Функціональна структура послідовного корегування струму збудження синхронного генератора для стабілізації його реактивної потужності

Функціональна структура послідовного корегування струму збудження синхронного генератора для стабілізації його реактивної потужності, що включає функціональну структуру перетворювача 3 67438   t Uj    Uj d 4 де U j  f Fuzzy  Ut, T  ,    - структура логічних аналогових сигна лів, а функціональні зв'язки виконані у відповідності з математичною моделлю вигляду де Ut, T - вихідний аналоговий сигнал; функціональна структура мультиплексора f Mux ,  t    U j   f Mux  U j  t  t  Uj   U / U  L , C Корисна модель належить до галузі електроенергетики, в тому числі до функціональної структури послідовного корегування струму збудження синхронного генератора для стабілізації його реактивної потужності в синхронному генераторі. Відомо про функціональну структуру автоматичного регулювання частоти і розподілу активної потужності генератора (Хомяков Н. М. и др. Судовые электроэнергетические установки. - Ленинград: Судостроение, 1966. - с. 175, рис. 82), яка включає первинний двигун, функціонально пов'язаний з синхронним генератором, вихід якого через функціональну структуру датчика частоти підключений до серводвигуна синхронного генератора. Відома функціональна структура не забезпечує стабільність роботи генератора при зміні зовнішнього навантаження, яке може бути збільшене на 10-15 % від номінальної потужності генератора при введенні слідкуючого корегування. Відомо також про функціональну структуру послідовного струму збудження синхронного генератора для стабілізації його реактивної потужності (Електромеханічні системи автоматичного керування та електроприводи. За редакцією професорі М. Г. Поповича та О. Ю. Лозинського, Київ „Либідь" 2005 р., с. 247, рис. 4.17), яка виконана у відповідності з математичною моделлю вигляду   U1.n  tn 1 Uвих  Uвих , Uвих  f1tU0  Umax , Ti     f1 U0  Umax  U j  Ut  f Demux  U2.n  tn 1  U Uj    3.n  tn 1,    де Uвих , Uвих - перетворююча функціональна структура; f1tU0  Umax , Ti  - функціональна структура, що формує пилоподібну напругу U0  Umax тривалістю t і періодом слідування;  Ti; f1 U0  Umax  Uj  - функціональна структура порівняння пилоподібної напруги U0  Umax з U опорною j ; f Demux - функціональна структура демультиплексора. Відома функціональна структура не забезпечує стабільність роботи генератора через зміну його реактивної потужності. Стабільність роботи синхронного генератора з урахуванням слідкуючої зміни струму збудження генератора може бути отримана в межах 10-15 % від номінальної потужності генератора. Ставиться задача вдосконалення функціональної структури послідовного корегування струму збудження синхронного генератора для стабілізації його реактивної потужності шляхом часового корегування початку формування керуючих імпульсів. Вирішується поставлена задача тим, що функціональна структура послідовного корегування струму збудження синхронного генератора для стабілізації його реактивної потужності, яка включає функціональну структуру перетворювача вихідної напруги генератора f Uвих , Uвих  , вхід якої є входом структури послідовного корегування струму збудження, а її вихід є другим виходом функціональної структури демультиплексора f Demux для формування послідовних керуючих імпульсів U1.n, U2.n U3.n і , де «n» - неперервна послідовність конкретних значень аналогових сигналів керуючих імпульсів, при цьому в структуру послідовного корегування струму збудження введені функціональна структура перетворювача струму вихідної напруги генератора f Iвых , Iвых  , три функціональні структури аналого-цифрового перетворення f1АЦП, f2 АЦП і f3 АЦП : Uвих   f1АЦП   Uj ; вих Uj        де Uвих   Uj   Ucos     f2 АЦП  Ij ; f3 АЦП   Uj вих cos  Iвих  Uj     ,      - вхідна напруга функціональної f Uвих , Uвих  ; U j - вхідні опорні напруструктури U ги; j вих - вихідна структура логічних аналогових сигналів f1АЦП , де «j» - його розрядність; Iвих     вхідний струм генератора; Ij вих - вихідна структура аналогових логічних сигналів струму f2 АЦП ; Uj Ucos  cos  - вхідна опорна напруга; - вихідна структура аналогових логічних сигналів f3 АЦП ;   функціональна структура суматора f1  , 5 Uj t    67438    f1   Uj  Uj  cos    , Uj Uj  t - вхідна напруга;  - вихідна де структура аналогових логічних сигналів; функціональна структура, що виконує процедуру обчислення інформаційного коефіцієнта потужності f         Uj вих    t  f      U j Ij   вих     6       і   - система аналогових  і де аналого-логічних зв'язків   функціональних стру   ктур;  - символы переривань функціонального зв'язку вихідних і вхідних структур аналогових сигналів, які записують після і перед структурою аналогових сигналів відповідно. Реалізується запропонована функціональна структура послідовного корегування струму збудження синхронного генератора для стабілізації його реактивної потужності наступним чином. Попередньо у відповідності з аналітичним виразом (1) ,  Uj t де - структура позитивних логічних аналогових сигналів; функціональна структура, що формує знак індуктивної або ємнісної реактивної потужності f Sign Uj вих   Ij вих   , (1)   L C f Sign   U /  U    , L C  де  U /  U - знакові аналогові сигнали; функціональна структура логічного диференціювання f d / dn Uj   f d / dn  Uj d , U  де j d - структура аналогових сигналів логі чного диференціювання; функціональна структура з нечіткою логікою f Fuzzy Uj    Uj d  f Fuzzy  Ut, T     ,  t     U j   f Mux  U j  t  t  Uj U  де j  t аналогові сигнали Uвих і Iвих , максимальне значення яких не перевищує динамічний діапазон U структурою еталонних напруг j функціональних структур f1АЦП і f2 АЦП аналого-цифрового   перетворювача, де «j» - число інформаційних логічних аналогових сигналів. Після чого перетворений аналоговий сигнал вихідної напруги Uвих і струму Iвих перетворюють в структуру аналогоUj вих вих логічних сигналів вихідної напруги і Ij вих вихідного струму шляхом порівняння їх зі Uj структурою еталонних напруг за допомогою f1АЦП і f2 АЦП аналофункціональних структур  де Ut, T - вихідний аналоговий сигнал; функціональна структура мультиплексора f Mux   UL /  UC  вихідну напругу Uвих і струм Iвих синхронного генератора перетворюють за допомогою функціональної структури f Uвих , Uвих  і f Iвих , Iвих  в , - структура логічних аналогових сигналів, а функціональні зв'язки виконані у відповідності з математичною моделлю вигляду ,     го-цифрового перетворювача, які аналізують за f   допомогою функціональної структури  , що виконує процедуру логічного обчислення інформаційного коефіцієнта потужності. При цьому в результаті аналізу у функціональній структурі коf   ефіцієнта потужності  формують як логічну структуру аналогових сигналів позитивного знаку  Uj t тривалістю t , так і логічну структуру  Uj t аналогових сигналів негативного знаку , які пропорційні часу між переходом аналогового сигналу вихідної напруги Uвих і струму Iвих генера     U 0 тора через нульовий рівень вих . Одночасно з цією процедурою у відповідності з функціональною структурою (2) 7 67438 Uj вих    L C f Sign  U /  U Ij   вих  . (2) За допомогою функціональної структури f Sign аналізують структуру аналогових логічних    Uj вих сигналів вихідної напруги і вихідного струIj вих му і формують логічний аналоговий сигнал  L позитивного значення  U , що відповідає індуктивній реактивній потужності генератора, або логічний аналоговий сигнал негативного значення  UC , що відповідає ємнісній реактивній потужності генератора. Після чого у відповідності з аналітичним виразом (3)  t     U j   f Mux  U j  t  t   Uj   UL /  UC  (3) за допомогою функціональної структури мультиплексора f Mux аналізують структуру логічних      Uj t  Uj t аналогових сигналів і , які були сформовані в аналітичному виразі, і формують L структуру з урахуванням позитивного  U і негаC тивного  U логічних аналогових сигналів аналітичного виразу (2) і формують структуру аналогоU j  t вих логічних сигналів , яка включає знак реактивної потужності генератора. Одночасно з перетворенням вихідної напруги Uвих і струму   Iвих синхронного генератора у відповідності з аналітичним виразом (4) (4) U виконують порівняння опорної напруги cos  , cos  зі структущо відповідає наперед заданому Uj рою еталонних напруг , і перетворюють її в U структуру логічних аналогових сигналів j cos  за допомогою функціональної структури f3 АЦП .     Потім структуру логічних аналогових сигналів Uj cos  логічно сумують за допомогою функціональної структури суматора f1  зі структурою   аналогових логічних сигналів Uj   t і формують Uj  як логічну структуру аналогових сигналів помилки , так і логічну структуру аналогових сигUj d налів швидкості зміни d / dn помилки  .     8 Після чого у відповідності з аналітичним виразом (5)  Uj      f Fuzzy  Ut, T  Uj  d   (5) перетворюють структури аналогових сигналів Uj  U і j d за допомогою функціональної структури f Fuzzy з нечіткою логікою у послідовність         імпульсних аналогових сигналів тривалістю t і періодом слідування T . При цьому варто відмітити, що для кожної змінної задані лінгвістичні терми, відповідні деяким діапазонам чітких значень. Uj  Щоб визначити граничні значення похибки  U розглянемо ймовірні значення опорного cos  та U поточного Uвих f cos  . Опорний cos  задається, тому оптимальне значення можна задати, Ucos   0,3..1 . Поточний cos  може приймати значення від Uвих f cos  0 до 1, але навантаження   L може мати різний характер: індуктивний  U та C ємнісний  U . Для правильної роботи функціональної структури f Fuzzy треба розрізняти значення характеру навантаження, тому приймаємо значення cos  при ємнісному характері умовно негативними, тоді поточне значення Uвих f cos  можуть приймати значення від -1 до 1. Виходячи з   cos оп.  cos пот . того, що , похибка  має Uj    0,7..2 такі границі . Для вхідної змінної «error»   використовується шість термів: NH від'ємне велике, NL - від'ємне мале, Z - близьке до нуля, PL - позитивне мале, РМ - позитивне середнє, РН - позитивне велике. Для вхідної змінної d визначаємо такі границі «derror»   Uj  d  0,2..0,2 , так як швидкість зміни похибки може зростати та спадати, тоді приймаємо збільшення швидкості за позитивне а зменшення - за негативне. Визначаємо такі терми: QD - швидко спадає, SD - повільно спадає, С - постійне, SI повільно зростає, QI - швидко зростає. При цьому належність змінної «похибки» може бути записана у вигляді графоаналітичного виразу (6), 9 67438   U а «швидкість зміни похибки» j d може бути записана у вигляді графоаналітичного виразу (7). 10 0, x  a  x a ,a  x  b   x    b  a cx  ,b  x  c c b  0, c  x  (11) a, b, c - параметри функцій належності, а де часова послідовність вхідних структур аналогових  Uj  Uj  , «d(error)» d , і вихісигналів «error» дних аналогових сигналів «частоти» і «скважності» для функціональної структури f Fuzzy  «regulator 1» з нечіткою логікою може бути записана у вигляді графоаналітичного виразу (12).   В якості вихідних лінгвістичних змінних приймаємо частоту та скважність вихідного сигналу. Лінгвістична змінна «частота» має границі [0...4]Гц та п'ять термів: Z - нульове значення, L - низьке значення, М1 - перше середнє значення, М2 - друге середнє значення, Н - високе значення частоти. Лінгвістична змінна «скважність» має границі [0...100]% та чотири терми: Z - нульове значення, L - низьке значення, М - середнє значення, Н - високе значення скважності. При цьому належності змінної «частота» структури аналогових сигналів Uj  помилки можна записати у вигляді графоаналітичного виразу (8),   а «скважність» зміни структури аналогових сиUj  гналів помилки можна записати у вигляді графоаналітичного виразу (9).   При цьому трикутну функцію можна записати у вигляді алгебраїчного виразу (11),   При цьому логіко-динамічний процес перетворення структури аналогових сигналів у функціональну структуру f Fuzzy  «regulator 1» з нечіткою логікою для «частоти» та «скважності» може бути записаний у вигляді формалізованих правил: ЯКЩО  = РН та d = QD ТО «частота» = L, «скважність» = М ЯКЩО  = РН та d = SD ТО «частота» = L, «скважність» = Н ЯКЩО  = РН та d = С ТО «частота» = М1, «скважність» = М ЯКЩО  = РН та d = SI ТО «частота» = М1, «скважність» = Н ЯКЩО  = РН та d = QI ТО «частота» = М2, «скважність» = М ЯКЩО  = РМ та d = QD ТО «частота» = М1, «скважність» = Н ЯКЩО  = РМ та d = SD ТО «частота» = М2, «скважність» = М ЯКЩО  = РМ та dє = С ТО «частота» = М2, «скважність» = Н ЯКЩО  = РМ та d = SI ТО «частота» = Н, «скважність» = М ЯКЩО  = РМ та d = QI ТО «частота» = Н, «скважність» = Н ЯКЩО  = PL та d = QD TO «частота» = L, «скважність» = L ЯКЩО  = PL та d = SD TO «частота» = L, «скважність» = M ЯКЩО  = PL та d = С TO «частота» = L, «скважність» = H ЯКЩО  = PL та d = SI TO «частота» = M1, «скважність» = М ЯКЩО  = PL та d = QI ТО «частота» = М1, «скважність» = Н ЯКЩО  = Z та d = QD ТО «частота» = L, «скважність» = М ЯКЩО  = Z та d = SD ТО «частота» = L, «скважність» = L 11 67438 ЯКЩО  = Z та d = С ТО «частота» = Z, «скважність» = Z ЯКЩО  = Z та d = SI ТО «частота» = L, «скважність» = L ЯКЩО  = Z та d = QI ТО «частота» = L, «скважність» = М ЯКЩО  = NL та d = QD ТО «частота» = М1, «скважність» = Н ЯКЩО  = NL та d = SD ТО «частота» = М1, «скважність» = М ЯКЩО  = NL та d = С ТО «частота» =L, «скважність» = Н ЯКЩО  = NL та d = SI ТО «частота» = L, «скважність» = М ЯКЩО  = NL та d = QI ТО «частота» = L, «скважність» = L ЯКЩО  = NH та d = QD ТО «частота» = Н, «скважність» = Н ЯКЩО  = NH та d = SD ТО «частота» = Н, «скважність» = М ЯКЩО  = NH та d = С ТО «частота» = М2, «скважність» = Н ЯКЩО  = NH та d = SI ТО «частота» = М2, «скважність» = М ЯКЩО  = NH та d = QI ТО «частота» = М1, «скважність» = Н В результаті реалізації запропонованих правил Matlab-модель АЕЕС були отримані два логіко-динамічних процесів залежності «частоти» та «сважності» від «похибки» та «швидкості зміни похибки». Перший логіко-динамічний процес залежності «частоти» та «сважності» від «похибки» та «швидкості зміни похибки» може бути записаний у вигляді графоаналітичного виразу (13). 12 диться в області максимальних від'ємних значень  та максимальних від'ємних значень «d(error)»  Uj d . В області позитивних значень приблизно від 0,5 до1,5 лежить область максимуму, в якій частота повільно спадає при зміні «d(error)»  Uj d від 0,2 до -0,2. В області значень «error»  Uj  від 1,5 до 2 спостерігається область мінімумів, тому що «помилка» близька до того, щоб змінити свій характер (з ємнісного на індуктивний). Другий логіко-динамічний процес залежності «частоти» та «сважності» від «похибки» та «швидкості зміни похибки» може бути записаний у вигляді графоаналітичного виразу (14).       З аналізу логіко-динамічного процесу перетворення логічних структур аналогових сигналів  Uj  Uj  , «d(error)» d у функціональ«error» ній структурі f Fuzzy  «regulator 1» з нечіткою логікою (14) випливає, що поверхня залежності дзеркальна відносно початку координат. Область мінімумів спостерігається в районі «error»  Uj  0  Uj  0  d . В районі «d(error)» спостерігається область максимумів тому, що в цих умовах подаються імпульси низької частоти, щоб забезпечити кращу якість керування. Повертаючись до логіко-динамічного процесу послідовного корегування струму збудження синхронного генератора для стабілізації його реактивної потужності запишемо його вихідну функціональну структуру (15),  UL / UC    U1.n  tn1   f Demux    U2.n  tn1 Ut, T     U3.n  tn1,   (15) в якій з урахуванням логічних аналогових сиг     Через аналіз логіко-динамічного процесу перетворення логічних структур аналогових сигналів  Uj  Uj  , «d(error)» d у функціональ«error» ній структурі f Fuzzy  «regulator 1» з нечіткою логікою (13) випливає, що поверхня дзеркальна відносно початку координат. Розглянемо поверхню залежності детальніше. Коли «похибка» «error»  Uj  лежить в районі нуля, «частота» лежить в районі нуля. При частоті зменшення «похибки»  Uj  в від'ємну область частота збіль«error» шується, але по-різному при різних значеннях «швидкості зміни похибки». В цій області при зміні  Uj d від 0,2 до -0,2, «частота» збі«d(error)» льшується. Область максимуму «частоти» знахо               L C налів позитивного  U і негативного  U корегують початок формування послідовних керуючих U ,U U імпульсів 1.n1 2.n1 і 3.n1 у функціональній структурі демультиплексора f Demux з випередженням або відставанням відносно початку формування попередньої послідовності керуючих імU1.n, U2.n пульсів і U3.n, U1.n tn1, U2.n tn1 U3.n  tn1 і , які потім подають на силові тиристори для форму 13 67438 вання синхронної напруги і струму збудження синхронного генератора. Для формування математичної моделі функціонально закінченого логікодинамічного процесу послідовного корегування струму збудження синхронного генератора для стабілізації його реактивної потужності виконаємо об'єднання функціональних структур (1) - (5) і (15) і запишемо результуючий аналітичний вираз (16) 14 , (16) Використання запропонованого технологічного рішення послідовного корегування струму збудження синхронного генератора для стабілізації його реактивної потужності дозволить підвищити його стабільність і дозволить підвищити економічність пристрою на 10-15 %. Комп’ютерна верстка Д. Шеверун Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601