Дар неругоҳҳои барқии автономӣ, вақте ки чанд генератори синхронӣ сарбории умумиро таъмин мекунанд, генераторҳо бояд на танҳо шиддат ва басомади номиналиро нигоҳ доранд, балки сарбориро устуворона тақсим кунанд ва лаппишҳои электромеханикии тавоноии байни худро дар ҳудуди маҳдуд нигоҳ доранд. Ин таҳқиқот кори мувозии ду генератори синхронии дорои печҳои мустақили ангезиш дар меҳварҳои тӯлии d ва кӯндаланги q-ро ҳамроҳ бо гардонандаҳои дизелӣ, танзимгарҳои суръату шиддат ва сарбории умумии фаъол-индуктивӣ дар муҳити MATLAB/Simulink моделсозӣ мекунад.

Модели математикии генератор дар асоси муодилаҳои дифференсиалии Park–Gorev дар системаи координатаҳои dq, ки якҷоя бо ротор давр мезанад, сохта шудааст. Модели гардонандаи дизелӣ ба ҷойи истифодаи танҳо моменти миёнаи механикӣ каҷхати ғайрихаттии моменти тобдиҳандаи муҳаррики дарунсӯзи чорсилиндраро дар бар мегирад, ки ба кунҷи наварди зонуӣ вобаста аст. Модель инчунин метавонад ҳолатҳои ғайримуқаррарии гардонанда, аз қабили аз кор мондани як силиндр ва фосилаи холии механикии танзимгари суръатро ифода кунад.

Мувофиқи натиҷаҳои симулятсия, ҳангоми зинавор пайваст кардани сарбории пурра суръати кунҷии генератор тақрибан аз −%2,2 то +%0,8 инҳироф карда, дар тақрибан 3–3,5 сония боз ба сатҳи истинодӣ наздик шудааст. Вақте ки ду генератор дар кори муқаррарӣ сарбориро тақрибан баробар тақсим мекарданд, байни онҳо лаппишҳои мубодилаи тавоноии фаъол ба андозаи %9,5-и тавоноии генератор ба вуҷуд омадаанд. Ҳангоми аз кор баровардани як силиндри гурӯҳи дуюми дизелӣ амплитудаи ин лаппиш то %32,2 афзуда, лаппиш бо басомади тақрибан 2,47 Hz сурат гирифтааст.

Натиҷаҳо озмоиши саҳроии неругоҳи воқеӣ ё гурӯҳи генератории киштӣ нестанд; онҳо аз модели математикии MATLAB/Simulink ба даст омадаанд. Саҳми асосии таҳқиқот дар як муҳити ягонаи симулятсияи параметрӣ муттаҳид кардани генераторҳои синхронии дорои ангезиши думеҳвара, моменти ғайрихаттии гардонандаи дизелӣ, танзимгарҳои суръату шиддат ва сарбории умумӣ мебошад.

Шарҳи муфассал

Генератори синхронӣ бо ангезиши тӯлӣ-кӯндаланг чист?

Генератори синхронӣ бо ангезиши тӯлӣ-кӯндаланг мошини синхроние мебошад, ки дар меҳварҳои d ва q-и ротор ду канали аз ҳам мустақили ангезиш дорад. Дар генератори анъанавии синхронӣ бо ангезиши якмеҳвара идоракунии асосӣ тавассути печи майдони меҳвари d анҷом дода мешавад, аммо дар сохтори думеҳвара мавҷудияти печи иловагии ангезиш дар меҳвари q барои идора кардани лаппишҳои электромагнитӣ ва электромеханикӣ дараҷаи иловагии озодии идоракуниро фароҳам меорад.

Дар таҳқиқот печи иловагии меҳвари q нисбат ба меҳвари асосии ангезиш аз ҷиҳати кунҷи электрӣ ба андозаи π/2 ҷойивазшуда баррасӣ мешавад. Равиши асосии муаллифон истифодаи ангезиши меҳвари d барои нигоҳ доштани шиддати баромади генератор ва ангезиши меҳвари q барои фурӯнишонии ҳаракати кунҷӣ ва лаппишҳои механикии ротор мебошад.

Чаро модель бо блоки стандартии генератори Simulink сохта нашудааст?

Манбаъ қайд мекунад, ки моделҳои стандартии мошинҳои синхронии Simscape/Simulink асосан барои мошинҳои классикии дорои ангезиши якмеҳвара ё магнитҳои доимӣ омода шудаанд. Барои пурра ифода кардани равандҳои электромагнитии мошине, ки дар меҳвари q печи мустақили ангезиш дорад, модели математикӣ аз блокҳои асосии Simulink аз нав сохта шудааст.

Табдили Park–Gorev модели генераторро чӣ гуна сода мекунад?

Табдили Park–Gorev се печи фазавии беҳаракат дар статорро бо ду занҷири электрии ҳамарзиш дар меҳварҳои d ва q, ки якҷоя бо ротор давр мезананд, ифода мекунад. Ба ин тартиб таҳлили бузургиҳои сефазаи вобаста ба вақтро метавон дар координатаҳои ротор тавассути муодилаҳои дифференсиалии муназзамтар анҷом дод.

Фарзияҳои асосии дар манбаъ истифодашуда

• Мошин дуқутба буда, аз ҷиҳати магнитӣ/электрӣ симметрӣ аст.
• Сершавии магнитӣ ба назар гирифта нашудааст.
• Робитаи байни MMF ва сели магнитӣ хаттӣ қабул шудааст.
• Тақсимоти майдон ва MMF синусоидӣ қабул шуда, гармоникаҳои баланд ба назар гирифта нашудаанд.
• Система мутавозин аст ва ҷузъи сифрӣ ба сифр баробар мебошад.

Муодилаҳои дифференсиалии Park–Gorev

Манбаъ пайвастагиҳои сели печҳои статор, ангезиш ва демпферро дар меҳварҳои d ва q бо муодилаҳои дифференсиалии дорои сохтори зерин ифода мекунад:

\[ \frac{d\Psi_d}{dt} = u_d-r_ai_d-\omega\Psi_q \]

\[ \frac{d\Psi_q}{dt} = -u_q-r_ai_q+\omega\Psi_d \]

\[ \frac{d\Psi_{fd}}{dt} = \frac{u_{fd}}{T_{0d}} - \frac{i_{fd}}{T_{0d}} \]

\[ \frac{d\Psi_{fq}}{dt} = \frac{u_{fq}}{T_{0q}} - \frac{i_{fq}}{T_{0q}} \]

\[ \frac{d\Psi_{1d}}{dt} = -\frac{i_{1d}}{T_{1d}}, \qquad \frac{d\Psi_{1q}}{dt} = -\frac{i_{1q}}{T_{1q}} \]

Дар ин ҷо d ва q меҳварҳои ротор, Ψ пайвастагии сел, u шиддат, i ҷараён, r_a муқовимати фаъоли статор, T₀ собитаҳои вақти печи ангезиш ва T₁ собитаҳои вақти печи демпферро нишон медиҳанд.

Манбаъ муодилаҳои дифференсиалӣ ва пайвастагии селро дар шакли матритсавӣ низ ифода мекунад:

\[ \left[\frac{d\Psi}{dt}\right] = [u]-[RT][i]+[\omega][\Psi] \]

\[ [\Psi]=[KX][i] \]

Ҳангоми аз муодилаи дуюм хориҷ кардани матритсаи ҷараён модели электрӣ ба шакли:

\[ \left[\frac{d\Psi}{dt}\right] = [u] - \left( [RT][KX]^{-1} - [\omega] \right)[\Psi] \tag{3} \]

оварда мешавад. Модели генератори Simulink дар расми 1-и манбаъ бевосита дар асоси ҳамин сохтор сохта шудааст.

Воридот ва баромадҳои блоки генератори Simulink

Модель аз ҷиҳати электрӣ дар шакли манбаи ҷараён сохта шудааст. Ба воридотҳои он массиви шиддатҳо ва басомади кунҷии ротор дода шуда, дар баромадҳояш моменти электромагнитӣ ва ҷараёнҳои ҳамарзиши статор дар меҳварҳои d ва q, яъне i_d ва i_q, ба даст меоянд.

Чаро моменти тобдиҳандаи ғайрихаттии гардонандаи дизелӣ ба модель дохил карда шудааст?

Муҳаррики поршении дарунсӯз моменти тобдиҳандаи доимӣ ҳосил намекунад. Аз сабаби фишори силиндр, геометрияи механизми наварди зонуӣ ва шатун ва қувваҳои инерсияи қисмҳои ҳаракаткунанда, моменти тобдиҳандаи лаҳзавии наварди зонуӣ вобаста ба кунҷи навард даврӣ тағйир меёбад. Азбаски ин тағйирёбӣ метавонад ба лаппишҳои электромеханикии тавоноӣ байни генераторҳои мувозӣ коркунанда таъсир расонад, таҳқиқот муҳаррики дизелиро танҳо бо моменти миёнаи тобдиҳанда ифода намекунад.

Модели механикии якмассаӣ

Тамоми инерсияҳои гардишии муҳаррики дизелӣ, ротори генератор, навард ва муфта дар як узви ҳамарзиши инерсия муттаҳид карда шудаанд. Мувозинати механикӣ тавассути муодилаи 4 ба шакли:

\[ M_{MECH} - M_{EM} - T_J\frac{d\omega}{dt} - M_{BT} = 0 \tag{4} \]

ифода мешавад.

Дар ин ҷо M_MECH моменти муҳаррики дизелӣ, M_EM моменти электромагнитии генератор, T_J собитаи вақти инерсияи умумии гардиш ва M_BT моменти соиши часпакро, ки талафоти механикиро ифода мекунад, нишон медиҳанд.

Соиши часпак дар манбаъ ба шакли:

\[ M_{BT}=B\omega \]

моделсозӣ мешавад.

Модели муҳаррики дизелии 4-силиндра

Расми 2-и манбаъ тағйирёбии моменти тобдиҳандаи лаҳзавии муҳаррики дизелии чорсилиндраро дар фосилаи кунҷи наварди зонуии 0–4π нишон медиҳад. Фосилаи 4π як давраи пурраи кори муҳаррики чортакта мебошад, ки аз ду гардиши наварди зонуӣ иборат аст.

Дар модель ин каҷхати моменти тобдиҳанда ба блоки Lookup Table гузаронида шуда, кунҷи воқеии навард ҳамчун воридот истифода шудааст. Ҳамин тавр, моменти механикии тобдиҳанда дар Simulink мувофиқи мавқеи воқеии муҳаррик дар дохили давраи корӣ тағйир меёбад.

Носозии силиндр чӣ гуна моделсозӣ мешавад?

Каҷхати дуюми моменти тобдиҳанда дар расми 2 ҳолатеро ифода мекунад, ки силиндри якум кор намекунад. Аз байн рафтани импулси дахлдори тавоноӣ дар каҷхати моменти тобдиҳанда пастшавии назаррас ба вуҷуд оварда, моменти миёнаи механикии муҳаррикро низ кам мекунад.

Баъдан ин носозӣ дар модели неругоҳи дугенераторӣ ба гардонандаи DG2 татбиқ шуда, тағйирёбии тақсимоти тавоноии фаъол таҳқиқ шудааст.

Усул ва натиҷаҳои таҳқиқот

Танзими ангезиши думеҳвара чӣ гуна кор мекунад?

Дар таҳқиқот ангезиши меҳварҳои d ва q-и генератор тавассути ду канали мустақили идоракунӣ танзим мешавад. Идоракунии меҳвари d монанди танзими классикии автоматии шиддат мувофиқи инҳирофи шиддати баромад аз қимати истинодӣ кор мекунад. Идоракунии меҳвари q бошад, ҳадаф дорад инҳирофи кунҷии роторро наздик ба сифр нигоҳ дорад.

Дар расми 4-и манбаъ ҳар ду канали идоракунӣ ҷузъҳои PID, Saturation ва Transfer Function-и тартиби якум доранд. T_d ва T_q собитаҳои динамикии вақти танзимгарҳоро ифода мекунанд.

Меҳвари d

Аз шиддатҳои d ва q, ки аз бузургиҳои сефаза гирифта шудаанд, амплитудаи шиддати статор ҳисоб шуда, бо U_ref муқоиса мешавад. Хатои ҳосилшуда ангезиши меҳвари d-ро танзим мекунад.

Меҳвари q

Идоракунии меҳвари q ҷузъи ангезишеро ҳосил мекунад, ки инҳирофи кунҷии роторро ба сифр наздик месозад. Ҳадафи манбаъ тавассути ин канал таъмин кардани фурӯнишонии иловагии лаппишҳои механикӣ мебошад.

Ҳудудҳои танзимгар

Дар манбаъ параметри Saturation-и танзимгари автоматии суръат 2,5 гирифта шудааст. Барои танзимгари ангезиш ҳадди болоӣ вобаста ба имконияти кори пурзӯри системаи ангезиши генератор тавре муайян шудааст, ки аз 7 зиёд набошад.

Ду дизел-генератор бо сарбории умумӣ чӣ гуна моделсозӣ мешаванд?

Расми 5-и манбаъ модели пурраи неругоҳро нишон медиҳад, ки дар он ду гурӯҳи якхелаи дизел-генератор ба сарбории умумии фаъол-индуктивӣ мувозӣ пайваст шудаанд. Ҳар гурӯҳ аз модели генератори d-q, системаи ангезиши думеҳвара ва модели гардонандаи дизелӣ иборат аст.

Сарбории умумӣ аз муқовимат ва индуктивияти пайдарпай пайвастшуда ташкил шудааст:

\[ U = R_{load}i + L_{load}\frac{di}{dt} \]

Табдилҳои Park ва баръакси Park бо блокҳои стандартии Simulink иҷро мешаванд.

Азбаски модели генератор дар шакли манбаи ҷараён сохта шудааст, манбаъ ҳолати воқеии кори бесарбориро мустақиман моделсозӣ карда наметавонад. Аз ин рӯ, сарбории ибтидоӣ %10-и тавоноии номиналии неругоҳ интихоб шудааст.

Параметрҳои генератори дар манбаъ истифодашуда

Манбаъ вақти моделро дар баъзе графикҳо ва параметрҳо бо радиан ифода мекунад. Азбаски басомади кунҷии генератор 314 rad/s аст, дар таҳқиқот 314 rad тақрибан ба 1 сония ва 628 rad тақрибан ба 2 сония мувофиқат мекунад. Қиматҳои “rad”-и дар манбаъ овардашуда бояд якҷоя бо ҳамин пояи вақти симулятсия тафсир шаванд.

Ҳангоми зинавор пайваст кардани сарбории пурра суръати кунҷӣ чӣ гуна тағйир ёфт?

Расми 6 суръати кунҷии генераторро дар сенарияи ҷудогонаи озмоиш баъд аз пайваст кардани сарбории %100-и неругоҳ дар лаҳзаи 628 rad, яъне тақрибан 2 сония, нишон медиҳад.

Бо зинавор афзудани сарборӣ суръати ротор аввал ба таври назаррас паст мешавад, сипас бо дахолати танзимгар аз қимати истинодӣ боло меравад ва баъд аз лаппишҳои фурӯнишинанда тақрибан ба сатҳи 1 p.u. бармегардад.

Ҳангоми носоз шудани як силиндри дизел лаппиши тавоноӣ байни генераторҳо чӣ гуна тағйир меёбад?

Сенарияи барои расми 7 истифодашуда аз расми 6 фарқ мекунад. Дар ин ҷо, ҳангоми аз тарафи ду генератор таъмин шудани сарбории умумӣ, аввал сарборӣ зиёд карда шуда, баъд дар муҳаррики дуюми дизелӣ носозии як силиндр ҷорӣ шудааст.

Тақсимоти тавоноӣ дар ҳолати муқаррарӣ

Ду генератори якхела дар шароити муқаррарӣ сарбории умумиро тақрибан баробар тақсим мекунанд. Бо вуҷуди ин, тавоноиҳои фаъол комилан доимӣ нестанд; байни ду мошин мубодилаи лаппишии тавоноӣ ба вуҷуд меояд.

Манбаъ амплитудаи ин лаппиши мубодилаи тавоноии фаъолро дар шароити муқаррарӣ тақрибан %9,5-и тавоноии номиналии генератор нишон медиҳад.

Баъд аз носозии силиндр

Ҳангоми аз кор баровардани силиндри якуми DG2 ҳам сатҳи миёна ва ҳам шакли даврии моменти гардонанда тағйир меёбанд. Дар натиҷа, ҳангоми аз нав тақсим кардани сарборӣ байни генераторҳо амплитудаи лаппишҳои мубодилаи тавоноии фаъол тақрибан то сатҳи %32,2 баланд мешавад.

Басомади лаппиш тақрибан:

\[ f \approx 2,47\ \text{Hz} \]

гузориш шудааст.

Ин қимати %32,2 маънои аз даст рафтани %32,2-и тавоноии неругоҳро надорад. Он амплитудаи лаппиши мубодилаи тавоноии фаъол байни генераторҳоро ифода мекунад.

Муаллифон дар системаи идоракунӣ такмил додани чиро пешниҳод мекунанд?

Гарчанде идоракунии мавҷудаи ангезиши меҳвари q кӯшиш мекунад кунҷи роторро наздик ба сифр нигоҳ дорад, мушоҳида шудааст, ки лаппишҳои мубодила пурра фурӯ нишонда намешаванд. Манбаъ пешниҳод мекунад, ки дар оянда ба қонуни идоракунии меҳвари q каналҳои иловагии алоқаи бозгашт ворид карда шаванд, ки лаппиши мубодилаи тавоноии фаъол ва/ё инҳирофи басомади кунҷиро истифода мебаранд.

Хулосаҳое, ки таҳқиқот асоснок мекунад

Таҳқиқот нишон медиҳад, ки бо блокҳои асосии Simulink сохтани модели параметрии неругоҳи автономӣ имконпазир аст, ки генератори синхронии дорои ангезиши думеҳвара, гардонандаи ғайрихаттии дизелӣ, танзимгарҳои суръату шиддат ва сарбории умумии RL-ро дар бар мегирад.

Дар модели манбаъ таъсирҳои халалрасон, аз қабили тағйирёбии сарборӣ ва носозии гардонандаи дизелӣ, дар суръати кунҷии генераторҳо ва тақсимоти тавоноии фаъол равандҳои гузариши ченшавандаро ба вуҷуд меоранд. Аз ҷумла, ба назар гирифтани тағйирёбии моменти тобдиҳандаи лаҳзавии муҳаррики поршенӣ нисбат ба модели содатари гардонанда, ки ба моменти миёна асос ёфтааст, таҳқиқи муфассалтари динамикаи неругоҳро имкон медиҳад.

Умумисозиҳое, ки таҳқиқот асоснок намекунад

Натиҷаҳои манбаъ озмоишҳои физикии киштии воқеӣ ё неругоҳи автономии рӯизаминӣ нестанд. Қиматҳои %9,5, %32,2 ва 2,47 Hz ба параметрҳои модели истифодашуда ва танзимоти идоракунӣ тааллуқ доранд.

Таҳқиқот нишон намедиҳад, ки ангезиши думеҳвара дар ҳамаи неругоҳҳо ба таври автоматӣ афзоиши устувориро ба андозаи фоизи муайян таъмин мекунад. Инчунин сарфи сӯзишворӣ, нишондиҳандаҳои ҳароратӣ, фарсудашавии воқеии механикӣ, таҳрифи гармоникӣ, таҳаммулҳои истеҳсолӣ ё эътимоднокӣ дар шароити саҳроӣ таҳлил нашудаанд.

Эзоҳ дар бораи манбаъ ва усул

Модели электрии таҳқиқот ба фарзияи мошини синхронии идеализатсияшудаи дуқутба, мутавозин ва сернашуда асос меёбад. Гармоникаҳои баланд ва ҷузъи пайдарпайии сифрӣ ба модель дохил карда нашудаанд.

Қисми механикии дизел-генератор ҳамчун системаи ҳамарзиши якмассаӣ моделсозӣ шудааст. Инерсияҳои сершумор, модаҳои тобхӯрӣ ва динамикаи муфта дар хатти воқеии наварди муҳаррик-генератор бо дараҷаҳои ҷудогонаи озодӣ ҳал нашудаанд; таъсири умумии онҳо ба параметрҳои T_J, Backlash ва соиши часпак оварда шудааст.

Азбаски равиши манбаи ҷараён дар модель кори воқеии бесарбории генераторро бевосита ифода карда наметавонад, дар ибтидо сарбории фаъоли %10 истифода шудааст. Бинобар ин, натиҷаҳои модель бояд бо назардошти ҳамин шарти ибтидоӣ арзёбӣ шаванд.

Расми 6 ва расми 7 як озмоиш нестанд. Расми 6 посухи суръати кунҷиро ба зинаи сарбории пурра ва расми 7 тақсимоти тавоноии фаъолро ҳангоми сарбории ибтидоии %10, пайваст кардани сарбории 2/3 ва баъдан носозии силиндри DG2 нишон медиҳад.