Куцик Андрій Степанович. Аналіз та синтез систем збудження машин змінного струму електромашиновентильних комплексів генерування електроенергії : дис... д-ра техн. наук: 05.09.03 / Національний ун-т "Львівська політехніка". — Л., 2007. — 363арк. — Бібліогр.: арк. 317-345.
Анотація до роботи:
Куцик А.С. Аналіз та синтез систем збудження машин змінного струму електромашиновентильних комплексів генерування електроенергії. – Рукопис.
Дисертація на здобуття наукового ступеня доктора технічних наук за спеціальністю 05.09.03 – Електротехнічні комплекси та системи, Національний університет „Львівська політехніка”, Львів, 2007.
В дисертаційній роботі запропоновано новий метод аналізу електромашиновентильних комплексів генерування електроенергії, який завдяки використанню об’єктно-орієнтованого підходу дає змогу створювати моделі складних електромашиновентильних систем з підвищеною повнотою опису елементів і з можливістю функціонування в реальному часі та зв’язку з фізичними об’єктами, що розширює можливості аналізу та робить можливим використання даних моделей для розв’язання задач випробування та налагодження фізичних систем керування.
За допомогою запропонованого методу створено об’єктно-орієнтовані математичні моделі систем збудження синхронних генераторів електростанцій, що відрізняються врахуванням нелінійності електричних машин, дискретності напівпровідникових перетворювачів, врахуванням реального активно-індуктивно-ємнісного характеру лінії електропередачі та розподіленості її параметрів. Отримано результати аналізу процесів в згаданих системах в робочих режимах та в аварійних режимах, що відображають взаємний вплив процесів в системі збудження, генераторі та в лінії.
Розроблені математичні моделі та проведено дослідження процесів в автономних асинхронних генераторних установках з конденсаторним збудженням, в яких для забезпечення належної якості вихідної напруги в умовах зміни швидкості обертання вала генератора обґрунтовано використання перетворювачів частоти з каскадними інверторами напруги. Проведено дослідження процесів в системі векторного керування асинхронним генератором зі збудженням струмами фазного ротора в режимах роботи з регулюванням коефіцієнта потужності статора.
Розглянуто питання використання запропонованого підходу для розв’язання задач синтезу нечітких регуляторів збудження з використанням уточнених математичних моделей генераторних установок, а також задачі випробування та налагодження виготовлених фізичних систем регулювання збудження з застосуванням комп’ютерних моделей об’єкту регулювання.
Розроблений шляхом поєднання теорії математичного моделювання електромашиновентильних систем та теорії об’єктно-орієнтованого проектування метод аналізу дає змогу поєднати в єдиному комплексі математичні моделі (комп’ютерні об’єкти) та фізичні об’єкти і, відтак, на основі єдиного підходу розв’язати складну науково-прикладну проблему аналізу, синтезу та випробування систем збудження машин змінного струму з використанням створення об’єктно-орієнтованих моделей, які відрізняються високою повнотою описання елементів та можливістю працювати в реальному часі у взаємодії з реальними фізичними об’єктами.
Розроблені за допомогою вищезгаданого методу моделі генераторних установок з напівпровідниковими системами збудження комплексно враховують: в електричних машинах нелінійність, вплив демпферних контурів та можливу несиметрію; дискретність вентилів напівпровідникових перетворювачів; активно-індуктивно-ємнісний характер лінії електропередачі і розподіленість її параметрів. Такі моделі дозволяють аналізувати взаємні впливи між елементами електротехнічного комплексу "система збудження – генератор – лінія електропередачі" в робочих режимах та в аварійних режимах роботи, пов’язаних з несправностями в системі регулювання збудження та короткими замиканнями в різних точках лінії електропередачі.
Адекватність розроблених об’єктно-орієнтованих моделей систем збудження генераторних установок підтверджена численними порівняннями для різних систем збудження та різних режимів їх роботи розрахованих осцилограм з експериментально-знятими на реальних об’єктах. Результати такого співставлення демонструють співпадіння розрахованих та реальних осцилограм за якісними показниками і невеликі розбіжності за кількісними показниками на рівні миттєвих значень (середньоквадратичні відхилення коливаються в межах 6 – 9 %, що в умовах складності об’єктів дослідження та труднощами визначення їх реальних параметрів є цілком прийнятним), що дозволяє використання запропонованих моделей для розв’язання задач аналізу, синтезу та випробування систем збудження електромашиновентильних комплексів генерування електроенергії.
Результати аналізу процесів в системі регулювання збудження асинхронної машини зі сторони фазного ротора у схемі подвійного живлення з розробленим за участю автора алгоритмом керування підтверджують можливість роботи даної системи паралельно з мережею в генераторному режимі з генеруванням або споживанням реактивної потужності та з регулюванням коефіцієнта потужності статора та швидкості обертання (вище і нижче синхронної).
Встановлені кількісні характеристики залежностей струмів та потужностей в колі статора, ротора та потужності на валі генератора в генераторному режимі та в режимі двигуна машини подвійного живлення з застосованою системою керування струмами фазного ротора можуть бути використані для проектування генератора, напівпровідникового перетворювача та системи керування.
Запропонована процедура синтезу нечіткого регулятора збудження з використанням розроблених математичних моделей дає змогу врахувати під час синтезу процеси в напівпровідникових системах збудження, включно з обмеженнями, що накладаються напівпровідниковими перетворювачами, а також нелінійність електричних машин і може бути поширена на синтез інших цифрових регуляторів збудження.
Розроблені за допомогою запропонованого підходу моделі реального часу здатні в процесі роботи обмінюватися інформацією з фізичними об’єктами і використовуються для розв’язання важливих задач випробування та попереднього налагодження регуляторів збудження синхронних генераторів електростанцій та можуть бути використані як тестери систем збудження генераторів.
Ефективність запропонованих засобів аналізу систем збудження машин змінного струму електромашиновентильних комплексів генерування електроенергії підтверджується результатами впровадження розроблених комп’ютерних симуляторів та тренажерів (комп’ютерних моделей зі зручним інтерфейсом користувача) для аналізу генераторних установок з напівпровідниковими системами збудження та для навчання обслуговуючого персоналу електростанцій, а також результатами впровадження програмно-технічних комплексів для випробування безщіткових систем збудження синхронних машин.
Публікації автора:
Плахтина О., Лозинський А., Куцик А. Дослідження нормальних та аварійних режимів роботи електропривода за схемою "тиристорний регулятор напруги – асинхронний двигун" методом комп’ютерного симулювання // Вісник Державного університету “Львівська політехніка” “Електроенергетичні та електромеханічні системи”. - 1997. - № 334. - С. 89 – 93.
Плахтина О.Г., Боднар Г.Й., Куцик А.С.. Математичне моделювання перетворювача частоти з каскадним включенням інверторів // Вісник Державного університету “Львівська політехніка” “Електроенергетичні та електромеханічні системи”. - 1998. - № 340. - С. 91 – 96.
Плахтина О.Г., Боднар Г.Й., Куцик А.С., Плахтина І.О. Математичне моделювання процесів в електроприводі з каскадним інвертором напруги. // Вісник Державного університету “Львівська політехніка” “Електроенергетичні та електромеханічні системи”. - 2000. - №400. – С. 122 - 126.
Плахтина О.Г., Куцик А.С., Копчак Б.Л. Математичне моделювання автономного джерела на базі асинхронного генератора з самозбудженням і тиристорного регулятора напруги. // Вісник Державного університету “Львівська політехніка” “Електроенергетичні та електромеханічні системи”. - 2001. - №418. – С. 140 – 146.
Куцик А.С, Плахтина О.Г., Рябов В.Н. Математична модель турбогенераторної установки з тиристорною безконтактною системою збудження // Вісник Національного університету “Львівська політехніка” “Електроенергетичні та електромеханічні системи”. - 2003. - №487. – С. 67-73.
О.Г.Плахтина, А.С.Куцик, В.Д.Йовбак. Спосіб векторного керування напругою живлення фазного ротора асинхронної машини // Вісник Національного університету “Львівська політехніка” “Електроенергетичні та електромеханічні системи”. - 2003. - №479. – С. 154-160.
Плахтина О.Г., Куцик А.С., Йовбак В.Д. Електромагнітні та електромеханічні процеси асинхронної машини з інвертором напруги в колі ротора при векторному керуванні // Технічна електродинаміка. - 2004. - №5. – С. 30 – 36.
Плахтина О.Г., Куцик А.С., Рябов В.Н.. Математичне моделювання напівпровідникових систем збудження синхронних генераторів // Вестник Харьковского государственного политехнического университета “Електротехника, электроника и электропривод". - 2000. - Выпуск 113. - С.227 – 228.
Плахтина О.Г., Боднар Г.Й., Куцик А.С. Дослідження системи "Каскадний інвертор напруги – асинхронний двигун" // Вестник Харьковского государственного политехнического университета "Проблемы автоматизированного электропривода. Теория и практика". - 1998. – С. 281 – 282.
Plakhtyna O., Cieslik S., Kutsyk A. Use of computer for training the operating staff of a power plant // Вісник Національного технічного університету “Харківський політехнічний інститут” “Проблемы автоматизированного электропривода. Теория и практика”. - 2002. - №12, т.2. – С.369 – 370.
Плахтина О.Г., Куцик А.С., Рябов В.Н. Программное обеспечение для исследования процессов в системах возбуждения синхронных машин // Вісник Національного технічного університету “Харківський політехнічний інститут” “Проблемы автоматизированного электропривода. Теория и практика”. - 2003. - Вип. 10, т.1. – С. 467-468.
Куцик А.С., Плахтина О.Г.. Розробка цифрових моделей електромеханічних систем на основі теорії об’єктно-орієнтованого проектування // Вісник Національного технічного університету “Харківський політехнічний інститут” “Проблемы автоматизированного электропривода. Теория и практика”. - 2005. - Вип. 45. – С. 128 – 129.
Плахтина О.Г., Куцик А.С., Гаранджа С.А. Каскадний інвертор напруги в автономній асинхронній генераторній установці з конденсаторним збудженням // Технічна електродинаміка. Тем. випуск “Силова електроніка та енергоефективність”. - 2004. – С. 7 - 12.
Плахтина О.Г., Куцик А.С. Математичне моделювання системи самозбудження синхронного генератора з використанням об’єктно-орієнтованого методу // Технічна електродинаміка. Тем. випуск "Силова електроніка та енергоефективність", ч. 3. - 2005. – С. 107 – 111.
Плахтина О.Г., Куцик А.С. Програмно-технічний комплекс для випробування систем збудження в енергоблоках електричних станцій // Технічна електродинаміка. Тем. випуск «Проблеми сучасної електротехніки», ч.6. - 2006. – С. 22 - 25.
Лозинський А.О., Куцик А.С. Аналіз процесів в безщітковій системі збудження синхронного генератора з нечітким регулятором // Технічна електродинаміка. Тем. випуск "Силова електроніка та енергоефективність – 2006", ч.4. - 2006. – С. 100 – 103.
Лозинський А.О., Куцик А.С. Структура нечіткого регулятора системи керування збудженням синхронного генератора // Міжвідомчий науково-технічний збірник "Електромашинобудування та електрообладнання". Тем. вип. "Проблеми автоматизованого електропривода. Теорія і практика". - Одеський національний політехнічний університет. - 2006. - Вип. 66. – С. 386 – 388.
Куцик А.С. Математичне моделювання процесів у системі тиристорного збудження синхронного гідрогенератора // Вісник Національного університету “Львівська політехніка” “Електроенергетичні та електромеханічні системи”. - 2002. – №449. - С.102 – 108.
Куцик А.С. Математичне моделювання елементів електромеханічних систем згідно з принципами об’єктно-орієнтованого підходу // Міжвідомчий науково-технічний збірник "Електромашинобудування та електрообладнання". - Одеський національний політехнічний університет. - 2005. - Вип. 64. – С. 10 – 17.
Куцик А.С. Аварійні режими в тиристорній безконтактній системі збудження синхронного турбогенератора // Вісник Національного університету “Львівська політехніка” “Електроенергетичні та електромеханічні системи”. - 2005. – №544. - С.68 - 73.
Куцик А.С. Об’єктно-орієнтована математична модель синхронної машини // Теоретична електротехніка. - 2005. - Вип. 58. – С. 120 – 129.
Куцик А.С. Об’єктно-орієнтована модель асинхронної машини // Східно-європейський журнал передових технологій. - 2005. - № 6 (18). – С.163 – 166.
Куцик А.С. Об’єктно-орієнтований метод аналізу електромеханічних систем // Технічна електродинаміка. - 2006. - №.2. – С. 57 - 63.
Куцик А.С. Математичне моделювання лінії електропередачі з використанням об’єктно-орієнтованого методу // Науковий вісник Національного гірничого університету. - 2006. - № 7. – С. 75 – 80.
Куцик А.С., Копчак Б.Л. Дослідження автономного асинхронного генератора з тиристорним регулятором напруги методом математичного моделювання // Технічні вісті. - 2000. - №1(10). – С. 23 – 27.
Куцик А.С., Копчак Б.Л., Плахтина І.О. Частотнокерований електропривод в автономній системі з асинхронним генератором. // Праці міжнародної конференції з автоматичного управління "Автоматика –2000". - Львів: Держ. НДІ інформаційної інфраструктури, 2000. – С. 202 – 206.
Куцик А.С. Математичне моделювання напівпровідникових систем збудження потужних синхронних генераторів // Тези доповідей 3-ої Міжнародної науково-технічної конференції “Математичне моделювання в електротехніці та електроенергетиці”. - Львів: ДУ "Львівська політехніка", 1999. – С.214.
Плахтына Е.Г., Куцик А.С., Кичаев В.В., Попов Е.Н., Рябов В.Н., Юрганов Ю.А. Программное обеспечение для исследования процессов в тиристорных системах возбуджения синхронных генераторов // Материалы международной научно-технической конференции "Современные системы возбуждения для нового строительства и реконструкции электростанций. Опыт наладки и эксплуатации систем возбуждения нового поколения", выпуск 1. - Санкт-Петербург, 2004. – С. 146 – 151.
O.Plakhtyna, A.Kutsyk. The computer diagnostics of the excitation systems of synchronous generator // Proceeding of the International Conference "Modern Problems of Radio Engineering, Telecommunications and Computer Science" TCSET'2006. - Lviv, 2006. – РР.49-50.
Плахтина О.Г., Куцик А.С. Застосування об’єктно-орієнтованих математичних моделей для комп’ютерного діагностування систем збудження синхронних генераторів електростанцій // Праці конференції «Моделювання – 2006». - Київ, 2006. – С.373 – 378.
Плахтына Е.Г., Куцик А.С., Кичаев В.В., Лапиков Ю.Б., Рябов В.Н., Попов Е.Н., Воробей В.К., Ионайтес В.Е. Программно-технический комплекс для испытаний и наладки устройств управления и защиты электроэнергетических систем // Труды симпозиума "Элмаш – 2006. Перспективы и тенденции развития электротехнического оборудования.". - Москва, 2006. – С. 92 – 97.
Патент України № 31179А Н02М 7/539. Перетворювач постійної напруги в трифазну / Плахтина О.Г., Боднар Г.Й., Куцик А.С., Плахтина І.О. Опубл. 15.12.2000 р., бюл. № 7-ІІ. С. 1.218.
Патент України № 33343А Н02М 7/539. Перетворювач постійної напруги в трифазну / Плахтина О.Г., Боднар Г.Й., Куцик А.С., Плахтина І.О. Опубл. 15.02.2001 р., бюл. № 1. С. 1.203.
