автореферат диссертации по информатике, вычислительной технике и управлению, 05.13.06, диссертация на тему:Компьютерная поддержка автоматизированных испытаний систем автоматического управления газотурбинных электростанций на основе математической модели электроэнергетической системы

На правах рукописи

ШИГАПОВ АРТУР АЗГАРОВИЧ

КОМПЬЮТЕРНАЯ ПОДДЕРЖКА АВТОМАТИЗИРОВАННЫХ ИСПЫТАНИЙ СИСТЕМ АВТОМАТИЧЕСКОГО УПРАВЛЕНИЯ

ГАЗОТУРБИННЫХ ЭЛЕКТРОСТАНЦИЙ НА ОСНОВЕ МАТЕМАТИЧЕСКОЙ МОДЕЛИ ЭЛЕКТРОЭНЕРГЕТИЧЕСКОЙ

СИСТЕМЫ

05.13.06 - Автоматизация и управление технологическими процессами и производствами (в промышленности)

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

2 0 ЯН3 2011

Пермь-2010

004619532

Работа выполнена в Государственном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Пермский государственный технический университет»

Научные руководители:

ВИНОКУР Вадим Мотельич, доктор технических наук, профессор

КАВАЛЕРОВ Борис Владимирович, кандидат технических наук

Официальные оппоненты: АБДУЛЛАЕВ Абдула Рамазанович,

доктор физико-математических наук, профессор

ПОЛУЛЯХ Антон Иванович, кандидат технических наук

Ведущая организация: ГОУ ВПО «Московский авиационный институт

(государственный технический университет)»

Защита состоится 20 января 2011 г. в 1500 часов на заседании диссертационного совета Д 212.188.04 при Пермском государственном техническом университете по адресу: 614990, г. Пермь, Комсомольский проспект, 29, ауд. 212.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Пермского государственного технического университета.

Автореферат разослан 24 ноября 2010 г.

Ученый секретарь диссертационного совета доктор технических наук, профессор

А. А. Южаков

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Газотурбинные установки (ГТУ), первоначально применявшиеся благодаря своим высоким удельным характеристикам преимущественно в авиации, получили широкое распространение в качестве силового привода в газотурбинных электростанциях (ГТЭС). Создание специальных ГТУ для наземного применения требует значительных затрат на их освоение в производстве, поэтому предприятия авиационного двигателестроения используют возможность изготовления наземных ГТУ конвертированием авиационных. Однако для достижения требуемых статических и динамических характеристик газотурбинные авиационные двигатели претерпевают значительные модификации при их применении в качестве привода для электрогенераторов. Кроме того, существенно изменяются условия их функционирования, связанные с тем, что наземные двигатели работают в режимах, отличающихся от полетных. Таким образом, при использовании авиационных двигателей в наземных условиях требуется решение задачи разработки и настройки новых систем автоматического управления (САУ) ГТЭС применительно к требованиям обеспечения показателей качества вырабатываемой электроэнергии.

Одним из важнейших этапов жизненного цикла вновь разрабатываемых САУ ГТЭС, является этап испытаний. Следует признать недостаточно эффективными испытания САУ ГТЭС, проводимые непосредственно на натурных стендах, изначально изготовленных для испытаний САУ авиационных двигателей и существенно ограничивающих режимы, в которых испытываются САУ ГТЭС. В отличие от полетных режимы наземных ГТУ в значительной мере определяются режимами энергопотребления и зависят от конфигурации и состава элементов электроэнергетической системы (ЭЭС).

На текущий момент на этапах испытаний и настройки САУ ГТЭС имеет место низкая эффективность труда, обусловленная значительной трудоемкостью анализа множества конкурентоспособных настроек САУ с учетом многорежимности, иерархичности и обилия степеней свободы объекта управления (электроэнергетической системы). Кроме того, нередко испытания и настройка САУ с учетом специфики электроэнергетической системы проводится на этапе пусконаладочных работ в условиях ограниченного времени. В таком случае, как правило, принимается не лучшее, а первое найденное допустимое решение. Как результат снижаются эксплуатационные характеристики газотурбинных электростанций.

Высокая сложность задач, которые решает САУ ГТЭС, а также связанная с этим необходимость учета различных режимов работы электростанций на широкий диапазон нагрузок, обуславливает необходимость использования методов математического моделирования для испытаний САУ ГТЭС. Однако существующие математические модели являются структурно и функционально упрощенными, а также ограниченными для модификаций, что затрудняет моделирование процессов параллельной работы энергоблоков ГТЭС в автономном режиме и при работе на мощную сеть с учетом схемы распределения электрической энергии.

Существенное улучшение процедур испытаний САУ ГТЭС применительно к показателям качества вырабатываемой электроэнергии достигается за счет создания человеко-машинной системы компьютерной поддержки процессов испытаний САУ. Такая система, предоставляя методы использования моделей, данных и вычислительных алгоритмов, позволяет разработчику и (или) экспериментатору решать задачи испытаний САУ ГТЭС в режимах, недоступных испытаниям на натурных стендах, с учетом специфики объекта управления.

В силу указанных причин актуальной является задача компьютерной поддержки испытаний САУ ГТЭС средствами интерактивной автоматизированной человеко-машинной системы, которая позволит методами компьютерного моделирования осуществить оценку качества вырабатываемой газотурбинной электростанцией электроэнергии на соответствие требованиям государственных стандартов.

Объектом исследования являются автоматизированные испытания САУ ГТЭС.

Предмет исследования - математическое, алгоритмическое и программное обеспечение компьютерной поддержки автоматизированных испытаний САУ газотурбинных электростанций.

Научная задача - разработка методики и алгоритмов компьютерной поддержки автоматизированных испытаний САУ ГТЭС на основе комплексной математической модели ЭЭС.

Цель диссертационной работы - разработка системы компьютерной поддержки автоматизированных испытаний САУ газотурбинных электростанций применительно к показателям качества вырабатываемой электроэнергии на основе математической модели газотурбинной электростанции, электрической нагрузки и электрической сети.

Для достижения сформулированной цели ставятся и решаются следующие задачи:

1. Разработать математическую модель ЭЭС на основе структурной и функциональной декомпозиции ЭЭС и входящих в ее состав газотурбинных электростанций.

2. Разработать методику компьютерной поддержки автоматизированных испытаний САУ ГТЭС, основанную на математическом моделировании статических и динамических процессов в ЭЭС и входящих в ее состав ГТЭС.

3. Осуществить алгоритмизацию и программную реализацию разработанных модели и методики в форме программно-моделирующего комплекса для поддержки автоматизированных испытаний САУ ГТЭС.

4. Провести исследования разработанного программно-моделирующего комплекса методом математического моделирования.

Цель и задачи работы обусловили выбор следующих методов исследования: методы теории автоматического управления, электрических машин, теоретических основ электротехники и электроснабжения, математического моделирования, численного анализа, линейной алгебры, натурного и вычислительного эксперимента.

Теоретической и методологической основой исследований являются работы Д.А. Арзамасцева, В.А. Веникова, Л.П. Веретенникова, B.JI. Волкова, A.A. Горева, В.В. Жукова, К.К. Кетнера, И.В. Копылова, A.A. Самарского, С.А. Ульянова и др., исследования также опираются на работы, посвященные практическому внедрению систем автоматизации испытаний, таких авторов как А.А.Шевяков, Н.Н.Матушкин, В.ПКазанцев, А.И.Полулях и др., диссертация продолжает исследования, выполненные представителями научной школы профессора В.М. Винокура: И.А.Шмидтом, А.В.Ромодиным, А.Б. Петроченковым, ДА. Мыльниковом и др.

Научная новизна

1. Разработана новая математическая модель ЭЭС, позволяющая моделировать переходные и установившиеся электромагнитные и электромеханические процессы, возникающие под влиянием возмущающих воздействий в автономном и параллельном режимах работы энергоблоков ГТЭС, при работе ГТЭС на мощную сеть, а также при электрической коммутации.

2. Впервые разработана методика компьютерной поддержки автоматизированных испытаний САУ ГТЭС, обеспечивающая оценку качества вырабатываемой электроэнергии методом математического моделирования динамических и статических процессов в ЭЭС.

3. На основе разработанной методики и математической модели создана оригинальная функциональная структура программно-моделирующего комплекса, основой которой являются открытые для чтения и модификации алгоритмическая база, база знаний и база экспериментов.

Практическая ценность работы определяется следующим.

Разработана система компьютерной поддержки автоматизированных испытаний САУ ГТЭС, реализованная в форме программно-моделирующего комплекса, позволяющая методами вычислительного эксперимента автоматизировать предварительные и комплексные испытания существующих и вновь разрабатываемых систем автоматического управления ГТЭС путем:

- автоматизации процесса испытаний САУ ГТЭС на соответствие качества вырабатываемой электроэнергии требованиям государственных стандартов;

- автоматизации процесса обработки результатов моделирования.

Применение программно-моделирующего комплекса для компьютерной

поддержки испытаний САУ позволяет повысить эффективность испытаний за счет сокращения трудозатрат на испытания САУ на этапах разработки, пусконаладки и эксплуатации ГТЭС.

На защиту выносятся:

- модель ЭЭС, впервые включающая математические модели структурных элементов и модель взаимодействия элементов для статического и динамического моделирования ЭЭС и входящих в ее состав ГТЭС в режимах автономной, параллельной работы и работы на мощную сеть;

- методика компьютерной поддержки испытаний САУ ГТЭС методами математического моделирования;

- функциональная структура программно-моделирующего комплекса для компьютерной поддержки автоматизированных испытаний САУ ГТЭС;

- принципы программной реализации разработанных алгоритмов и математической модели ЭЭС, результаты исследований разработанного программно-моделирующего комплекса.

Апробация работы. Основные положения и результаты диссертационной работы докладывались на Всероссийской конференции «Информация, инновации, инвестиции» (Пермь, 2006), на научно-технической конференции Электротехнического факультета ПГТУ (Пермь, 2007), на Всероссийской научно-технической конференции «Энергетика. Инновационные направления в энергетике. САЬБ-технологии в энергетике» (Пермь, 2008), на 2-ой и 3-ей Всероссийской научно-технической конференции «Инновационная энергетика» (Пермь, 2008, 2009), на V Всероссийской научно-технической конференции «Проблемы и перспективы развития авиации, наземного транспорта и энергетики «АНТЭ-2009»» (Казань, 2009г.).

Основные положения и результаты диссертационной работы были отражены: в инновационном проекте «Разработка программных комплексов для моделирования и оптимизации газотурбинных электростанций», удостоенном II премии Международного молодежного Конкурса инновационных проектов авиакосмических технологий и материалов (Москва, 2006 г.); в инновационном проекте «Разработка программно-моделирующего комплекса для настройки и оптимизации алгоритмов управления газотурбинной электростанцией», удостоенном поощрительной премии в конкурсе на лучшую научную или инженерную работу молодых специалистов в рамках ЪУ1 научно-технической сессии по проблемам газовых турбин (Пермь, 2009 г.).

Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, 4 глав, заключения, списка литературы, включающего 62 наименования, и приложения. Основная часть работы содержит 136 страниц, включающих 3 таблицы и 24 рисунка.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обсуждаются основные тенденции развития в России рынка «малой энергетики» с применением ГТЭС на базе авиационных двигателей, адаптированных для наземного использования. Обосновывается актуальность работы, раскрывается научная новизна, формулируется теоретическая и практическая значимость работы. Формируются цель и задачи исследования, обобщаются научные результаты и положения, выносимые на защиту.

В первой главе проводится анализ состояния проблемы и опыта исследований в области испытаний систем управления и регулирования, накопленного в процессе проектирования, пусконаладки и эксплуатации отечественных ГТЭС, входящих в состав электроэнергетических систем с выходом на мощную сеть, либо образующих локальные ЭЭС.

Проводится анализ существующих на отечественном и зарубежном рынках прикладных программ для математического моделирования динамических и статических процессов в ЭЭС.

Составляется электрическая схема замещения ЭЭС, рассматриваются методы эквивалентных преобразований структурных элементов для сокращения

числа узлов электрической системы. Ставятся и решаются задачи структурной и функциональной декомпозиции энергосистемы на подсистемы и элементы.

Разрабатываются общие принципы построения моделей ЭЭС и модели их взаимодействия. При этом модель устройств управления САУ ГТЭС, разработки ОАО «Авиадвигатель», представляет собой ретранслированный код программы управляющих контроллеров, в котором входные и выходные дискретные, аналоговые и цифровые сигналы заменены переменными взаимодействия. Динамическая модель ГТУ также является уникальной разработкой ОАО «Авиадвигатель».

Во второй главе разрабатывается математическая модель ЭЭС, состоящая из моделей структурных элементов и модели их взаимодействия.

В единой обобщенной векгорно-матричной форме

р1 = Ь'(-В1-и-Н) ■ (1)

разрабатываются математические модели и алгоритмы моделирования отдельных структурных элементов ЭЭС: синхронный электрогенератор, активно-индуктивная нагрузка, асинхронный и синхронный двигатели, трансформатор, линия электропередач, сеть бесконечной мощности.

Соблюдение условия единой формы записи математических моделей структурных элементов ЭЭС обеспечивает их связь между собой на уровне модели взаимодействия элементов.

В качестве примера рассмотрим построение математической модели в обобщенной форме записи для синхронного генератора.

Система дифференциальных и алгебраических уравнений синхронного генератора, записанная в осях Парка-Горева, имеет вид:

ия

и} =<№] / Л + '/'/!

о =

с/у / Ш = аз;

Й?5/Л = со-Ю0; м = - чу,.

Модель электрогенератора составлена для идеализированной явнополюсной синхронной машины с учетом общепринятых допущений. Математическое описание модели генератора в обобщенной векторно-матричной форме (1) принимает вид:

р1 = ЬсД-Всг1-и-НсД (3)

где:

I = ¿д 1} г'д ¡0)г - вектор токов, и = {и<1 )т - вектор напряжений,

ХаЛ ХаЛ 0 0

Х0 ХаЛ 0 0 1о %

*«г ХЫ X, 0 0 X ч =

0 0 0 я

0 0 0 ха 'о %

X X,

..2 \

ас!

НСГ =

^СГ -

■аЛ

IIг - матрица управляющих воздействий,

/ '

и

\

О

т

х{ Ха<! (О -1 / ХаЛ <р

х„л Х0 0 ХЫ 0

0 0 0 \ Хщ)

- матрица

индуктивных сопротивлении,

г

вс/- =

®х„

ХРХаЛ Хт Х}Ха ~ Хаа

~ со*

Х}ХаЛ ХЫ ° _ 2

Х]Х0 ХЫ

-ах

аЛ

Аа У

- матрица при

токах генератора.

Модель генератора усложняется в случае моделирования процессов, связанных с перераспределением мощности между параллельно работающими генераторами или сетью. При этом приведение параметров режима генератора осуществляется к базовой системе координат, привязанной к сети бесконечной мощности. В качестве примера покажем приведение токов генератора:

['¿А/ = соэб + г'4Э втб

Кл/ =Чэ«п8 + 1»эс о:5§

или в матричном виде:

\1«М у

СОБб Бтб - БШ8 соб5

(: \

Введя обозначение Сэч =

получаем: 1А

С Т

где , - токи, приведенные к базовой системе координат, привязанной к сети бесконечной мощности, , ¡9Э - токи в системе координат рассматриваемого элемента, 8 - угол между осями систем координат элементов.

сое 5

соБб,)

Приведение параметров структурного элемента к базовой системе координат выполняется на каждом шаге расчета переходных процессов.

Аналогично в единой обобщенной векторно-матричной форме (1) получены математические модели всех электрически взаимодействующих структурных элементов.

Взаимодействие элементов в процессе функционирования ЭЭС, рассматривается как результат совокупности воздействий каждого элемента на другие элементы. Исходя из утверждения, что в элементе с активно-индуктивным характером нагрузки ток является функцией неразрывной на всем рассматриваемом промежутке времени и с учетом первого закона Кирхгофа получено векторно-матричное уравнение для определения узловых напряжений на каждом шаге расчета:

АКЬ(АК)ги = -АКЬВ-А'К1 (4)

где А - клеточная матрица инцидентности, клетками матрицы являются единичные, нулевые матрицы или матрицы преобразований координат; К -

матрица коммутаций; Ь-блочная матрица проводимостей ветвей (элементов), образующих систему; В-вектор, полученный из правых частей уравнений отдельных элементов; А'- матрица, элементами которой являются нулевые клетки или клетки производных элементов матриц преобразования координат; и - вектор искомых напряжений узлов.

В третьей главе разрабатывается алгоритм моделирования ЭЭС (рисунок

1).

Рис. 1. Блок схема алгоритма моделирования ЭЭС

Алгоритм моделирования выполняется в два этапа:

- расчет текущего установившегося (статического) режима;

- расчет динамических переходов к новому установившемуся режиму.

Установившийся режим является исходным для расчета переходных

процессов в ЭЭС. В качестве внешних условий при расчете установившегося режима задаются напряжения возбуждения и углы нагрузки генераторов, угловые скорости и моменты сопротивления асинхронных двигателей (блок 1). В результате расчета находятся напряжения узлов электрической системы, затем находятся токи, моменты двигателей и генераторов, потокосцепления и другие координаты, характеризующие статический режим ЭЭС (блок 2). Динамический режим моделируется при переходе из начального установившегося режима в режим, определяемый возмущающими и задающими воздействиями {блок 3). В алгоритме расчета динамических процессов предусмотрено два цикла расчета дифференциальных уравнений, составляющих математическое описание структурных элементов, численными методами. Во внешнем цикле выполняется расчет процессов в САУ ГТЭС и ГТУ (блоки 4, 5). Во внутреннем цикле выполняется расчет процессов в модели электрической системы (блоки 6-8). Необходимость двух циклов моделирования обусловлена особенностью технической реализации модели САУ ГТЭС в существующих программируемых логических контроллерах. Шаг расчета САУ в программируемых контроллерах (шагэ) на порядок больше шага расчета модели электрической системы (шаги), в основном это связано с ограниченностью возможностей аналого-цифровых и цифро-аналоговых преобразователей программируемых контроллеров.

Внешний цикл алгоритма продолжается до истечения заданного времени моделирования ((э), либо выполнения условия малости приращения значений напряжения и частоты при переходных процессах:

\и(0 - и0 - илагэ)| < а; ¡7^) - F(f - шагэ)| < г), (5)

где величины а и 77 задаются экспериментатором.

Внутренний цикл моделирования ЭЭС делится на стадии. На первой стадии проводится моделирование процессов в отдельных структурных элементах путем численного решения системы дифференциальных уравнений, составляющей математическое описание структурного элемента (блоки 6, 7). На второй стадии проводится моделирование процессов взаимодействия структурных элементов путем решения алгебраического векторно-матричного уравнения взаимодействия (блок 8).

Приводится и обосновывается перечень анализируемых при испытаниях САУ ГТЭС показателей качества вырабатываемой электроэнергии. Баланс мощности в электрической системе может отвечать только некоторым определенным значениям частоты и напряжения. Нарушение исходного баланса реактивной мощности приводит к изменению напряжения в системе и в меньшей степени сказывается на изменении частоты. В свою очередь, нарушение баланса активной мощности в большей степени приводит к изменению частоты переменного тока. Таким образом, основными энергетическими показателями качества вырабатываемой в ГТЭС электроэнергии являются напряжение и

частота тока на шинах генераторов.

При испытаниях САУ ГТЭС производится оценка соответствия показателей качества электроэнергии нормам, установленным государственным стандартом:

1. Отклонение напряжения {SUy) - характеризует показатели установившегося отклонения напряжения. Нормально допустимые и предельно допустимые значения отклонения напряжения равны соответственно ±5 и ±10%.

2. Колебания напряжения (5Ut) - характеризуются размахом изменения напряжения. Нормально допустимые и предельно допустимые значения размаха напряжения при колебаниях определяются по нелинейной характеристике в зависимости от частоты колебаний или интервала между изменениями напряжения.

3. Отклонение частоты (¿F) - характеризует отклонение частоты напряжения переменного тока. Нормально допустимые и предельно допустимые значения отклонения частоты напряжения равны соответственно ±0,2 и ±0,4%.

При испытаниях САУ ГТЭС могут также использоваться различные дополнительные, в том числе, интегральные показатели качества.

В общем случае показатели качества образуют вектор:

Q3 = [g, Q2 ... Q¡f, где Q¡ - критерий качества, заданный в алгоритмической базе программно-моделирующего комплекса.

Предложена методика компьютерной поддержки автоматизированных испытаний САУ ГТЭС на соответствие требованиям норм качества электроэнергии, алгоритм которой показан на рисунке 2.

Алгоритм разработанной методики состоит в следующем:

1. Задаются: значениями матрицы начального режима #0, однозначно определяющей начальные условия эксперимента (блок 7); значениями матриц Н"э, определяющих установившиеся режимы после окончания переходного процесса, где п - число режимов, в которых проводятся испытания САУ ГТЭС; значениями векторов настройкой САУ ¡5" для каждого режима; методом и шагом численного решения дифференциальных уравнений, составляющих математическое описание структурного элемента.

2. Циклически проводят вычислительный эксперимент, заключающийся в моделировании переходных процессов в ЭЭС, возникающих при переходе из начального установившегося режима Я0 в режим Н'э,где! - номер текущего режима, для которого проводятся испытания САУ ГТЭС (блокЗ).

3. По переходной характеристике рассчитываются значения вектора показателей качества электроэнергии QP (блок 4).

■ матрица начального режима Рп- настройка САУ

С

Начало

Задание условий и параметров эксперимента

Нэ -матрица режима ЭЭС

_ 2.

Алгоритм задания режимов эксперимента

Моделирование переходных и установившихся режимов

.4_*_

Расчет критериев качества регулирования

Нет / = /+1

-п ^ Нет (0 = 0)

ГДа

7......

Запись результатов эксперимента в базу данных

С

Конец

П = /(&,&>), где О =

(6)

Рис. 2. Блок схема алгоритма методики испытаний САУ ГТЭС

4. На каждом цикле моделирования осуществляется поэлементное сравнение значений векторов показателей качества электроэнергии, рассчитанных при моделировании, с нормами, заданными экспериментатором (блок 5);

1о ,{&>}>&}

5. В случае если все рассчитанные показатели качества электроэнергии (£>р) входят в область допустимых значений для исследуемого

режима (Яд), считается, что для данного режима требования по качеству электроэнергии выполняются. Далее цикл вычислительных экспериментов повторяется для моделирования переходных процессов при переходе из установившегося режима Н'э в режим Н'*1.

6. В случае если какой-либо из рассчитанных показателей качества электроэнергии не входит в область допустимых значений для исследуемого режима считается, что требования по качеству

электроэнергии не выполняются, и для продолжения испытаний необходима корректировка настроек САУ ГТЭС, при этом цикл испытаний прекращается.

7. Цикл испытаний завершается с положительным результатом, в случае выполнения требований по качеству электроэнергии при проведении вычислительных экспериментов во всех заданных экспериментатором режимах (блок б). Этот результат фиксируется в базу данных как допустимый (блок 7).

В четвертой главе разрабатывается функциональная структура программно-моделирующего комплекса для компьютерной поддержки автоматизированных испытаний САУ ГТЭС (рисунок 3).

Рис. 3. Функциональная структура программно-моделирующего комплекса

Приводятся описание и общие принципы программной реализации разработанного программно-моделирующего комплекса. Перечисляются основные программные компоненты, их назначение и особенности реализации.

С помощью критерия Тейла разработанная модель ЭЭС исследуется на адекватность путем сравнения результатов моделирования с наборами экспериментальных данных реальных ГТЭС. На рисунке 4 в качестве примера приведены переходные процессы частоты свободной турбины ГТУ (и ст) и действующего значения напряжения на шинах генератора (С/), полученные экспериментально на ГТЭС «Янус» и при моделировании. Исследование проводилось путем постановки экспериментов ступенчатого увеличения мощности нагрузки генератора от 0 до 1 МВт.

Критерий Тейла для значений напряжения и частоты свободной турбины, показанных на рисунке 4, принимает значения 8ЫСТ = 0.0015, 8и = 0.02. При этом для электроэнергетических систем значение критерия должно быть не более 0,1.

Следует отметить, что разработанный программно-моделирующий комплекс, реализуя проблемно-ориентированную компьютерную поддержку автоматизированных испытаний САУ ГТЭС на основе математического моделирования ЭЭС сложной структуры, обеспечивает гибкую модификацию условий численного эксперимента и обработки его результатов для всех основных характерных и критических режимов эксплуатации ГТЭС.

—♦— п ст - эксперимент -■— п ст - модель

а)

б)

Рис. 4. Графики переходных процессов: а) частоты свободной турбины ГТУ; б) напряжения на шинах генератора

Открытая архитектура и применение методов структурного моделирования предоставляют возможность использования разработанного программно-моделирующего комплекса для систематизации и сопоставления по результатам комплексных компьютерных испытаний различных вариантов структур САУ ГТЭС и поиска новых проектных решений.

В заключении указаны основные научные и практические результаты, полученные в диссертационной работе.

ВНЕДРЕНИЕ РЕЗУЛЬТАТОВ РАБОТЫ

Разработанный на основе проведенных исследований программно-моделирующий комплекс принят в эксплуатацию на предприятии ОАО «Авиадвигатель» (Пермь). Результаты работы используются в учебном процессе кафедры микропроцессорных средств автоматизации Пермского государственного технического университета.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ РАБОТЫ

Основные результаты работы заключаются в следующем:

1. Разработана математическая модель электроэнергетической системы, позволяющая моделировать переходные и установившиеся процессы, возникающие под влиянием задающих и возмущающих воздействий как в автономном режиме работы газотурбинной электростанции, так и при работе на мощную сеть.

2. Разработана методика компьютерной поддержки автоматизированных испытаний САУ газотурбинных электростанций.

3. Выполнена алгоритмизация и программная реализация разработанной модели электроэнергетической системы и разработанной методики в форме программно-моделирующего комплекса.

4. Проведены практические исследования программно-моделирующего комплекса, подтвердившие адекватность разработанной математической модели электроэнергетической системы.

5. Разработанная система компьютерной поддержки испытаний САУ газотурбинных электростанций позволяет сократить трудозатраты на испытания как уже существующих, так и вновь разрабатываемых САУ газотурбинных электростанций в 2 раза и более.

ОСНОВНЫЕ ПУБЛИКАЦИИ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИОННОЙ РАБОТЫ

Публикации в рег/ензируемых научных изданиях, включенных в перечень ВАК:

1. Шигапов A.A., Кавалеров Б.В. Применение матричного подхода для расчета переходных процессов в электроэнергетических системах произвольной конфигурации// Системы управления и информационные технологии. -2007, №4(30), с. 21 - 27.

2. Шмидт И.А., Кавалеров Б.В., Один К.А., Шигапов A.A. Сопряжение программных средств в задачах моделирования и тестирования систем управления энергетическими газотурбинными установками// Информационно-управляющие системы. - 2009, № 5 (42), с.25 -31.

3. Кавалеров Б.В., Кузнецов М.И., Шигапов A.A. Математическое моделирование автономных систем электроснабжения с учетом насыщения электрических машин//Электротехника. - 2009, №11, с.13 -18.

4. Шигапов A.A., Петроченков А.Б., Кавалеров Б.В. Структурная схема математической модели системы электроснабжения для испытания алгоритмов управления//Электротехника. - 2010, №6, с.55 -61.

Прочие публикации:

5. Винокур В.М., Кавалеров Б.В., Шигапов A.A. Алгоритмическая база для математического моделирования систем электроснабжения произвольной конфигурации// Информация, инновации, инвестиции: Материалы Всероссийской (с международным участием) конференции, г. Пермь / Пермский ЦНТИ. - Пермь, 2004. - с. 151 - 155.

6. Винокур В.М., Кавалеров Б.В., Шигапов A.A. Математическое моделирование энергосистемы с газотурбинной электростанцией и

системой электроснабжения произвольной конфигурации// Информация, инновации, инвестиции: Материалы 6-й Всероссийской (с международным участием) конференции, г. Пермь / Пермский ЦНТИ. - Пермь, 2005. - с. 109-111.

7. Шигапов A.A., Кавалеров Б.В. Математическое моделирование переходных режимов в мини-электроэнергетических системах при коммутации// Материалы 1-ой Всероссийской научно-технической Интернет-конференции «Энергетика. Инновационные направления в энергетике. CALS-технологии в энергетике»/ Изд-во Перм. гос. техн. ун-та. -Пермь, 2007.-с. 100-114.

8. Шигапов A.A. Некоторые аспекты математического моделирования мини-энергосистем// Материалы 2-ой Всероссийской научно-технической Интернет-конференции «Энергетика. Инновационные направления в энергетике. CALS-технологии в энергетике» / Изд-во Перм. гос. техн. унта. - Пермь, 2009. - с. 183 - 194.

9. Кавалеров Б.В., Шигапов A.A. Моделирование систем электроснабжения для автоматизации настройки САУ энергетических ГТУ//Материалы V Всероссийской научно-технической конференции «Проблемы и перспективы развития авиации, наземного транспорта и энергетики «АНТЭ-2009»» / Изд-во Казан, гос. техн. ун-та. - Казань 2009 - с.242 - 246.

Ю.Шигапов A.A., Лисовин И.Г. Разработка программно-моделирующего комплекса для настройки и оптимизации алгоритмов управления газотурбинной электростанцией/АГезисы докладов LVI научно-технической конференции «Применение газотурбинных установок в энергетике и промышленности»/РАН, Комиссия по газовым турбинам РАН, Ассоциация газотурбинных технологий, ОАО «Всероссийский теплотехнический университет», ОАО «Авиадвигатель». - Пермь, 2009. -с. 74-77.

11.Кавалеров Б.В., Шигапов A.A. Математическое моделирование электроэнергетической системы для испытаний и настройки САУ ГТУ// Материалы III Всероссийской научно-технической Интернет-конференции «Энергетика. Инновационные направления в энергетике. CALS-технологии в энергетике». Изд-во Перм. гос. техн. ун-та. - Пермь, 2010. - с. 243 - 250.

Подписано в печать 22.11.2010. Формат 60x90/16. Усл. печ. л. 1,0. Тираж 100 экз. Заказ №2235/2010.

Издательство

Пермского государственного технического университета 614990, г. Пермь, Комсомольский пр., 29, к.113 тел. (342) 219-80-33

Введение.

ГЛАВА 1. Анализ проблемы, необходимость, пути решения, обоснование принятых методов.

1.1. Автоматизированные испытания систем управления г газотурбинными« электростанциями, цели, этапы, проблемы и пути решения.

1.2. Составление электрической схемы замещения электроэнергетической системы.

1.3. Способы и средства идентификации модели электроэнергетической системы.

1.4. Общие принципы построения математических моделей структурных элементов.

1.5. Обоснование принятых методов решения векторно-матричных дифференциальных уравнений.

1.6. Выбор шага численного> решения дифференциальных уравнений- и шага вывода.

1.7. Общие принципы построения математических моделей взаимодействия структурных элементов.

1.8. Обоснование принятой системы относительных единиц.

1.9. Обоснование принятых допущений и пренебрежений.

1.10. Выводы по главе 1.•.

Г ЛАВА 2. Разработка математической модели электроэнергетической системы.

2.1. Требования к математическому обеспечению разрабатываемой модели ЭЭС.

2.2. Модель газотурбинного двигателя иредуктора.

2.3. Модель генератора с возбудителем.

2.3.1. Модель генератора для моделирования установившегося режима.

2.4. Модель синхронного двигателя.

2.5. Модель асинхронного двигателя.

2.5.1. Модель асинхронного двигателя для моделирования установившегося режима.

2.6. Модель активно-индуктивной нагрузки.

2.6.1. Модель активно-индуктивной нагрузки для моделирования установившегося режима.

2.7. Модель трансформатора, линии электропередач, сети бесконечной мощности.

2.8. Алгоритм моделирования элементов электрической системы.

2.9. Модель взаимодействия структурных элементов ЭЭС.

2.10. Алгоритм моделирования взаимодействия структурных элементов ЭЭС.

2.11. Выводы по главе 2.

Г JPА В А 3. Разработка методики компьютерной поддержки автоматизированных испытаний и настройки САУ ГТЭС.

3.1. Показатели качества вырабатываемой ГТЭС электроэнергии.91'

3.2. Алгоритм моделирования переходных и установившихся режимов.

3.3. Исходные данные методики компьютерной поддержки.

3.4. Алгоритм методики компьютерной »поддержки.

3.5: Выводы по главе 3.

F JTAB А 41 Программная реализация разработанных алгоритмов и-мод ел ей.

4.1. Выбор сред разработки »программного обеспечения.

4.2. Основные принципы программной реализации программно-моделирующего комплекса.

4.3. Требования и необходимые условия для функционирования программного обеспечения'моделирующего комплекса.

4.4. Функциональная структура программно-моделирующего комплекса.

4.5. Базазнаний.

4.6. База экспериментов.

4.7. Алгоритмическая база.:.126»

4.8! Интерфейс программно-моделирующего комплекса.128»

4.8:1. Работа с базойданных экспериментов.

4.9. Исследование модели ЭЭС.

4.10. Выводы.по главе 4.

Сокращение государственного финансирования крупных энергоисточников, высокие тарифы региональных и федеральных компаний по производству электрической энергии, неуклонное и неизбежное повышение цен на энергоносители вынуждают предприятия самых разных отраслей промышленности всерьез рассматривать целесообразность сооружения собственных энергосистем с использованием газотурбинных электростанций (ГТЭС) сравнительно невысокой мощности. Подобные энергосистемы могут обеспечить электропитание технологического оборудования предприятия, повысить его надежность, выступая в качестве основного или дополнительного1 источника электроэнергии [1]., Именно такие электроэнергетические системы (ЭЭС) как нельзя лучше подходят под понятие «малая» энергетика, к настоящему времени уже прочно укрепившееся как- в, среде специалистов-энергетиков,.так и у потребителя.

Перечислим' основные признаки, характеризующие электроэнергетические системы; источниками электроэнергии в которых являются газотурбинные электростанции:

1. В качестве приводного двигателя- источников электроэнергии^ (генераторов) применяются, газотурбинные установки (ЕТУ), соизмеримые с ними по мощности и< обладающие значительно меньшим моментом инерции газовой турбины по сравнению с паровой [2].

2. Мощность электростанции сравнительно невелика и соизмерима или равна мощности потребителей. Вследствие этого возмущения в электрических сетях оказывают существенное влияние на статическую и динамическую устойчивость турбоагрегатов ГТЭС.

3. ЭЭС свойственна жесткая зависимость мгновенной мощности турбоагрегатов от графика электрической нагрузки. Кроме того, возможны скачкообразные изменения мощности, связанные с вводом и выводом нагрузки, запуском и остановом двигателей высокой мощности, характерных для промышленных предприятий.

4. В ГТЭС допускаются переключения, связанные с вводом или. выводом отдельных энергоблоков - в периоды выходных или праздничных дней; в ночные смены, при снижении нагрузки менее 25%- от номинальной, мощности, при проведении регламентных или профилактических работ.

Газотурбинная« электростанция^ является сложным- объектом, состоящим из одного или более энергоблока: Каждый энергоблок, в общем случае; состоит из силовош установки, называемой, газотурбинной установкой, и синхронного5 генератора с системой возбуждения. Основным элементом ГТУ, от которого зависит мощность энергоблока и его КПД; является приводной* газотурбинный двигатель.

Газотурбинные двигатели, первоначально применявшиеся благодаря своим высоким удельным характеристикам, только Bv авиации, получили« широкое распространение- в качестве силового привода*, в газотурбинных электростанциях. Создание специальных двигателей для-наземного применения* требует длительного.временили больших затрат на освоение его'в производстве;, поэтому у предприятий, производящих авиационные двигатели есть возможность изготавливать-наземные двигатели доработкой1 авиационных, что позволяет: .: . .

- сократить время на разработку;

- использовать.узлы авиационных двигателей бывших в» эксплуатации; так как они имеют достаточный остаточный ресурс, а повреждаемость двигателей наземного применения от эксплуатационных режимов^ в десятки раз меньше чем в авиации;

- получить двигатели наземного применения с достаточно невысокой-массой и габаритами [3].

Однако для достижения требуемых статических и динамических характеристик газотурбинные авиационные двигатели претерпевают значительные модификации при их применении в качестве привода для электрогенераторов. Кроме того, существенно изменяются условия их функционирования, связанные с тем, что наземные двигатели работают в режимах отличающихся от полетных. Таким образом; при использовании авиационных двигателей в наземных условиях требуется решение задачи разработки и настройки новых систем автоматического, управления (САУ) ГТЭС применительно к требованиям обеспечения показателей качества-вырабатываемой электроэнергии.

По своей структуре САУ ГТЭС является иерархической, распределенной функционально- и в "пространстве- системой, объединяющей в своем составе следующие уровни и подсистемы:

- САУ верхнего уровня;

- Устройства управления газотурбинных установок (УУ ГТУ);

- Устройства управления синхронных генераторов (УУ СГ).

Наиболее важные задачи, решаемые САУ ГТЭС:

- управление режимами» запуска; нормального* и аварийного« останова энергоблоков;

- регулирование заданных значений' напряжения? и частоты генераторов в зависимости от режима ГТЭС;

- групповое регулирование активной и реактивной мощности с ограничением, при необходимости выдачи-мощности в сеть.

Рассмотрим основные , этапы развития отечественных устройств управления ГТУ [4]. Изначально функции УУ ГТУ выполняли устройства на базе гидромеханических элементов, (например, центробежный регулятор). Такие устройства отличались высокой' надежностью, но были дороги в производстве, ограничены в возможностях по* коррекции свойств системы-управления, сложны в настройке. Структура таких устройств управления была неизменяемой. Значительно повысить качество регулирования-параметров ГТУ удалось с внедрением электронной аппаратуры. Электроника позволила существенно уменьшить габариты, массу и стоимость устройств управления. С внедрением электроники стала возможной реализация УУ ГТУ высокой степени сложности. В электронной автоматике роль информационных сигналов стали выполнять ток и напряжение, величина которых пропорциональна уровню сигнала (аналоговая электроника). Несмотря на целый ряд преимуществ, аналоговая электроника не обладала гибкостью и универсальностью, по сравнению пришедшей ей на- смену цифровой-электроникой. Расширить круг решаемых задач управления двигателем позволили УУ ГТУ на базе" цифровой' электроники с применением микропроцессоров, поскольку такое устройство стало программируемым и перепрограммируемым и стало, способным выполнять сложные расчеты. Таким образом, все элементы, микропроцессорных УУ ГТУ стали наземными элементами, за исключением алгоритмов программы, загруженной в ОЗУ микроконтроллера. Анализ литературы [4] показал, что на всех этапах развития УУ ГТУ, как правило, менялась элементная база устройств управления, а основные принципы» управления, наземным газотурбинным двигателем, несмотря: на изменение-его рабочих режимов, остались неизменными как, для; авиационного прототипа.

Одним из'важнейших этапов» жизненного цикла, вновь разрабатываемых САУ ГТЭС, является этап испытаний-. Следует признать- недостаточно эффективными испытания^ САУ ГТЭС, проводимые непосредственно на натурных стендах, изначально изготовленных для. испытаний САУ авиационных двигателей и существенно-ограничивающих режимы, в которых испытываются САУ ГТЭС. В отличие от полетных, режимы наземных ГТУ в значительной мере определяются режимами энергопотребления и зависят от конфигурации и состава элементов электроэнергетической-системы.

Высокая сложность задач, которые решает САУ ГТЭС, а.также связанная с этим необходимость учета различных режимов работы электростанций на широкий диапазон нагрузок, .обуславливает необходимость использования методов математического моделирования для испытаний САУ ГТЭС. При создании и испытаниях систем автоматического управления авиационных газотурбинных двигателей (ГТД) и ее элементов широко применяют математические модели авиационного двигателя, САУ и ее элементов. Это позволяет ускорить процессы разработки и доводки УУ ГТУ [5]. Однако существующие математические модели ЭЭС и входящих в ее состав^ ГТЭС являются структурно и функционально упрощенными, а также ограниченными для модификаций, что затрудняет моделирование процессов параллельной работы энергоблоков ГТЭС в автономном режиме и при работе на мощную сеть.

На текущий момент на этапах испытаний САУ ГТЭС имеет место низкая эффективность труда, обусловленная' чрезвычайной трудоемкостью анализа множества конкурентоспособных настроек САУ и их оптимизации с учетом многорежимности, иерархичности и обилия степеней- свободы объекта управления (электроэнергетической системы). Кроме этого, нередко испытания и настройка САУ с учетом специфики ЭЭС проводится на этапе пусконаладочных работ, в условиях ограниченного времени, в. таком5 случае, как правило, принимается не лучшее, а первое найденное допустимое решение; Как результат снижаются эксплуатационные характеристики газотурбинных электростанций.

В ■ связи с вышеизложенным, испытания САУ ГТЭС, применительно' к показателям качества вырабатываемой' электроэнергии, целесообразно проводить с применением человеко-машинной^ системы компьютерной, поддержки процессов испытанию САУ. Система^ компьютерной поддержки испытаний САУ, предоставляя методы использования моделей, данных и вычислительных алгоритмов, позволяет разработчику и (или) экспериментатору решать задачи испытаний САУ ГТЭС в режимах, недоступных испытаниям на натурных стендах с учетом^ специфики объекта управления.

В силу указанных причин актуальной является задача компьютерной поддержки испытаний САУ ГТЭС средствами интерактивной автоматизированной человеко-машинной системы, которая позволит методами компьютерного моделирования! осуществить оценку качества вырабатываемой газотурбинной электростанцией электроэнергии на соответствие требованиям государственных стандартов.

Объектом исследования являются автоматизированные испытания САУ гтэс.

Предмет исследования? — математическое; алгоритмическое: и программное обеспечение компьютерной« поддержки; автоматизированных испытанийСАУ газотурбинных электростанций:

Цель, диссертационной работы? - разработка, системы компьютерною поддержки: автоматизированных испытаний; САУ газотурбинных электростанций^ применительно5 к; показателям, качества; вырабатываемой электроэнергии?; на основе математической; модели газотурбинной? электростанции, электрическойнагрузки иэлектрической сети.

Система, компьютерной поддержки автоматизированных испытаний« САУ, путем: проведения*1 -вычислительных экспериментов; обеспечивает выполнениефункцийанализаииспытанийСАУ ГТЭСврежимахнедоступных. испытаниям: на физических стендах. Система компьютерной« поддержки испытаний! САУ призвана? упростить/ задачу испытаний, предоставив? разработчику САУ набор? средств.для оценки; качества вырабатываемой ГТЭС электроэнергии по отклику модели объекта управления науправляющий вектор САУ под действием возмущающих, и задающих воздействий. Пршэтом; модель, объекта управления является динамической и позволяет рассчитать показатели качества: электроэнергии по переходной характеристике. Оценка заданных показателей качества вырабатываемой? электроэнергии;1 производится) путем-сравнения^ рассчитанных при моделировании; показателей^ качествам с показателями, заданными экспериментатором.

Анализ литературы [6] показал, что почти все существующие методы расчета переходных процессов; в* электроэнергетических системах, сводятся к какому-либо частному случаю расчета переходных процессов в одном элементе при определенных начальных условиях. Такие подходы применимы в основном для решения задач синтеза САУ. С развитием микропроцессорной техники: мы можем перейти от исследования поведения отдельногоэлемента энергосистемы в динамике, к рассмотрению всей ЭЭС в, целом, с применением методов математического моделирования, реализуемых в виде программно-моделирующих комплексов.

Структурный и параметрический синтез САУ ГТЭС затрудняется сложностью, нелинейностью* и многорежимностью объекта управления которым является» как сама ГТЭС, так и связанная с ней электроэнергетическая система, и проводится на максимально упрощенных математических моделях. Однако, на этапе испытаний, с применением системы компьютерной поддержки учитываются не только основные свойства отдельного структурного элемента ЭЭС, но и свойства, вызванные влиянием возмущений-различного характера от других элементов ЭЭС, проявляющихся как в рабочих, так и в аварийных режимах. В диссертационной работе применен системный подход поддержки^ испытаний САУ, заключающийся в рассмотрении' ГТЭС, САУ ГТЭС и электрической нагрузки как единой« целостной системы, описываемой? единой математической моделью.

Для достижения цели диссертационной работы ставится и решается следующая научная задача" — разработка методики и алгоритмов компьютерной^ поддержки автоматизированных испытаний, САУ ГТЭС на основе комплексной математической'модели-ЭЭС.

Для решения научной.задачи^ ставятся. и; решаются.следующие частные задачи:

1. Разработать математическую модель ЭЭС на основе структурной и функциональной декомпозиции ЭЭС и входящих в ее состав газотурбинных электростанций.

2. Разработать методику компьютерной поддержки автоматизированных испытаний САУ ГТЭС, основанную на математическом моделировании статических и динамических процессов в ЭЭС и входящих в ее состав ГТЭС.

3. Осуществить алгоритмизацию и программную реализацию разработанных модели и методики в форме программно-моделирующего комплекса для поддержки автоматизированных испытаний САУ ГТЭС.

4. Провести исследования разработанного программно-моделирующего комплекса методом математического моделирования.

Цель и задачи работы обусловили выбор следующих методов исследования: методы теории автоматического управления, электрических машин, теоретических основ электротехники и электроснабжения, математического моделирования, численного анализа; линейной алгебры, натурного и вычислительного эксперимента.

Теоретической и методологической основой исследований являются работы Д.А. Арзамасцева, В.А. Веникова, Л.П. Веретенникова, В.Л. Волкова, A.A. Горева, В.В. Жукова, К.К. Кетнера, И.В. Копылова, A.A. Самарского, С.А. Ульянова и др., исследования также опираются на работы, посвященные практическому внедрению систем автоматизации испытаний, таких авторов как A.A. Шевяков, H.H. Матушкин, В.П. Казанцев, А.И. Полулях и др., диссертация продолжает исследования; выполненные представителями* научной школы профессора' В.М. Винокура: И.А.Шмидтом, А.В.Ромодиным,

А.Б. Петроченковым, Л.А. Мыльниковом и др.

Научная новизна:

1. Разработана новая математическая модель ЭЭС, позволяющая' моделировать переходные и установившиеся электромагнитные и электромеханические процессы, возникающие под влиянием возмущающих воздействий в автономном . и. параллельном, режимах работы энергоблоков ГТЭС, при работе ГТЭС на мощную^ сеть, а также при электрической коммутации.

2. Впервые разработана методика компьютерной поддержки автоматизированных испытаний САУ ГТЭС, обеспечивающая оценку качества вырабатываемой электроэнергии методом математического моделирования динамических и статических процессов в ЭЭС.

3. На основе разработанной методики и математической модели создана оригинальная функциональная структура программно-моделирующего комплекса, основош которой являются открытые для чтения: и модификации алгоритмическая база, база знаний и база экспериментов.

На защиту выносятся:

- модель ЭЭ€, впервые включающая: математические модели структурных, элементов и модель взаимодействия! элементов для статического! и динамического моделирования; ЭЭС ш входящих в ее состав ГТЭС в режимах автономной, параллельной работы и работы на мощную сеть;

- методика? компьютерной поддержки! испытаний? САУ ГТЭС методами математического моделирования;: функциональная структура программно-моделирующего комплекса для компьютерной поддержки автоматизированных испытаний САУ ГТЭС;

- принципы: программной, реализации разработанных алгоритмов и математической модели ЭЭС, результаты, исследований разработанного программно-моделирующего-комплекса;

Практическая? ценность работы. Система компьютерной поддержки автоматизированных испытаний САУ ГТЭС позволяет методами вычислительного экспериментам автоматизировать^ предварительные и комплексные: испытаниям существующих и: вновь, разрабатываемых система автоматического управления.ГТЭС путем:

- автоматизации процесса испытаний САУ ГТЭС на соответствие качества^ вырабатываемой электроэнергии требованиям государственных стандартов;

- автоматизации процесса обработки результатов моделирования.

Применение программно-моделирующего комплекса для компьютерной поддержки испытаний САУ позволяет повысить эффективность испытаний за счет сокращения трудозатрат на испытания САУ на этапах разработки, пусконаладки и эксплуатации ГТЭС.

Структура и объем? диссертации. Диссертация состоит из; введения, 4 глав, заключения, списка5 литературы, включающего 62 наименования, и приложения: Основная часть работы содержит 136 страниц, включающих 3 таблицы и 24 рисунка.

Основные результаты работы заключаются в следующем:

1. Разработана математическая^ модель электроэнергетической системы, позволяющая моделировать, переходные и установившиеся процессы, возникающие под влиянием задающих и возмущающих воздействий как в автономном режиме работы газотурбинной электростанции, так и при работе на мощную сеть.

2. Разработана методика компьютерной поддержки автоматизированных испытаний САУ газотурбинных электростанций.

3. Выполнена алгоритмизация* и программная^ реализация разработанной модели электроэнергетической системы и разработанной методики в форме программно-моделирующего комплекса.

4. Проведены, практические исследования программно-моделирующего* комплекса; подтвердившие^ адекватность разработанной математической модели электроэнергетической-системы.

5. Разработанная? система компьютерной поддержки» испытаний САУ газотурбинных электростанций позволяет сократить- трудозатраты на испытания-, как уже существующих, так и вновь разрабатываемых САУ газотурбинных электростанций в 2 раза и более.

Следует отметить, что разработанный программно-моделирующий комплекс; реализуя проблемно-ориентированную компьютерную поддержку автоматизированных испытаний САУ ГТЭС на основе математического моделирования ЭЭС сложной! структуры, обеспечивает гибкую модификацию условий численного эксперимента и обработки его результатов для всех основных характерных и критических режимов эксплуатации ГТЭС.

Открытая архитектура и применение методов структурного моделирования предоставляют возможность использования разработанного программно-моделирующего комплекса для систематизации и сопоставления по результатам комплексных компьютерных испытаний различных вариантов структур САУ ГТЭС и поиска новых проектных решений.

Разработанный на основе проведенных исследований программно-моделирующий комплекс принят в эксплуатацию на предприятии ОАО «Авиадвигатель», г. Пермь (см. приложение П.З). Результаты диссертационной работы используются в учебном процессе кафедры микропроцессорных средств автоматизации Пермского государственного технического университета, (см. приложение П.4).

ЗАКЛЮЧЕНИЕ ПО РАБОТЕ

1. Дьяков А. Ф. Малая энергетика России. Проблемы и перспективы. -Москва: Энергопрогресс, 2003. 128 с.

2. А. К. Raja Power Plant Engineering. New Delhi: New age international; 2006. - 470 c.

3. Иноземцев A.A., Сандрацкий В.Л. Газотурбинные двигатели. — Пермь: ОАО «Авиадвигатель», 2006. 1202 с.

4. Иноземцев A.A., Нихамкин М. А., Сандрацкий В.Л. Автоматикач и регулирование авиационных двигателей и энергетических установок -Пермь: ОАО «Авиадвигатель», 2007. 194 с.

5. Хронин Д. В: Конструкция и проектирование авиационных газотурбинных двигателей. — Москва: Машиностроение, 1989. 564 с.

6. Горнштейн В. М., Мирошниченко Б. П., Пономарев А. В. Методы оптимизации режимов энергосистем. Москва: Энергия, 1981. - 336 с.

7. ГОСТ 34.603-92. Виды^ испытаний автоматизированных систем. Введ. 01.01.93.-Москва, 1992.

8. Серегин М. Ю. Организация и технология испытаний/ Часть 2. Автоматизация испытаний//Учебное пособие. — Тамбов: Издательско-полиграфический центр Тамбовского государственного технического университета, 2006. 94 с.

9. Самарский А.А;, Гулин A.B. Численные методы Москва: Наука, 1989 г.

10. Дьяконов В. П. Matlab 6.5 SP 1/7 + Simulink 5/6. Основы применения -Москва: СОЛОН-Пресс, 2005. 800 с.

11. И. Костин В. Н., Распопов Е. В., Родченко Е. А. Передача и распределение электроэнергии.// Учеб. пособие. Санкт-Петербург: Северо-Западный государственный технический университет, 2003. - 147 с.

12. Идельчик В. И. Электрические системы и сети.// Учебник для вузов. -Москва: Энергоатомиздат, 1989. 592 с.

13. Ермилов А. А. Электроснабжение промышленных предприятий -Москва-Ленинград: Энергия, 1965. 96 с.

14. Шигапов A.A., Петроченков А.Б., Кавалеров Б.В. Структурная схема математической модели системы электроснабжения для испытания алгоритмов управления//Электротехника. 2010, №6,' с. 55 -61.

15. Бусленко Н.П. Моделирование сложных систем. Москва: Наука, 1978. -440 с.

16. Павловский Ю. Н., Смирнова Т. Г. Проблема декомпозиции в математическом моделировании. Москва: ФАЗИС, 1998.

17. Веников В.А. Переходные электромеханические процессы в электрических системах. — Москва: Высш. шк., 1985. 536 с.

18. Арзамасцев Д. А., Бартоломей П. И., Холян А. М. АСУ и оптимизация режимов энергосистем// Учебное пособие Москва: Высшая- школа, 1983.-208 с.

19. Ортега Дж., Пул У. Введение в численные методы решения дифференциальных уравнений.// Пер. с англ.; под редакцией A.A. Абрамова Москва: Наука. Гл. ред. физ. мат. лит., 1986. - 288с.

20. Хемминг Р.В. Численные методы для научных работников и инженеров// Пер с англ.; под редакцией P.C. Гутера. — Москва: Наука. Гл. ред. физ. мат. лит. 1968. 203 с.

21. Шигапов A.A., Кавалеров Б.В. Применение матричного' подхода для* расчета переходных процессов в электроэнергетических системах произвольной конфигурации// Системы управления и информационные-технологии. -2007, №4(30), с. 21 27.

22. Воеводин В. В:, Кузнецов Ю.А. Матрицы и вычисления Москва: Наука 1984. - 320с.29: Ланкастер П; Теория.матриц Москва: Наука 1978. - 280 с.

23. СипайловГ. А., Лоос А. В. Математическое моделированиеэлектрических машин.Москва: Высш. шк., 1980: 176*с.

24. Ульянов С.А. Электромагнитные переходные процессы.в электрических системах. Москва-Ленинград: Энергия; 1964. - 704 с.

25. Гусейнов. Ф.Г. Упрощение расчетных схем электрических систем. -Москва: Энергия, 1978. 184 с.

26. Токарев Б.Ф. Электрические машины. — Москва: Энергоатомиздат, 1990. -624 с:

27. Артемов И:Л. Fortran. Основы, программирования. Москва: Диалог-МИФИ, 2010: - 304 с.

28. Баженова * И. Ю. Delphi 6. Самоучитель программиста. Москва: КУДИЦ-ОБРАЗ; 2002. 425 с.

29. Шмидт И.А., Кавалеров, Б.В., Один К.А., Шигапов-А;А. Сопряжение программных средств в.задачах моделирования; и тестирования систем управления энергетическими газотурбинными- установками// Информационно-управляющие системы. 2009, № 5 (42), с.25 - 31.

30. Павлов Г. М., Меркурьев Г. В. Автоматика энергосистем. — Санкт-Петербург: НОУ Центр подготовки кадров энергетики; 2001. 387 с.

31. Соловьев И.И. Автоматические регуляторы синхронных генераторов. -Москва: Энергоиздат, 1981. 248с.

32. Веретенников J1.П. Исследование процессов в судовых электроэнергетических системах. Теория и методы. — Ленинград: Судостроение, 1975. 376 с.

33. Кавалеров Б.В., Кузнецов М:И., Шигапов A.A. Математическое моделирование автономных систем электроснабжения с учетом насыщения электрических машин//Электротехника. 2009, №11, с. 13 — 18.

34. ГОСТ Р 53178-2008. Установки электрогенераторные с бензиновыми, дизельными и газовыми двигателями внутреннего сгорания. Методы, испытаний. Введ. 01.0Г. 10. - Москва, 2009;

35. ГОСТ Р 50783-95. Электроагрегаты и передвижные электростанции с двигателями внутреннего сгорания. Общие технические требования. -Введ. 01.01.96. Москва,,1995.

36. Коротков Б.А., Попков E.H. Алгоритмы имитационного моделирования переходных процессов в электрических системах. Ленинград: Ленинградский-университет, 1987. - 280 с.

37. Ope О. Теория графов.* Москва: Наука, 1980: - 336 с.

38. Веников В.А. Кибернетические модели электрических систем. Москва: Энергоатомиздат, 1982. - 328 с.

39. Веников В.А. Электрические системы. Режимы работы электрических систем и сетей — Москва: Высш. шк., 1975. 344 с.

40. ГОСТ 13109-97. Нормы качества, электрической энергии в системах электроснабженияобгцего назначения Введ. 01.01.99. - Москва, 1997.

41. Бесекерский В.А., Попов Е.П. Теория систем автоматического управления Москва: Наука, 1972. - 768 с.

42. Солодовников В.В., Плотников В.Н., Яковлев A.B. Теория автоматического управления техническими системами Москва: МГТУ им. Н. Э. Баумана, 1993. - 492 с.

43. Система управления возбуждением ШУВГ-220// Руководство по эксплуатации — Лысьва: ООО «Электротяжмаш-Привод», 2009. 73 с.

44. РД 153-34.0-15.501-00 Методические указания по контролю и анализу качества электрической энергии в системах энергоснабжения общего назначения. Часть 1. Контроль качества электрической энергии Введ. 01.01.2001.

45. И. И. Карташев, В. Н. Тульский, Р. Г. Шамонов и др.; под ред. Ю. В. Шарова. Управление качеством электроэнергии — Москва : Издательский дом МЭИ, 2006.-320 с.

46. Бобровский С. Delphi 5: Учебный курс. Санкт-Петербург: Питер, 2001. - 640 с.

47. Хелен Бори. Firebird. Руководство разработчика баз данных.// Перевод с английского Санкт Петербург: БХВ-Петербург, 2007. - 1104 с.

48. Боуман Дж., Эмерсон С., Дарновски М. Практическое руководство по SQL. Москва: Наука, 2001. - 336 с.

49. Программно-моделирующий комплекс КМЭС. Технический проект. -Пермь : ПГТУ, 2008. 162 с.

50. Программа КМЭС. Руководство программиста Пермь: ПГТУ, 2009. -65 с.

51. Программа КМЭС. Руководство оператора. Пермь: ПГТУ, 2009. - 28 с.

52. Тейл Г., Ершов Э.Б. Прикладное экономическое прогнозирование -Москва: Прогресс, 1970. 502 с.