smíhhí, як! входять в (9), мають настушшй ом1ст: Фа, <?q -генц!али тиристориого перетвсрювача з! сторони эмйшого струму в зртовнх г-оордннатан; ur - налруга з! сторони лостшюго струму; id, - струми в осях di<7; ir - випрякшеннй струм.

Кут oí визначаеться системою автоматичного керування, а кут тк зраховуеться шляхом розв'язашш днф'еренц1альних р!внянь, як! опису-контур комутацП при допущенн!, що за час комутацП струи ír гс зтШюю величиною. Наведен! в (10) параметрн врахсвують нульову i ршу гармон!чн! складов! функц!й стану вентил!в, як! в!дпов1да;оть ретворешго перших гармон!чних складових напруг i струм1в в!дпов!дно вшрямлеШ иапруги i струии.

Очевидно, Ер при внкористани! р!внянь (9), синхронний генератор, ц'еднаний до внпряшяча, взрто подати р!вняннями Парка. 1нвертор з! эрони мерея! такой описубться р1вняннями (9), при умов!, цо до кьо-п1д'еднано компенсатор, подашш р!вняшшмн Парка. При в!дсутност1 нхронного компенсатора ргвпяння (9) г> поданими в координатах X, " " - в1дпоп!дав ординат! d, а У - ординат! q: Система координат X, умовно сбертаеться з кутовою частотою напруги i.íepoxi. Внходячи з ого, трансформатор, мерена ! автономне навантаження, описуються в ординатах Я, ' У. Рейта структурних елеиент!в описано тими ж р1внян-ми, що i у моделях, поданих у другому розд!л1.

Зважаючи на те, цо у в!тках нап!впров!дникового пергтворювача мае !нерц!йних елемент!в, ix зовншне р!вняння вводиться до вигляду

То + Гв-Фо + Св- 0, (11)

е в!др!зняеться в!д зовн!шньото р!вняння (5) в!дсутн!стю пох!дних рум!в в!ток. Тому, з метою вабезпечення ун!версалыюст! формування делей системи, на ochobí моделей структурних елемент!в, отримачо стему 80Bnirmix р!внянь у вигляд!:

m

v _ v _ _

rcii-Фс - Ц toy pie} + Си - о,

í "л+1 v _ _

ГС21-ФС+ СС2 - О. (12)

Ь ЯгД'ез

v v v

п

т

v

v

Си - Т,П5-СВ}, Сс2 - ЕПуСеЛ- Е «гЛе4.

(

J-l

З-п+1

Система р!внянь (12) розв'явуеться в1дносно 5с. р7е! У ■ » ... ,гл).

3 викорисганням системи р1внянь. (12) алгоритм розв'яэувашя дач! на ЕОМ набувае форыи, описано! в роэдШ 2. Тагаш чином, як : дол! у фазних координатах, так 1 ыодел! в обертовях координатах ма однаковий алгоритм розв'яеувашт на ЕОМ. Эв!дси вишшвае, що прогр ний комплекс для дсслШ.ення дииа'Ичши ре?Л1м!в за своею структура иодЮшш до щюгртного комплексу для досаЦдкення кваМустазених /,им1в роботи.

Перев1рка адекватност! моделей в обертОвих координатах ад 1 йен шляхом пор1вняння результат!»,, отршэиих шделювашшм у фазни сбертових Iкоординатах.

За допомого» моделювания 15 обертсви координатах ероблеко:

- синтее параметр!в регулятор1в для в1троенергетнчно1 устано ВДД-1000 потужнЮтю 1000 кВт, врахозуючл вимогу виконання техШчн вавдашш по запуску, режиму генерування, гальмуванвя, вабезпечу оптимальнин в1дб!р поту«ност1 в1тродвигуиа;

- оц!нено реащ!ю електромехан1чно1 системи в!троелергетич установки на зм1ну швидкост1 в1тру 8а осщшограмоэ оы1ни швидгл в!тру, переданою г1дрометцентром;

- проанал18овано прот1кання процесав у систем! при робот1' в1т двигуна а врахуванлям эм1ни моменту як функцП кута повороту ротор

- переварено реагаЦю системи на критичн! поршш в!трового по ку, вм!иу навантажеикя;

- вив чело роботу в1троеиергетичяо] установки в аварШшх ро

мах.

П додатк 'Оюдано тексти врограм, як! представляать модел1 фазних 1 обертових координатах, 1нструкцП в експлуатацП розробле програм, а також документ, як! п1дтверд«;ують впровадаення ревуль

т!в ,цисертац!йко! роботи

... 17 -В И С 11 О В к 2!

За результатами дисертац!йно'1 роботи можна зробити так! основн! висновки;

1. На- п!дстав! результата вивчення процес!в у керованих елект-ромехан1чних системах а нап!впров!дниковимп перетворювачами 1 метод¡а досл1дження таких систем, запропоновано ориг!налышй спос1б досл1-дження електромехан!чно! системи в1троенергетично! установки з опти-мальним в!дбором потукност1 в!тродяигуна, стабШзац!ею напруги г частоти методами математичного моделювання. Запропонований способ дозволяе досл!джувати статичш 1 динам!чн! режтш, оптим!зувати параметра 1 структуру схеми.

2. На основ! теорП математичного моделювання електромехан!чних систем 8 нап1впров1дниковими перетпорювачйш, для реал!зацП вгадано-го способу доел!дження, розроблен! математичн! моделг структур;;!'.)! елемент!в: явнополюсно! синхронно! машши, керовалого наШвпровШш-кового перетворювача частоти з ланкою постойного струму, трансферма-тора, активно-!пдуктивно-емн 1сиого навалтатсення, елекгрично? мереж!, дкерела хивлення обмотки вбуджения синхронно! машин, системи автоматичного керувшшя у р1зних вар!антах 'П схемно"! структур», з яких мояливе формування матеыатичних моделей системи.

'3, 3 врахуваннпм р!еняння механ!чно'1 частили в!тродвигуна, моделей структурннх елемент!в, за единим, уШверсальним алгоритмом сформован! модед! системи у фазних координата)!, для доел!дження кваз1ус-талеинх 1 в обертовнх координатах - для досл!дження динам!чних режи-м!в роботи.

4. Розроблено програчний комплекс 1 ряд серв!сних лрограм, як! дозволяють лроводити математичн! експериментн фах^вцям, не- вдаючись до елемент!в програчування.

5. За ревультатами дослЗдаень запропоновано схему електромехатч-но! системи з паралельним п!д"еднанням до !нвертора струму синхронного компенсатора з давачем положения ротора. Регулювання ебудження компенсатора дозволяв стабШвувати частоту на виход! !нвертора, то уможливлпое роботу системи "синхронний генератор - перетворювач частоти з ланкою пост1йного струму (на основ! !нвертора струму) - автономна навантаження".

6. За допомогою програмиого комплексу виконано цикл досл!дженъ кваз!усталеннх ! динам!ч1шх неким1в роботи в1троенергетично1 установки, результат!» яких використаи! при проектуванн! в1трс.онергетичио! установки потукн1стю 1000 к£т - ВДД-1000.

7. Ловедено, ¡до математичн! модел! в адекватними ориПналу, той-

то, вони маоть застосування як при вивченн! готових схем, так 1 н стад11 IX проектування.

ПУБЛИчАЩ* ЗА Ш«0 ДИСЕРТЛЦй'

Науково-техн!чн1 сталт!:

1. Плактына Е.Г., Шанаряи ЮЛ'., Рудый Т.В. и др. Математическа модель для исследования динамических режимов ветроэнергетической ус тановки. - Электричество, N12, 1991. - С.9-15.

2. Рудой Т.В. Математична модель для дослгдкення електромехан1ч шк процессв в1троенергетично'1 установки. - В кн.: Науковий в1сник Вип. 2. - Льв1в, УкрДЛТУ, 1994. - С.132-140.

3. Пзахюша О.Г., Рудий Т.В. Схема 1 результати досл1д«ення в1т роенергетично'1 установки гри генеруванн! енергП на автономне наван таження, - В кн.: Науковий в!сник. Вип. 3. - Льв1в, УкрДЛТУ, 1995. С.88-95.

Тези допов1дей:

4. Подката Л.Н., Рудый Т.В.. Гарандаа С.А. Об опыте эксплуатащ математической модели тиристорного преобразователя частоты со звено постоянного тока в координатах с1, д, 0 и амплитуд гармонических сос тавлякдих. В кн:/ Теэизы докладов I Всесоюзной научно-техническо конференции по электромеханотронике. - Ленинград, 1987.- С.54-56.

б. Пагасга Л.Н., Руда! Т.В., Нуаычна И.Н. Математическая модель результаты исследований переходных процессов явиополюсной синхронно машины, питаемой от инвертора тока. В кн.: Динамические режиш работ! электрических машин и приводов./ Тезисы докладов V Всесоюзной науч но-технической конференции. - Каунас, 1988. - С.78-79.

6. Вгсшиа К.Н., Рудой Т.В., Гарандаа С.А. Математическая мо дедь автономного электропривода: явнополюсный синхронный генератор циклоконвертер мостового типа - явиополхюный синхронный двигатель.

В кн.: Современные проблемы электромеханики./Тезисы докладов Всесоюз ной конференции К 100 летию изобретения трехфазного асинхронного дви гателя. Часть 1. - Москва: МЭИ, 1989. - С.203-204. /

7. Васшнт К.Н., Дячиаин Б.В., Руда'1 Т.В. Автоматизированна система моделирования статических характеристик вентильных двигателей. - В кн.: Вентильные электромеханические системы с постоянны),!; магнитами. "евисы докладов Всесоюзной научно-технической конференции. - Москва, 1989. - С.47.

8. Шштына Е.Г., Данилевич Я.Б., Рудый Т.В. Програмное обеспечение для исследования динамических режимов синхронных машин, работа ювд совместно с тиристорными преобразователями в ве роенергетически:

•ановках. - В кн.: Динамические режимы работы электрических машин и ¡ктроприводов./ Тезисы докладов VI Всесоюзной научно-технической [ференции. - Бишкек. 1991. - С. 31-32.

0. Плаггага Е.Г., Датютшгч Я.В., РудШ1 Т.В. и др. Автономные ¡ктроэнергетическме системы по схеме: "Синхронный генератор - ти-¡торный преобразователь частоты". Методы и результаты исследований, ш.: Проблеш электромашиностроения./ Тезисы докладов Всесоюзной гчно-технической конференции. - Ленинград, ВЮйЭлектромаш, 1991. -',4-25.

10. Плшпшиа Е.Г., Сзбарова А.В., Рудий Т.В. Исследования вен-1ьных електрических машин. В кн.: Ннтелектуалыше электродвигатели жономия электроэнергии./ Тезисы докладов X Всесоюзной конференции. Суздаль, 1991.

11. йабароза А.В., Ру7?лП Т.В. Разработка и исследование дипами-:ких режйыоз работы ветроэнергетической установки на базе управляе-

i явнополосной синхронной малины мощностью 250 кВт. В кн.: Динами- * ;кие режимы работы электрических машин и электроприводов./ Тезисы < сладов VI Всесоюзной научно-технической конференции. 42. - Бишкек, )1. - С.-16.

12. Взсид1з 1?. U., Ру??й Т. В. Математична модель генератора авто-Giol вИроенергетично! устави. В кн.: Математичне моделювання в :к!ротехн1ц1 й енергеэтпЦ./ Тези допов1дей 1 Шжнародно? науко-•техШчно! конференцП. -Льв1в, 199Б. - С. 117-118.

SUMMARY

Roudyj T.V.

Study of a Bind porar-plant systen with optircum take off of a id ensine end frequency stabilization at the output of a current rertor by r.oans of tba rcsthods of mathematical Kcdollins of an ictretnscbsnical systen

Dissertation for a scientific degree of a candidate of technical [encas, speciality 05.09.03. - electrotechnical complexes and stems,'- including their control and regulation, State University flvs'ka Polltechnika", Lviv,'1996.

Manuscript is defended the essence of which has teen reflected 12 scientific works and vhlch contains theoretical and :erlmsntal Investigation of- electromechanical systems of wind rer-plmts according to a scheme: "synchronous generator =quency converter :nth a llnk.cf constant current - an automatic itrol system", working both in parallel with electric network and - an autcncircus load. Mathematical models, algorl thrs and program

complexes have hsen developed, complex studies of set and dynair operation modes have been carried our:. Method of frequency a voltage stabilization at the current inverter output by means of synchronous compensator with a sensor of the rotor situation has be proposed. Method of a system model formtion on the basis of t models of structural elements for the dynamic operation modes' sti has been worked out.

A II H О T А Ц И Я

Рудый Т.В.

Исследование методами натомахнчосного ыодеаироваши алектромв; ш/чесяой системы ветроэнергетической установки с оптимальным отбор мощности ветродвигателя и стабилизацией частоты на 'вшэде - шгоерте тока.

Диссертация на соискание ученой степени кандидит техничеси наук по специальности 05.09.03. - электротехнические комплексы и cl теш, включая их управление и регулирование. Государственный униве си/пет "Лъв1вська пол1тэхн1ка", Львов, 1995.

Защищается рукопись, сущность которой отображена в 12 научь трудах и содержит теоретические и экспериментальные исследовав электромеханических систем ветроэнергетических установок по сш. "синхронный генератор - преобразователь частоты со авенш постоянно пока - система автоматического управления", работающих как паралеж с электрической сетью, так и на автономную нагрузку. Разработаны к. тематические модели, алгоритм и программе комплексы, выполнен ко\ леке исследований установившихся и динамических режимов работы. При ложен способ стабилизации частот и напряжения на выходе инвертс тока с помощью синхронного компенсаторе с датчиком положения pomoi Разработан способ формирования модели системы на основании модел структурных элементов для исследования динамических режимов работ.

Кл»чов1 слова: електромехан!чна система, в!троенергетична уст новка, перетворювач частота э ланкою пост1йного струму, синхронн компенсатор, система автоматичного керування, ыатематична модель, е горитм, програма, EQM.'

Видано СП "ТехтуртрЗнс"/Замовлення Но327. Тираж 100 прим. Шдписано до друку 19.02.1996.