автореферат диссертации по электротехнике, 05.09.03, диссертация на тему:Система возбуждения и стабилизации напряжения автономного асинхронного генератора

НИЖЕГОРОДСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

На правах рукописи

ЩЕТИНИН Олег Викторович

СИСТЕМА ВОЗБУЖДЕНИЯ И СТАБИЛИЗАЦИИ НАПРЯЖЕНИЯ АВТОНОМНОГО АСИНХРОННОГО ГЕНЕРАТОРА

Специальность 05.09.03 - Электротехнические комплексы и системы,

включая их управление и регулирование

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Нижний Новгород 1994

Работа выполнена в Нижегородском государственном техническом университете.

НАУЧНЫЙ РУКОВОДИТЕЛЬ

доктор технических наук, профессор Хватов С.В.

ОФИЦИАЛЬНЫЕ ОППОНЕНТЫ

доктор технических наук, профессор Титов В.Г. кандидат технических наук, Хохлов Н.М.

ВЕДУЩАЯ ОРГАНИЗАЦИЯ - ОКБ Машиностроения, г. Н.Новгород.

д 1994 г. в часов в

г ¡с а

Защита состоится 'Ь аудитории N /25$ на заседании диссертационного совета К.063.85.06 по присуждению ученых степеней кандидата технических наук в Нижегородском государственном техническом университете (603600, ГСП-41, г. Н.Новгород, ул. Минина, 24).

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке технического университета.

Автореферат разослан

3 ^¿Ь 1994г.

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

В.В.Соколов

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность проблемы. Развитие автономной электроэнергетики в настоящее время характеризуется ростом потребности в автономных источниках электропитания различной мощности общепромышленного и специального назначения, увеличением единичной мощности этих источников, заметным повышением требований к ним по мобильности, надежности и экономичности, по качеству электрической энергии. Находит применение широкая гамма автономных энергоустановок (АЭ), которые подразделяются по номинальной мощности, величине напряжения и частоте генерируемого тока, по тилу генератора и способу его охлаждения, типу приводного двигателя, по целевому назначению и условиям эксплуатации. В АЭ, мощность которых лежит в диапазоне от 1кВт до 100 МВт, выходное напряжение - от 12В до 10 кВ, частота - до 5000 Гц, используются различные типы генераторов, имеющие различное конструктивное исполнение и способ охлаждения. В качестве приводных двигателей применяются двигатели внутреннего сгорания, дизели, паровые, гидравлические и газовые турбины.

Для дальнейшего повышения мощности, надежности и живучести источников электроснабжения в экстремальных условиях электромашинные генераторы объединяют в группы параллельно работающих единиц, получая автономные энергетические системы с быстродействющим автоматическим управлением энергоблоками на основе современных технических средств.

С другой стороны, существует потребность в автономных генераторах сравнительно небольшой'мощности для экологически чистых энергоустановок, в том числе для микро-ГЭС мощностью до 10 кВт, плотинных малых ГЭС мощностью до 1 МВт, ветроустановок мощностью до 1 МВт. В этих случаях.АЭ таюке. должны обеспечивать высокую надежность работы и заданный уровень качества электроэнергии при полной автоматизации процесса преобразования. энергии с целью максимального упрощения обслуживания.

К числу основных проблем, требующих решения для дальнейшего развития автономной электроэнергетики можно отнести следующие:

- уменьшение габаритов, массы активных материалов и общей массы генераторов и систем их возбуждения;

- уменьшение потерь в процессе преобразования энергии и увеличение КПД генераторов;

- достижение высокого качества параметров электроэнергии и основных характеристик генератора в рабочих и переходных режимах;

- обеспечение высокой надежности генератора в рабочих, переходных и аварийных режимах работы а также высокой степени жизучести энергоустановки в экстремальных условиях.

Анализ энергетических возможностей генераторов различных типов показывает, что создание систем электропитания на основе автономных асинхронных генераторов (ААГ) может стать одним из наиболее перспективных направлений в автономной энергетике.

За рубежом энергоустановки, выполненные на основе ААГ малой и средней мощности (до 1 МВт ), находят применение в системах с приводом от паровых или газовых турбин, на малых гидростанциях, в станциях, использующих энергию пара геотермальных источников, и в установках с ветроприводом. Установки мощностью до 10 МВт используются с ветро- и гидроприводом. Выпускаются конструктивно законченные ветростанции на основе асинхронных генераторов мощностью 500 и 750 кВт.

Цель работы: Разработка и исследование системы возбуждения и стабилизации напряжения ААГ с микропроцессорным управлением, обеспечивающей высокое качество выходного напряжения в статических и динамических режимах работы.

Для достижения поставленной цели автор диссертационной работы решает следующие задачи:

- анализ предлагаемых в литературе вариантов построения силовой части и блока управления систем возбуждения и стабилизации напряжения ААГ, а также алгоритмов их работы;

- создание математической модели АЭ с ААГ, учитывающей алгоритм управления, насыщение машины и характеристику приводного двигателя;

- математическое моделирование переходных процессов в АЭ с ААГ при подключении активных, активно-индуктивных и двигательных нагрузок с использованием различных алгоритмов стабилизации напряжения;

- сравнительный анализ различных алгоритмов стабилизации на основе интегральных критериев качества регулирования;

- выбор структуры и алгоритма работы микропроцессорного блока управления, разработка методики и комплекса специализированных программ для проведения оптимизационных расчетов по определению коэффициентов разностного уравнения регулятора;

- разработка лабораторного макета и опытно-промышленнго образца систем стабилизации напряжения ААГ, экспериментальные исследования.

Методы исследований: В диссертационной работе используются методы математического моделирования нелинейных электрических цепей и теории дискретных систем. Для определения структуры разностного уравнения блока управления использовались методы дискретных передаточных функций и г-преобразования. Математическое моделирование переходных процессов АЭ о ААГ проводилось численным решением системы дифференциальных уравнений методом Рунге-Кугта четвертого порядка. Коэффициенты разностного уравнения

определялись на основе минимизации квадратичного критерия качества с использованием параметрической оптимизации методом координатного спуска.

Научная новизна.

•Разработана и программно реализована математическая модель АЭ с ААГ, позволяющая проводить оценку качества стабилизации выходного напряжения в переходных процессах при подключении (отключении) активных, активно-индуктивных и двигательных нагрузок различной мощности по интегральным критериям качества переходных процессов. Возможна автоматическая оптимизация коэффициентов одно- и многоконтурных дискретных регуляторов для стабилизации выходного напряжения ААГ.

•Разработана методика сравнительного анализа эффективности различных алгоритмов управления АЭ с ААГ на базе математического моделирования переходных процессов. Проведен сравнительный анализ различных алгоритмов стабилизации напряжения АЭ с ААГ, в том числе дискретных алгоритмов 2 и 3 порядков с дополнительными межтактовыми измерениями выходного напряжения и дополнительными контурами по возмущающим воздействиям,

•Предложена методика проведения оптимизационных расчетов для определения коэффициентов разностных уравнений дискретных регуляторов, обеспечивающих устойчивую работу АЭ с ААГ во всем диапазоне рассматриваемых нагрузок.

Практическая ценность.

•На основе проведенного анализа даны рекомендации по выбору алгоритма стабилизации напряжения АЭ с ААГ в зависимости от мощности и типов используемых нагрузок и требований предъявляемых к качеству стабилизации выходного напряжения.

• «Разработанный комплекс программ позволяет проводить оценку устойчивости работы системы и качества стабилизации выходного напряжения АЭ с ААГ для заданных нагрузок и алгоритмов управления , а также автоматизировать выбор коэффициентов разностного уравнения одно- и многоконтурных регуляторов заданного порядка путем непосредственного моделирования переходных процессов.

•Разработана силовая часть системы стабилизации напряжения для ААГ средней мощности с уменьшенной дискретностью стабилизации выходного напряжения на основа секционированной конденсаторной батареи, быстродействующего тиристорного коммутатора и дополнительного реакторно-конденсаторного модуля с фазовым управлением.

•Разработан микропроцессорный блок управления и программное обеспечение, практически реализующие выбранный алгоритм стабилизации напряжения АЭ с ААГ.

Внедрение результатов работы. Результаты диссертационной работы использованы при разработке систем стабилизации напряжения ААГ с микропроцессорным управлением. Разработан комплакт технической документации, проведены наладка и испытания системы стабилизации напряжения ААГ мощностью 940 кВА. Система внедрена в ОКБМашиностроения г.Н.Новгород. Разработан, испытан и внедрен в учебный процесс на кафедре ТОЭ НГТУ экспериментальный образец АЭ на базе ААГ мощностью 4.5 кВА.

Апробация работы. Основные положения и результаты диссертационной работы докладывались и обсуждались на международном научно-техническом семинаре "Моделирование и контроль качества в задачах обеспечения надежности радиоэлектронных устройств" ( г. Шауляй, 1992 г.), международной научно-технической конференции "Методы и средства повышения надежности приборов, устройств и систем" (г. Пенза, 1993 г.), научно-технической конференций "Актуальные проблемы электроэнергетики" (г. Н.Новгород, 1993 г.).

Публикации. По результатам исследований опубликовано 8 работ и получено положительное решение по заявке на изобретение.

Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, заключения, списка литературы и пяти приложений;. содержит 117 стр. основного машинописного текста, 32 стр. иллюстраций, 14 таблиц, 12 стр. списка использованной литературы из 124 наименований, 45 стр. приложений.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность темы, определена цель работы, указана научная новизна и практическая ценность диссертации, даны основные положения, которые выносится на защиту, а также информация о внедрении и -обсуждении результатов исследований.

Первая глав.а посвящена рассмотрению различных 'вариантов выполнения систе.м возбуждения и стабилизации напряжения ААГ. Определены, принципы работы систем стабилизации напряжения ААГ. Проведен обзор вариантов выполнения силовой части систем. Показано, что создание систем, обеспечивающих высокое качество выходного напряжения ААГ в статических и динамических режимах, возможно при использовании быстродействующего статического источника реактивной мощности (ИРМ). Силовую часть систем стабилизации напряжения ААГ малой мощности целесообразно выполнять на основе вентильных ИРМ, а средней и большой мощности - на основе секционированной конденсаторной батареи.

Проведен обзор применяемых блоков управления и реализуемых ими

алгоритмов стабилизации выходного напряжения ААГ. Показано, что предлагаемые в литературе алгоритмы не полностью реализуют возможности силовой части по быстродействию и не позволяют избежать значительных по величине провалов напряжения и даже размагничивания ААГ в переходных процессах при подключении электроприемников значительной мощности.

Сформулированы технические требования, предъявляемые к системе стабилизации напряжения ААГ. Дальнейшее совершенствование систем возможно при использовании известных схем выполнения силовой части, дополненных микропроцессорным блоком управления, что позволяет повысить надежность и качество стабилизации напряжения.

Вторая глава посвящена разработке математической модели АЭ с ААГ. При проектировании и анализе работы АЭ с ААГ важное значение имеет создание математической модели, адекватно отражающей протекающие в системе процессы. Сложный характер процессов обуславливает комплексное математическое моделирование не только асинхронной машины, но и внешних цепей, связанных с регулирующим органом и нагрузкой, блока управления и приводного двигателя. Необходимо, чтобы рассчетная программа, реализующая математическую модель системы, представляла собой законченный программный продукт, удобный в использовании и допускающий как анализ различных режимов работы, так и подбор и оптимизацию элементов системы.

Определена структура математической модели и введены необходимые допущения. Моделирование асинхронной машины предложено проводить с использованием уравнений Парка-Горева (1) в координатах а, ДО

т

-— = 1/1-11л;

А

Л г ™

—— = !ШГ1 ~ I згг.

А

Даны уравнения для проекций токов ротора и статора и вектора рабочего потокосцепления. Учет насыщения предложено проводить, корректируя на каждом шаге интегрирования величину реактивного сопротивления намагничивающей ветви Хт по величине ЭДС ААГ (2), с использованием вспомогательной зависимости, построенной на основе кривой насыщения машины

_ й^УСУюл-г + УюхО1 + С?!/«г + Угдур2 - кх\хг

Х1 + ДС1

Составлены полная и упрощенная математические модели системы стабилизации напряжения. Полная модель дана в матричной форме (3), и

описывает структуру системы с учетом содержащихся в ней ферромагнитных элементов

г^ +5¥кр(гк) = ек -{ис)!:;

р{и<:)к ~ (Хс)К(1с)К; (3)

Упрощенная модель (4) предназначена для моделирования переходных процессов в системе на основе секционированной конденсаторной батареи с активной, активно-индуктивной и двигательной нагрузками

^ ЧС;

й\

йи\?

= ие/С;

й!

(¿¡на _ Ц1д - ЫЖн _ (4)

1Г" Ь, '

¿и? _1]\§- ирКн

. ИГ~ и '

Кроме того, в состав математической модели входят уравнение движения ротора ААГ, выражения, описывающие механическую характеристику, приводного двигателя, а также уравнения алгоритма управления. На основании полученной математической модели возможна разработка комплекса программ для моделирования статических и динамических режимов работы АЭ с ААГ.

Третья глава посвящена результатам математического моделирования АЭ с ААГ. Описана структура комплекса программ, разработанного на основе математической модели, который позволяет проводить расчет переходных процессов АЭ с ААГ с заданным алгор-лтмом работы при подключении (отключении) активной, активно-индуктивной и двигательной нагрузок различной мощности, а также расчет критерия качества регулирования в переходном процессе и оптимизацию коэффициентов разностного уравнения регулятора.

Качество стабилизации выходного напряжения предложено определять в виде квадратичного критерия (5), позволяющего оценить величину и длительность провала напряжения и затраты на управление. Поиск оптимальных коэффициентов разностного уравнения проводился минимизацией функции (5) методом координатного спуска

= ч-Ми^Л:)]. (5)

Здесь е(к) - величина ошибки, Au(k)=u(k)-u(oo) - отклонение управляющего воздействия от установившейся величины, г - весовой коэффициент.

Проведено математическое моделирование переходных процессов в АЭ с ААГ для заданного ряда нагрузок при использовании предлагаемых в литературе ступенчатого, двухзонного и пропорционального по реактивному току алгоритмов стабилизации. Ступечатый алгоритм управления обеспечивает приемлемое качество стабилизации выходного напряжения ААГ лишь для активных нагрузок небольшой мощности (до 0.4Рн). В этом случае длительность переходного процесса не превышает 0.22 с, а максимальное отклонение выходного напряжения - 10%Uh. Подключение активно-индуктивной и двигательной нагрузки приводит к значительным провалам напряжения. При подключении активной нагрузки мощностью О.бРн выходное напряжение ААГ восстанавливается до номинального значения за 0.16с, а при подключении активной нагрузки 0.8Рн - за 0.26с.

Применение двухзонного алгоритма стабилизации позволяет получить удовлетворительное качество выходного наряжения ААГ при работе с актизными и активно-индуктивными нагрузками с cosç? не ниже 0.8. При

подключении активной нагрузки 0.8Рн максимальное отклонение напряжения составляет 18%Uh, а длительность переходного процесса - 0.33 с. Существенным недостатком двухзонного алгоритма является возникновение колебательных режимов в пределах рабочего диапазона при подключении активно-индуктивных нагрузок с малым cosç>. Так, при подключении активно-индуктивной нагрузки 0.2SH с cos <£>=0.7 величина провала напражения достигает 15%Uh, а его длительность составляет 0.09 с. Период колебаний в этом случае равен 0.14 с.

Использование пропорционального алгоритма стабилизации напряжения ААГ rio реактивному току приводит к возникновению колебательности во всем диапазоне исследуемых нагрузок. Пр.и ' подключении. активных нагрузок' мощностью 0.2-0.8Рн при Кпр=40' статическая сшибка по напряжению отсутствует. При этом в диапазоне мощностей 02ЛА Рн отклонение напряжения не превышает 5%Uh. Режимы работы с активно-индуктивными нагрузками при уменьшении коэффициента пропорциональности характеризуются появлением стя-тичеркой ошибки в установившихся режимах. При подключении активно-ивдуктивкой нагрузки 0.25« с cosç>=0.6 при Кпр=5

статическая ошибка по выходному напряжению составляет 20%Uh. Увеличение Кпр приводит к колебаниям с коммутацией полной емкости секционированной КБ. Максимальное отклонение напряжения при подключении активно-индуктивной нагрузки 0.2SH с cos(p=0.6 при Кпр=10 составляет 20%Uh, а период

колебаний равен такту квантования.

Анализ результатов моделирования' показал, что применение

рассмотренных алгоритмов не позволяет реализовать потенциальные возможности качества регулирования, достижимые при принятой конструкции силовой схемы. Основными недостатками »вдаются низкое быстродействие, значительные провалы выходного напряжения при подключении различных нагрузок, возникновение колебательности в пределах рабочего диапазона нагрузок и появление статической ошибки по выходной величине. Зависимость величины критерия качества от величины активной нагрузки в o.e. для этих алгоритмов показана на рис.1.

С использованием z-преобразования определена структура разностного уравнения дискретного регулятора, которое имеет вид:

u(k)=u(k-l)+qoe(k)+qie(k-l)+„.+q,e(k-n). (6) Качество стабилизации напряжения для различных алгоритмов управления

Рис.1

Для регуляторов (6) 1 и 2 порядков по минимуму 32еи в переходном процессе при подключении активной и аетт.ано-индуктивной нагрузок определены оптимальные величины коэффициентов. Расчеты, проведенные с полученными значениями коэффициентов, показали, что при работе ААГ с активными нагрузками качественные показатели переходных процессов для регуляторов 1 и 2 порядка, оптимизированных для активной нагрузки отличаются незначительно. Так, при подключзнии активной нагрузки мощностью О.бРн величина Б2еи для регулятора 1 порядка составляет 5523, а для регулятора 2 порядка - 4539. Увеличение коэффицента при управляющей переменной при оптимизации регуляторов 2 порядка позволяет несколько улучшить качество стабилизации выходного напряжения ААГ. Регуляторы, оптимизированные на активно-индуктивную нагрузку, обеспечивают более высокое качество

стабилизации напряжения, чем оптимизированные на чисто активную нагрузку во всем диапазоне нагрузок.

Для дальнейшего повышения качества стабилизации выходного напряжения предложено использовать регулятор вида (7) с дополнительными межтактовыми измерениями и учетом возмущающего воздействия

Щп + 2) = U(n)+(joy(n)+C[iy(n + 1)+(]г(п + 2)+^iV(n)+^[tV(n + 2) . (7)

. Для регуляторов (7) также были проведены оптимизационные расчеты для определения коэффициентов разностного уравнения. В качестве возмущающего воздействия рассматривался полный и реактивный ток нагрузки.

Анализ результатов моделирования АЭ с ААГ при использовании всех рассмотренных алгоритмов стабилизации напряжения показал, что наилучшие качественные показатели переходных процессов обеспечивает применение комбинированного регулятора, осуществляющего управление как по величине выходного напряжения, так и по току нагрузки. Качественные показатели переходных процессов в АЭ с регулятором, учитывающим реактивную составляющую нагрузочного тока, существенно уступают показателям, полученным при использовании регулятора, учитывающего полный ток нагрузки. Подбор коэффициентов такого регулятора целесообразно проводить, исследуя переходные процессы при подключении активно-индуктивных нагрузок. Это позволяет получить достаточно высокое качество переходных процессов и избежать возникновения колебательности во всем диапазоне исследуемых нагрузок. Зависимости критерия качества от величины активных нагрузок в o.e. для алгоритма (7), оптимизированного для активной и атшно-мндукгивной нагрузок с учетом полного тока нагрузки а также для активно-индуктивной нагрузки с учетом реактивного тока, приведены на рис.2.

Качество стабилизации при различных способах оптимизации алгоритма

s«u

12000 -■ _

ЕОптА

0.1

0.2

0.3

0.4 sh, о.в

Рис.2

При подключении активной нагрузки О.бРн максимальное отклонение напряжения составляет 10%1)н, длительность переходного процесса - 0.06 с. В переходном процессе при подключении активно-индуктивной нагрузки О.гвн с сое ^7=0.7 максимальное отклонение напряжения составляет 8%1)н, а

длительность процесса 0.08 с. Расчетные зависимости переходного процесса при подключении к ААГ активной нагрузки мощностью О.бРн и реализации алгоритма вида (7) с коэффициентами, оптимизированными на активно-индуктивную нагрузку, приведены на рис.3.

Переходный процесс при подключении к ААГ активной нагрузки мощностью

О.бРн

Четвертая глава посвящена проектированию экспериментального и опытно-промышленного образцов системы стабилизации напряжения ААГ и экпериментальному исследованию системы при использовании различных алгоритмов стабилизации.

Для автономного асинхронного турбогенератора (АТГ) мощностью 940 кВА разработана, налажена и испытана система возбуждения и стабилизации напряжения, выполненая на основе секционированной конденсаторной батареи (СКВ). Коммутация секций СКВ осуществляется с помощью быстродействующего тиристорного коммутатора, выполненного на основе диодно-тиристорных ключей. С целью уменьшения дискретности регулирования используется

тиристорно-реакторное устройство с фазовым управлением, работающее в диапазоне меньшей секции СКВ. В состав системы входит микропроцессорный блок управления (МБУ), выполненный на основе микроконтроллера 1816ВЕ35. Возможна работа МБУ в режиме управления системами возбуждения и стабилизации напряжения при параллельной работе двух АТГ. Управляющая программа для МБУ написана на языке ассемблера и обеспечивает функционирование системы возбуждения и стабилизации напряжения а режиме пуска АТГ и рабочем режиме. Оснозные данные АТГ и системы приведены :: табл. 1 и 2. Результаты комплексных испытаний, проведенных на стенде ОКБМашинострсения (г. Н.Новгород ) подтвердили правильность примененных технических решений и работоспособность системы возбуждения и автоматической стабилизации напряжения АТГ.

Тсел;:ц.э !

•_Параметры автономного турбогенератора._

Характеристика Номинальное

значение

Активная мощность, кВт 750

Номинальное фазное напряжение, В 400

Частота тока, Гц 50

Номинальный ток, А 1360

Полная мощность Sh, кВА 940

cos (рн 0.8

Скольжение з,% -0.69

Частота вращения ротора, об/мин 3020

Таблица 2

Основные параметры системы стабилизации напряжения АТГ.

Характеристика' Номинальное значение

Мощность КБ системы регулирования, кВАр 1518

Количество секций КБ 5

Мощность секции младшего разряда КБ, кВАр 66

Тип конденсаторов КБ трехфазные с внутренним соединением, в "тсеугсльнич"

Уставка уровня стабилизации напряжения, В Д00±20

Зона нечувствительности блока управления, %илг

Быстродействие коммутатора, с о гг

Для проведения экспериментальных исследований был разработан и изготовлен экспериментальный образец системы стабилизации выходного напряжения ААГ мощностью 4.5 кВА. Система построена на основе СКБ, коммутируемой оптронно-диодными ключами. На основе микроконтроллера 1316ВЕ31 разработан МБУ и программное обеспечение, реализующее различные алгоритмы управления. Структурная схема блока управления приведена на рис.4.

Проведен ряд экспериментальных испытаний системы возбуждения и ;тзбилизации напряжения ААГ при использовании различных алгоритмов стабилизации и различных нагрузок. Сопоставление результатов расчета переходных процессов при подключении к ААГ с БНВ активных нагрузок мощностью О.ЗРн и О.бРн с экспериментальными результатми позволило оценить погрешность математической модели, которая не превышает 12%.

Структурная схема микропроцессорного блока управления системой стабилизации напряжения ААГ

Рис. 4

Экспериментальные исследования переходных процессов в системе с двухзонным алгоритмом стабилизации и различными величинами форсировочной зоны нечувствительности (ФЗН) показали, что уменьшение ФЗН приводит к уменьшению длительности провала напряжения, а также к появлению затухающих колебаний в огабающей напряжения. В переходном процессе при подключении активной нагрузки О.ЗРн и величине ФЗН ±7% длительность наибольшего провала напряжения составляет 0.1 с, а отклонения напряжения не превышают 3% 1!н. Общая длительность переходного процесса составляет 0.54 с Снижение напряжения при подключении нагрузки той же мощности для дзухзонного алгоритма при величине ФЗН ±15% отрабатыватся поступенчато за О 5 с. Анализ результатов экспериментальных исследований ступенчатого и

двухзонного алгоритмов, а также дискретного алгоритма второго порядка показали, что наилучшее качество стабилизации выходного напряжения обеспечивает алгоритм второго порядка. При подключении активной нагрузки О.ЗРн отклонение выходного напряжения не превышает величины зоны нечувствительности (3%11н). Величина провала напряжения при подключении активной нагрузки О.бРн составляет 5%1!н, длительность провала напряжения -3 периода, колебательность отсутствует.

Данные экспериментальных исследований подтвердили работоспособность принятых технических решений, соответствие результатов математического моделирования ААГ процессам, протекающим в реальном устройстве и результаты оптимизационных расчетов для определения коэффициентов разностного уравнения, описывающего алгоритм работы блокз управления.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ РАБОТЫ

1. Показана целесообразность построения автономных энергоустановок на основе асинхронных генераторов. Применение автономных асинхронных генераторов позволяет увеличить предельную скорость вращения ротора. При переходе на повышенные частоты вращения достигается значительный эффект по снижению габаритов и массы автономных генераторов и повышается мобильность энергоустановок.

2. Даны рекомендации по выбору типа систем стабилизации напряжения автономных асинхронных генераторов в зависимости от требований, предъявляемых к качеству стабилизации напряжения и мощности.

3. Определена структура математической модели автономной • энергоустановки с асинхронным генератором. Разработана и программно реализована математическая модель, позволяющая проводить оценку качества стабилизации выходного напряжения в переходных процессах при подключении (отключении) активных, активно-индуктивных и двигательных нагрузок различной мощности по интегральным критериям качества переходных процессов и автоматическую оптимизацию коэффициентов одно- и многоконтурных дискретных регуляторов для стабилизации выходного напряжения энергоустановки.

4. На основании результатов математического моделирования переходных процессов проведен сравнительный анализ различных алгоритмов стабилизации напряжения автономных асинхронных генераторов.

5. Даны рекомендации по выбору алгоритма стабилизации напряжения автономных асинхронных генераторов в зависимости от мощности и типов используемых нагрузок и требований, предъявляемых к качеству стабилизации

выходного напряжения.

6. Предложена методика проведения оптимизационных расчетов для определения коэффициентов разностных уравнений дискретных регуляторов, обеспечивающих устойчивую работу автономной энергоустановки с асинхронным генератором во всем диапазоне рассматриваемых нагрузок.

7. Разработана силовая часть системы стабилизации напряжения для автономного асинхронного генератора средней мощности с уменьшенной дискретностью стабилизации выходного напряжения на основе секционированной конденсаторной батареи, быстродействующего тиристорного коммутатора и дополнительного реакторно-конденсаторного модуля с фазовым управлением.

8. Показана целесообразность микропроцессорной реализации блока управления системой стабилизации напряжения ААГ. Предложена структура микропроцессорного блока управления и алгоритм стабилизации напряжения. Разработано программное обеспечение блока управления.

9. Разработан, изготовлен и испытан экспериментальный образец системы стабилизации напряжения для ААГ мощностью 4.5 кВА с микропроцессорным управлением. Разработан и внедрен опытно-промышленный образец системы возбуждения и стабилизации напряжения ААГ мощностью 940 кВА с микропроцессорным управлением.

Основные положения диссертации опубликованы в следующих работах:

1.Разработка систем автоматического регулирования напряжения и управления нагрузкой автономного асинхронного генератора: Отчет о НИР / Горьк. политех, ин-т. - № ГР 0188 0023898, Инв. № 0288.0042908. - Горький, 1989. -ЭВс

2.Системы возбуждения и управления нагрузкой автономного асинхронного генератора: Отчет о НИР / Горьк. политех, ин - т. - № ГР 01880023898, Ина№ 028.90010786. - Горький, 1990.-61 стр.

3. Разработка принципов построения нового поколения электротехнических установок для стабилизации и регулирования параметров качества электроэнергии: Отчет о НИР / ННПИ. - УДК 621. 314. 222. 6:621. 316. 761. 2: :621.382.233; № ГР 01920007661; Инв. № 02.9.20 008247. - Н.Новгород, 1991.-94 с.

4.Хватов C.B., Богатырев В.В., Будник В.В., Щетинин О.В. Математическая модель автономного асинхронного генератора II "Электрооборудование промышленных установок".- Н.Новгород, ННПИ. - 1990. -с. 23-27.

5. Щетинин О.В. Система возбуждения и стабилизации напряжения автономного асинхронного генератора // Международный научно-техн. семинар "Моделирование и контроль качества в задачах обеспечения надежности

1С

радиоэлектронных устройств": Тез. докл. - г. Шауляй, 1992.-е. 66 - 68.

6.Щетинин О.В., Подовинников М.Ю., Гребенщиков В.И., Платонов А.Н., Плехов Н.С. Автономный источник питания на базе асинхронной машины с короткозамкнутым ротором // "Электрооборудование-промышленных установок". - Н.Новгород: ННПИ.1992 г. - с. 7 -10.

7. Способ регулирования напряжения асинхронного генератора / Туманов И.М., Кулев A.C., Будник В.В., Щетинин О.В. - решение о выдаче патента России от 31.01.92, заявка №4860935/07.

8.Туманов И.М., Щетинин О.В. Алгоритм управления системой возбуждения и регулирования напряжения асинхронных генераторов // Научно-техн. конф. "Актуальные проблемы электроэнергетики" : Тез. докл. - г. Н.Новгород, 1993. - с. 22 - 23.

Э.Туманов И.М.,Щетинин О.В. Математическое моделирование системы стабилизации напряжения автономного асинхронного генератора .// Международная научно-техн. конф. "Методы и средства повышения надежности приборов, устройств и систем":Тез. докл. - г. Пенза, 1993.-С.66-68.

ЛИЧНЫЙ ВКЛАД АВТОРА. В работах, написанных в соавторстве, автору принадлежит: методический подход, исследовательская часть /4,6,8,9/, новые схемные решения /1,2,3,7/.

Щетинин Олег Викторович

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Подп. к печ. 28.10.94. Фориаг 60x84Бумага пасчая te I. Печать офсетная. Уч.-нзд.л. 1,0. Тирах 100 экз. Заказ 215. Бесплатно.

Лаборатория офсетной печати полиграфической базы НГТУ. 603022, К.Новгород, пр. Гагариаа, I.