Энергетика. Инновационные направления в энергетике. CALS-технологии в э
.pdfНад каждым баром в гистограмме вариантов расположения ключей показано общее количество временных интервалов, в которых сконфигурирован тот или иной вариант состояния ключей:
P2yach <= 27
| P1SecShinRP14 <= 93: 1-й вариант расположения ключей
| P1SecShinRP14 > 93: 0 нормальный режим P2yach > 27
| P1SecShinRP14 <= 393 | | P15yach <= 82
| | | TIME <= 29: 0 нормальный режим
| | | TIME > 29
| | | | P15yach <= 77: 2-й вариант расположения ключей
| | | | P15yach > 77
| | | | | P1SecShinRP14 <= 368: 0 нормальный режим
| | | | | P1SecShinRP14 > 368
| | | | | | P2SecShinRP14 <= 296: 0 нормальный режим
| | | | | | P2SecShinRP14 > 296: 2-й вариант расположения ключей | | P15yach > 82: 0 (1048.0)
| P1SecShinRP14 > 393 | | P15yach <= 93
| | | P2SecShinRP14 <= 301: 2-й вариант расположения ключей
| | | P2SecShinRP14 > 301
| | | | P1SecShinRP14 <= 411: 0 нормальный режим
| | | | P1SecShinRP14 > 411: 2-й вариант расположения ключей
| | P15yach > 93
| | | P2yach <= 62
| | | | P15yach <= 125: 2 (7.0)
| | | | P15yach > 125: 0 нормальный режим
| | | P2yach > 62
| | | | P1SecShinRP14 <= 433: 0 нормальный режим
| | | | P1SecShinRP14 > 433
| | | | | P1SecShinRP14 <= 478
| | | | | | P15yach <= 110: 2-й вариант расположения ключей
| | | | | | P15yach > 110: 0 нормальный режим
| | | | | P1SecShinRP14 > 478: 2-й вариант расположения ключей
121
Заключение
В ходе исследование в среде Weka были построены решающие правила для выбора конфигурации состояний набора ключей. Данные правила построены для примера, на реальной практике применения необходима постоянная корректировка решающих правил. Правила должны пересматриваться в зависимости от суточных графиков потребления.
Список литературы
1.Ромодин А.В., Лейзгольд К.А., Трушников К.П. Оптимизация выбора регулируемых компенсирующих установок для ОАО «УНИИКМ» // Вестник Пермского национального исследовательского политехнического университета. Электротехника, информационные технологии, системы управления. – 2014. –
№10. – С. 62–69.
2.Хорошев Н.И., Петроченков А.Б., Ромодин А.В. Экспертный метод оценки надежности электротехнического оборудования при принятии управленчиских решений // Вестинк Ижевского государственного технического университета. – Ижевск: Изд-во ИжГТУим. М.Т. Калашникова, 2009. – С. 161–164.
3.Один К.А., Кавалеров Б.В., Килин Г.А. Применение генетического алгоритма в задачах настройки и оптимизации систем управления газотурбинными установками // Вестник Пермского национального исследовательского политехнического университета. Электротехника, информационные технологии, системы управления. – 2014. – № 10. – С. 7–19.
4.Шумилова Г.П., Готман Н.Э., Старцева Т.Б. Модель суточного прогнозирования нагрузок ЭЭС с использованием нечетких нейронных сетей // Энергетика. – 2001. – № 4.
5.Хайкин С.Д. Нейронные сети: полный курс / пер. с англ. Н.Н. Куссуль, А.Ю. Шелестова. – 2-е изд., испр. – М.: Вильямс, 2008. – 1103 с.
122
6. Экспертная оценка в задачах технической диагностики. Вестник Пермского национального исследовательского политехнического университета. Электротехника, информационные технологии, системы управления. – 2014. – № 3. – С. 209–215.
Сведения об авторе
Солодкий Евгений Михайлович – инженер кафедры мик-
ропроцессорных средств автоматизации Пермского национального исследовательского политехнического университета, e-mail: wsdLoo@gmail.com.
123
СЕКЦИЯ 3
СИСТЕМНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ, МОДЕЛИРОВАНИЕ
ИИННОВАЦИИ В ЭЛЕКТРОТЕХНИЧЕСКОЙ
ИЭНЕРГЕТИЧЕСКОЙ ОТРАСЛЯХ
В.А. Трефилов, Д.С. Крыласов, П.А. Сивков
Пермский национальный исследовательский политехнический университет
МАТЕМАТИЧЕСКАЯ МОДЕЛЬ НАГРУЗОЧНОГО УСТРОЙСТВА ИСПЫТАТЕЛЬНОГО СТЕНДА СИНХРОННЫХ МАШИН
Рассматривается математическая модель нагрузочного устройства испытательного стенда синхронных машин. Предлагаемое нагрузочное устройство позволяет проводить испытания синхронных машин с рекуперацией энергии в питающую сеть.
Ключевые слова: испытательный стенд; синхронные машины; нагрузочное устройство; математическая модель.
V.A. Trefilov, D.S. Krylasov, P.A. Sivkov
Perm National Research Polytechnic University
A MATHEMATICAL MODEL OF THE LOAD DEVICES OF THE TEST BENCH OF SYNCHRONOUS MACHINES
This article describes a mathematical model of the load device test bed synchronous machines. The proposed load device allows testing of synchronous machines with energy recovery in the mains supply.
Keywords: test stand; synchronous machine; load device; mathematical model.
На испытательных стендах синхронных машин для их испытаний под нагрузкой применяются различные нагрузочные устройства. Обычно это электрические генераторы постоянного или переменного тока, нагружаемые на проволочные, жидкостные или ламповые реостаты.
124
Рис. 1. Нагрузочное устройство с резистивной нагрузкой генератора
На рис. 1 представлена схема устройства с резистивной нагрузкой генератора. В состав стенда входит испытуемая синхронная машина, соединенная с валом генератора постоянного или переменного тока, и нагрузочный реостат R (Z). Синхронный двигатель СД преобразует электрическую энергию в механическую энергию, которая передается генератору ГПТ или СГ. Генератор преобразует механическую энергию в электрическую энергию постоянного или переменного тока, которая выделяется в реостате в виде тепла. Недостатком такой системы являются большие невозвратные затраты потребляемой из сети электрической энергии.
На рис. 2 представлено устройство с рекуперацией энергии, потребляемой двигателем из сети.
Рис. 2. Нагрузочное устройство с системой «генератор–двигатель»
125
В состав системы входят четыре машины соизмеримой мощности: приводной синхронный двигатель СД, промежуточная система «генератор–двигатель» ГПТ-ДПТ и синхронный генератор СГ, работающий параллельно с сетью.
Синхронный двигатель СД вращает генератор ГПТ, к которому подключен двигатель постоянного тока ДПТ. Двигатель вращает синхронный генератор СГ, который работает параллельно с сетью
ивозвращает энергию в сеть. В этой системе важно, чтобы ДПТ поддерживал постоянство скорости синхронного генератора, котораядолжнасоответствоватьчастотенапряженияпитающейсети.
Недостатком данного нагрузочного устройства является наличие четырех электрических машин, что значительно снижает коэффициент полезного действия всей системы за счет потерь во всех машинах.
Нами предлагается новое нагрузочное устройство, схема которого представлена на рис. 3. Нагрузочное устройство представляет собой две синхронные машины одинаковой мощности, валы роторов которых жестко соединены между собой. Статорные обмотки машин подключаются к питающей сети 6–10 кВ. Одна из машин СД работает в режиме двигателя, потребляет энергию из сети и преобразует ее в механическую энергию. Другая машина СГ работает в режиме генератора. Механическая энергия в генераторе преобразуется в электрическую энергию
иотдается им обратно в сеть.
Рис. 3. Схема предлагаемого нагрузочного устройства
126
Для обеспечения такого режима работы необходимо рассогласовать положения роторов электрических машин относительно друг друга на некоторый электрический угол γ. С этой
целью ротор генератора поворачивают относительно ротора двигателя по ходу вращения на угол γ, и после этого валы ро-
торов машин жестко соединяют между собой.
Рис. 4. Угловые характеристики электрических машин при номинальных токах возбуждения и γ = π/2
На рис. 4 представлены угловые характеристики машин на-
грузочного устройства при γ = π2 . Введение угла рассогласова-
ния γ обеспечивает режим, при котором машины нагрузочного
устройства работают с углом нагрузки θн. При этом одна машина работает двигателем и потребляет электрическую энергию из сети (точка 1), а вторая – генератором, отдавая энергию обратно в сеть (точка 2).
Функциональность и работоспособность предлагаемого нагрузочного устройства проверены на математической модели, выполненной в визуально-ориентированной среде программи-
рования Simulink пакета MATLAB.
127
Математическая модель нагрузочного устройства составлена в ортогональной системе координат d–q. Эта система координат жёстко связана с ротором синхронной машины, при этом ось d системы совмещается с продольной осью ротора машины [1].
Синхронные машины (двигатель СД и генератор СГ) в системе координат d–q описываются одними и теми же дифференциальными уравнениями вида:
dψd |
= u |
+ ω ψ |
q |
− R |
i ; |
|
dψq |
= u |
− ω ψ |
d |
− R i ; |
|
|||||||||||||
|
|
|
|
||||||||||||||||||||||
dt |
d |
|
|
|
|
c |
d |
|
|
dt |
|
|
q |
|
|
|
c |
q |
(1) |
||||||
dψf |
|
|
|
|
|
|
|
|
dψyd |
|
|
|
|
|
|
|
dψyd |
|
|
|
|
|
|
||
= u |
|
− R |
|
i; |
|
= −R |
|
|
i |
|
|
; |
= −R |
|
i |
|
. |
||||||||
|
f |
f |
|
yd |
yd |
|
yd |
yd |
|||||||||||||||||
dt |
|
|
|
|
dt |
|
|
dt |
|
|
|
|
|||||||||||||
В (1) входят уравнения статорных обмоток, обмотки возбуждения и демпферной обмотки по осям d и q.
Потокосцепления обмоток записываются в виде:
ψd = Ld id + Lad (i f + iyd ); ψq = Lq iq + Laq iyq;
ψf = L f i f + Lad (id + iyd ); |
(2) |
|
|
ψyd = Lуd iyd + Lad (id + i f ); ψyq = Lуq iyq + Laq iq, |
|
где ψk, ik, Lk – потокосцепления, токи и собственные индуктивности контуров синхронной машины по осям d и q, k = d, q, f, yd, yq; Lаd Lаq – взаимные индуктивности между контурами машины.
Уравнение движения машин нагрузочного устройства имеет вид
dω |
= |
mеД + meГ − mc |
, |
(3) |
|
dt |
J |
||||
|
|
|
где meД , meГ , mс – электромагнитные моменты двигателя и генератора соответственно и момент сопротивления на валу,
128
J |
– суммарный момент инерции машин нагрузочного устройст- |
|
ва, |
J = JД + JГ . |
|
|
Электромагнитный момент синхронных машин |
|
|
me = ψd iq − ψq id . |
(4) |
Угол нагрузки синхронного двигателя определяется выражением
dθ = ω0 − ω. dt
Угол нагрузки генератора с учетом угла рассогласования
θГ = θ− γ.
Напряжения статорных обмоток двигателя по осям d и q:
ud = −Uc sin(θ); uq = Uc cos(θ).
Напряжения статорных обмоток генератора:
ud = −Uc sin(θ− γ); uq = Uc cos(θ− γ).
(5)
(6)
(7)
(8)
На рис. 5 приведена блок-схема математической модели нагрузочного устройства, созданная в среде Simulink [2]. Она составлена по (1)–(8) и состоит из блока источника напряжения Istochnik U, блоков синхронного двигателя CD и синхронного генератора CG, блока уравнение движения всей системы
«mechanica».
Модель позволяет получать временные зависимости всех режимных параметров двигателя и генератора: напряжения, токи, активные и реактивные мощности, углы нагрузки двигателя и генератора, исследовать различные режимы и характеристики машин, т.е. исследовать например:
129
–пусковые режимы двигателя и генератора;
–нагрузочные режимы работы двигателя и генератора;
–характеристики холостого хода и короткого замыкания генератора;
–U-образные характеристики электрических машин;
–угловые характеристики машин и т.д.
Рис. 5. Схема математической модели нагрузочного устройства
На рис. 6 приведена осциллограмма пуска синхронного двигателя при запуске нагрузочного устройства, содержащего две синхронные машины серии СТД-12500 (Uн = 10000 В, Iн = 819,8 А, Pн = 12500 кВт, nн = 3000 об/мин.). Пуск нагрузочного устройства осуществляется как одновременный асинхронный запуск двух синхронных машин и характеризуется следующими величинами: время пуска tп = 2 с, максимальные момент и ударный ток при пуске соответственноMe = 4 о.е., I = 11 о.е.
130