Синтез законов управления автономным синхронным генератором в системе автоматизированных испытаний

• Автор: Фрумкин, Александр Михайлович
• Шифр специальности: 05.09.03
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2004
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 225 с. : ил.

1 ОБЗОР ИНФОРМАЦИИ И ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЯ
1.1 Критерии качества регулирования напряжения и задача синтеза закона регулирования
1.2 Задачи синтеза законов противоаварийного управления и формального описания законов управления
2 СИНТЕЗ ЗАКОНОВ РЕГУЛИРОВАНИЯ НАПРЯЖЕНИЯ НА ОСНОВЕ УПРОЩЕНИЯ МОДЕЛИ ДВУХ ЭВОЛЮЦИОННЫХ ЗАКОНОВ ДЛЯ СИСТЕМЫ ГЕНЕРАТОР-НАГРУЗКА
2.1 Исследование математической модели объекта регулирования высокого порядка
2.2 Описание законов регулирования напряжения
2.3 Общие методы экспериментального исследования устойчивого объекта
2.4 Определение параметров законов пропорционально-интегральнодифференциального регулирования для устойчивого объекта
2.5 Определение параметров трехситуационного закона регулирования для устойчивого объекта
2.6 Особенности определения параметров законов регулирования для неустойчивого объекта
3 ФОРМАЛЬНОЕ ОПИСАНИЕ УПРАВЛЯЮЩИХ ПРОЦЕДУР.
ПРОЦЕДУРЫ ПРОТИВОАВАРИЙНОГО УПРАВЛЕНИЯ
3.1 Формальные текстовые описания управляющих процедур
3.2 Процедуры защиты генератора от перегрузки
3.3 Построение процедур упрощенного диагностирования генератора методом контроля характеристик
4 ПРАКТИЧЕСКИЕ РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЯ
4.1 Результаты моделирования процессов определения параметров законов регулирования
4.2 Разработка регулятора напряжения на базе аналоговых микросхем
4.3 Разработка устройств противоаварийного управления
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
Приложение А Список ссылочных документов, не прошедших
государственную регистрацию
Приложение Б Математические построения
Приложение В Элементы языка описания законов управления
Приложение Г Документы о практическом использовании результатов
диссертации
Актуальность темы. Применение высокопроизводительных встраиваемых контроллеров открывает возможности усложнения законов управления автономной энергоустановкой (электроагрегатом) с целью улучшения качества электроснабжения. Разработка устройства управления включает два взаимосвязанных этапа: построение композиции законов управления (или управляющих процедур) и разработку методов оптимизации значений варьируемых параметров предлагаемых законов. Представление общей процедуры управления агрегатом в виде композиции более простых связано с разделением агрегата на компоненты (двигатель, генератор, устройства собственных нужд), с выделением отдельных функций управления (регулирование возбуждения и подачи топлива, противоаварийное управление, связь с обслуживающим персоналом, поддержка работы в энергосистеме) и с разделением общего процесса управления на ситуации. Многоситуационность является отличительной чертой описания законов управления. Общие ситуации процесса эксплуатации (покой, холостой ход, автономная и параллельная работа) при описании последовательно детализируются. В частности, при детальном описании нелинейные законы регулирования также представляются как многоситуационные.
При определенных условиях отдельные законы управления могут определяться независимо от остальных. Агрегаты, выпускаемые ОАО “Электроагрегат” (г.Курск) на базе производимых в ОАО генераторов серии ГС, обладают типичными динамическими свойствами [13,79]. В переходном процессе с допустимой нагрузкой процесс восстановления напряжения при правильном регулировании практически завершается, когда частота вращения еще не успевает существенно отклониться от начального установившегося значения и переходный процесс установления частоты фактически происходит при установившемся напряжении. В силу этой закономерности задачу регулирования можно разделить на две: задачу регулирования напряжения при условно постоянной частоте вращения вала генератора и задачу регулирования частоты при условно постоянном напряжении. Соответственно, задачу синтеза закона регулирования напряжения допустимо рассматривать как самостоятельную. Аналогично допустимо рассматривать самостоятельную задачу построения процедуры противоаварийного управления генератором.
Производимые ОАО в настоящее время автоматизированные агрегаты обладают распределенной системой управления. В ней функции регулирования и токовой защиты выполняются автономными устройствами на базе микросхем средней степени интеграции (СИС). В разработке этих устройств принимал участие автор данной работы. Функции противоаварийного управления, не требующие быстрой реакции, функции связи с обслуживающим персоналом и
функции поддержки работы агрегата в системе энергоснабжения реализованы контроллером на базе микропроцессора [П.6,П.8,П.9]'.
Использование высокопроизводительных специализированных микропроцессоров [62,107] позволяет создать единое устройство управления на базе одного-двух микропроцессоров [141,142]. Его наиболее сложной частью становится узел регулирования, который концентрирует процедуры обработки сигналов от датчиков фазных напряжений и токов, а также скорости вращения вала. Устройство с такой архитектурой компактнее, стоимость реализации им функций управления меньше, а законы управления могут быть усовершенствованы. В связи с этим актуальны задачи построения законов управления, реализуемых высокопроизводительным микропроцессором, для выпускаемых ОАО агрегатов. Разработка средств автоматизации на базе высокопроизводительных контроллеров требует больших финансовых вложений. Настоящая работа служит обоснованием такой разработки и исследует часть описанной проблемы в части генератора с использованием существующих аппаратно-программных средств. В ней рассматривается основа проекта - определение законов регулирования и противоаварийного управления и методов определения их параметров по результатам экспериментального исследования системы управления. Основное внимание уделено построению законов регулирования.
Цель исследования: разработать методы аналитико-экспериментального построения многоситуационных законов управления автономным синхронным генератором, улучшающих качество процессов электроснабжения.
Задачи диссертационной работы: 1) разработать математическую и компьютерную модели объекта регулирования (системы "генератор-нагрузка"); 2) с учетом исследования модели объекта дать математическое описание возможных вариантов закона регулирования напряжения генератора; 3) разработать процедуры испытаний объекта с целью оптимизации параметров описанных законов регулирования при неизменном температурном состоянии объекта; 4) создать имитационную компьютерную модель системы автоматизированных испытаний объекта с целью оптимизации параметров законов регулирования; 5) сравнить результаты оптимизации параметров законов регулирования в имитационной модели системы испытаний и результаты практической оптимизации параметров регулятора на базе аналоговых микросхем; 6) разработать типовые процедуры противоаварийного
1 В работе используются также документы, которые не могут рассматриваться как публикации. Это рекламные проспекты, незарегистрированные отчеты о НИР, руководства по эксплуатации, разработанные на предприятии. Эти документы вынесены в приложение А и ссылки на них имеют префикс “П”.

можно считать, что процедуры НАПРЯЖЕНИЕ,
ПРИРАЩЕНИЕ_НАПРЯЖЕНИЯ определяют среднее U в смысле п.2.1.5 или
среднее U в смысле (2.2-8) и п.3.1. То же касается процедур измерения тока.
Далее регулируемая переменная при любой формуле для вычисления будет, как
правило, обозначаться буквой и или v.
Законы управления далее описываются с использованием формального
языка (построению которого посвящены п.3.1 и приложение В) и
соответствующей терминологии. Описания согласованы с описаниями п.3.1.
Различные процедуры регулирования объединяются классом:
С1 БЛОК_РЕГУЛИРОВАНИЯ_ВОЗБУЖДЕНИЯ(яЬ,шЬ) (2.2-9)
% Класс описывается в модуле ОБЩИЕПОНЯТИЯ (п.3.1)
% sb - блок синхронизации, mb - блок трехфазных измерений (п,3.1)
Constants
Nb : integer) 100) % Время выдержки "укола" при возбуждении от внешнего источника % в циклах регулирования.
Variables
yBB:bit(0) % управление возбуждением от внешнего источника
Ключ:Ьп % сигнал управления силовым транзистором (равен 1 в режиме форсировки)
Us:real % Уставка напряжения Procedures
Pr obj ect=BHEUIHEE_ВОЗБУЖДЕНИЕ(оЬ) ect)
Ключ:=1 % установка режима форсировки
УВВ:=1. ВЫДЕРЖКАМ,NB), УВВ:=0 % внешний "укол"
ВЫДЕРЖКА^Ь.Мот) % установление напряжения в режиме форсировки РгЕ %
Pr [object,и]=РЕГИСТРАЦИЯ_НАПРЯЖЕНИЯ_ПОСЛЕ_УКОЛА(оЬ)еЫ) ргсоЬ)еЫ=ВНЕШНЕЕ_ВОЗБУЖДЕНИЕ(офес1)
ВЫДЕРЖКA(sb,Nв), и=РЕГИСТРАЦИЯ(тЬ,'НАПРЯЖЕНИЕ') end

Рг офеЫ-ФОРСИРОВКА ВОЗБУЖДННИЯЩфеЫ) Ключ:=1, Continue РгЕ Рг оЬ)ес1=ГАШПНИЕ_ВОЗБУЖДЕНИЯ(оЬ|'ес1) Ключ:=0, Continue РгЕ Pr object=FIOnHOE_r АШЕНИЕ_ВОЗБУЖДЕНИЯ(оЬ)ес1) ргс obj ect=rАШЕНИЕ ВОЗБУЖДЕНИЯ(оЬ) ect), ВЫДЕРЖКАМИ») end РгЕ %
Pr object=Orn_PEIA^HPOBAHHE(object)
Constants Ni,N0:integer % выдержки форсировки и гашения в циклах регулирования Ключ:=1, ВЫДЕРЖКА(8Ь,М|), Ключ:=0, ВЫДЕРЖКА(зЬ,Н0) object=nACCHBHOE_PEryBHPOBAHHE(object)

Pr object=TTACCHBHOE PEryBHPOBAHHE(object)
Constants a:real % 0<а<1- постоянное значение КЗИ Wait(CHHXPOCHrHAB(sb))
Repeat
ргс sqc Ключ:=1, т:=<т";ПОСЛЕДНЕЕ_ЗНАЧЕНИЕ(зЬ), exposure т; Ключ:=0; Continue end WaitD(CHHXPOCHEHAn(sb)) end end