РАЗДЕЛ 2
РАЗРАБОТКА ПРОГРАММНЫХ И АППАРАТНЫХ СРЕДСТВ ДЛЯ СИНТЕЗА И ИССЛЕДОВАНИЯ СИСТЕМ
АВТОМАТИЧЕСКОГО
УПРАВЛЕНИЯ ЭЛЕКТРОСТАНЦИЕЙ МАЛОМЕРНОГО СУДНА
2.1. Общие замечания
Для решения главной задачи диссертационного исследования – синтеза
высокоэффективных нейронечетких регуляторов необходимо создать математическую
модель объекта управления – судового газотурбогенератора, а также создать
компьютерную программу, дающую возможность синтезировать нейронечеткие
регуляторы.
В настоящем разделе на основе известных опубликованных экспериментальных
результатов работы традиционных регуляторов частоты и напряжения реального ГТГ
выполнено компьютерное моделирование реальных режимов на созданном автором
моделирующем комплексе и сделаны выводы об адекватности созданной
математической модели ГТГ. Это дало основание доверять модели объекта
управления (ГТГ) и синтезировать регуляторы нового типа – нейронечеткие
регуляторы и регуляторы на основе применения инверсных и прямых нейронечетких
моделей объекта управления.
Другой задачей раздела является экспериментальная проверка эффективности
созданных нейронечетких регуляторов ГТГ на реальном электроэнергетическом
оборудовании. Так как на судовом ГТГ такую проверку выполнить сегодня
невозможно, то необходимо создать лабораторную установку, включающую маломощный
синхронный генератор с нагрузкой и компьютерный макет нейронечеткого регулятора
возбуждения, на котором провести испытания синтезированного нейронечеткого
регулятора возбуждения синхронного генератора.
2.2. Разработка математической модели судового газотурбогенератора как объекта
управления
Структурно математическая модель СЭС включает в себя математические модели
отдельных элементов (газотурбогенераторов, трансформаторов) и математические
модели релейно-защитной аппаратуры, обеспечивающей совместную работу
структурных элементов станции в соответствии с текущим режимом ее работы.
Ниже приводятся математические модели основных элементов СЭС, рассматриваемых в
настоящей диссертации как объекты управления – газотурбинного двигателя,
синхронного генератора и их регуляторов – автоматического регулятора частоты
вращений ГТД (АРЧВ) и автоматического регулятора возбуждения СГ (АРВ).
2.2.1. Математическая модель судового газотурбинного двигателя.
ПИД-регуляторы в управлении частотой вращения и мощностью турбогенератора.
Характеристика АРЧВ представляет собой зависимость частоты f, щ от мощности
генератора Рг. Она может быть как статической (при П- и ПД-регуляторах), или
астатической (при ПИ- и ПИД-регуляторах).
Статическое регулирование частоты вращения турбины осуществляется по
статической характеристике согласно уравнению [15,16,20]:
,
где Дщ – изменение частоты вращения;
ДЖ – изменение положения регулирующего органа;
у – коэффициент статизма.
Высокие требования к точности поддержания частоты в энергосистемах приводят к
необходимости регулирования ее по астатической характеристике [31]:
При регулировании мощности агрегата для повышения устойчивости работы
автоматических систем регулирования газогенератора и турбины используется
комбинированный параметр F, включающий составляющие мощности и давления газа
перед турбиной [31]
F = F1 + F2 ,
где F1 реализует ПИ-закон регулирования по мощности:
и F2 осуществляет коррекцию уставки АРМ и реализует ПИД-закон регулирования по
давлению газа:
,
где k1, k2, k3,k4 – постоянные коэффициенты;
Дpn – отклонение давлении газа.
Система управления обеспечивает ПИД-закон регулирования частоты вращения
турбины и ПИ-закон стабилизации активной мощности с коррекцией по напору. При
этом передаточная функция регулятора частоты имеет вид [10,32]:
где Td ,Tх ,Tf ,T1х – постоянные времени;
bх , bt – постоянные коэффициенты.
Общие уравнения регулирования скорости первичных двигателей. Тип первичного
двигателя (ПД) во многом определяют механические характеристики генераторного
агрегата (ГА), однако подход к определению вращающего момента ММ для всех типов
одинаков. Несмотря на различие сложных теплофизических процессов, в результате
которых тепловая энергия преобразуется в механическую, как правило, считается,
что они происходят безынерционно и что вращающий механический момент ММ
полностью определяется положением регулирующего органа, изменяющего количество
энергоносителя (топлива, пара, газа). Поэтому принимается, что в общем случае
момент турбины является нелинейной функцией двух переменных: относительного
положения регулирующего органа x и значения угловой скорости вращения вала щ,
т.е. ММ = f (х, щ). Учитывая, что щ изменяется в ограниченном диапазоне около
номинальной, момент двигателя представляется в линеаризованном виде
[9,10,16,17,31]:
. (2.1)
Поскольку момент М целиком определяется свойствами автоматического регулятора
частоты вращения, для моделирования момента первичного двигателя необходимо
рассмотреть математические модели их регуляторов частоты вращения. Первичные
двигатели могут иметь различные системы автоматического регулирования частоты
вращения: простые центробежные (по отклонению частоты вращения),
двухимпульсные комбинированные (по отклонению Дщ и по нагрузке), различные по
конструкции и по используемым элементам.
Покажем некоторые математические модели автоматических регуляторов частоты
вращения ПД [11,12,18,20,31].
В результате прямого действия отклонение частоты вращения ПД преобразуется в
поступательное перемещение муфты центробежного механизма, и через систему
рычагов передается рейке топливного насоса (преимущественно, для дизелей).
Уравнение такого регулятора без учета инерционности ката
- Київ+380960830922