Avtonom elektr stansiyalarida bir nechta sinxron generator umumiy yukni taʼminlaganda, generatorlar faqat nominal kuchlanish va chastotani saqlashi emas, balki yukni barqaror taqsimlashi hamda ular orasidagi elektromexanik quvvat tebranishlarini cheklangan darajada ushlab turishi ham kerak. Ushbu tadqiqot boʻylama d va koʻndalang q oʻqlarida mustaqil qoʻzgʻatish chulgʻamlariga ega ikkita sinxron generatorning dizel yuritmalari, tezlik va kuchlanish rostlagichlari hamda umumiy aktiv-induktiv yuk bilan birgalikdagi parallel ishlashini MATLAB/Simulink muhitida modellashtiradi.

Generatorning matematik modeli Park–Gorev differensial tenglamalari asosida rotor bilan birga aylanadigan dq koordinatalar tizimida tuzilgan. Dizel yuritmasi modeli faqat oʻrtacha mexanik momentdan foydalanish oʻrniga, toʻrt silindrli ichki yonuv dvigatelining tirsakli val burchagiga bogʻliq nochiziqli burovchi moment egri chizigʻini oʻz ichiga oladi. Model, shuningdek, bir silindrning ishdan chiqishi kabi gʻayritabiiy yuritma holatlarini va tezlik rostlagichidagi mexanik tirqishni ifodalay oladi.

Simulyatsiya natijalariga koʻra, toʻliq yuk pogʻonasi berilganda generatorning burchak tezligi taxminan −%2,2 dan +%0,8 gacha ogʻgan va taxminan 3–3,5 soniyada yana tayanch darajaga yaqinlashgan. Ikkita generator normal ishlashda yukni taxminan teng taqsimlagan holda, ular orasida generator quvvatining %9,5 i darajasida aktiv quvvat almashinuvi tebranishlari yuzaga kelgan. Ikkinchi dizel guruhining bir silindri oʻchirilganda, bu tebranish amplitudasi %32,2 ga yetgan va tebranish taxminan 2,47 Hz chastotada sodir boʻlgan.

Natijalar jismoniy elektr stansiyasi yoki kema generator guruhining dala sinovi emas; ular MATLAB/Simulink matematik modelidan olingan. Tadqiqotning asosiy hissasi ikki oʻqli qoʻzgʻatishli sinxron generatorlarni, dizel yuritmasining nochiziqli momentini, tezlik va kuchlanish rostlagichlarini hamda umumiy yukni yagona parametrik simulyatsiya muhitida birlashtirishdan iborat.

Batafsil tushuntirish

Boʻylama-koʻndalang qoʻzgʻatishli sinxron generator nima?

Boʻylama-koʻndalang qoʻzgʻatishli sinxron generator rotorning d va q oʻqlarida bir-biridan mustaqil ikkita qoʻzgʻatish kanaliga ega sinxron mashinadir. Anʼanaviy bir oʻqli qoʻzgʻatishli sinxron generatorda asosiy boshqaruv d oʻqidagi maydon chulgʻami orqali amalga oshirilsa, ikki oʻqli tuzilmada q oʻqida qoʻshimcha qoʻzgʻatish chulgʻamining mavjudligi elektromagnit va elektromexanik tebranishlarni boshqarish uchun qoʻshimcha boshqaruv erkinligini beradi.

Tadqiqotda q oʻqidagi qoʻshimcha chulgʻam asosiy qoʻzgʻatish oʻqiga nisbatan elektr burchagi boʻyicha π/2 ga siljigan deb qaraladi. Mualliflarning asosiy yondashuvi d oʻqidagi qoʻzgʻatishdan generator chiqish kuchlanishini saqlash, q oʻqidagi qoʻzgʻatishdan esa rotorning burchak harakati va mexanik tebranishlarini soʻndirish uchun foydalanishdir.

Nega model standart Simulink generator bloki bilan tuzilmagan?

Manbada standart Simscape/Simulink sinxron mashina modellari asosan klassik bir oʻqli qoʻzgʻatishli yoki doimiy magnitli mashinalar uchun tayyorlangani qayd etilgan. q oʻqida mustaqil qoʻzgʻatish chulgʻamiga ega mashinaning elektromagnit jarayonlarini toʻliq ifodalash uchun matematik model asosiy Simulink bloklaridan qayta tuzilgan.

Park–Gorev almashtirishi generator modelini qanday soddalashtiradi?

Park–Gorev almashtirishi statordagi uchta qoʻzgʻalmas faza chulgʻamini rotor bilan birga aylanadigan d va q oʻqlaridagi ikkita ekvivalent elektr zanjiri orqali ifodalaydi. Shu tariqa vaqtga bogʻliq uch fazali kattaliklar tahlilini rotor koordinatalarida yanada tartibli differensial tenglamalar yordamida bajarish mumkin.

Manbada qoʻllanilgan asosiy farazlar

• Mashina ikki qutbli hamda magnit/elektr jihatdan simmetrikdir.
• Magnit toʻyinish hisobga olinmagan.
• MMF va magnit oqim orasidagi bogʻlanish chiziqli deb qabul qilingan.
• Maydon va MMF taqsimotlari sinusoidal deb qabul qilingan, yuqori garmonikalar hisobga olinmagan.
• Tizim muvozanatlangan va nol tashkil etuvchisi nolga teng.

Park–Gorev differensial tenglamalari

Manba d va q oʻqlaridagi stator, qoʻzgʻatish va dempfer chulgʻamlarining oqim ilashuvlarini quyidagi tuzilishdagi differensial tenglamalar bilan ifodalaydi:

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

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

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

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

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

Bu yerda d va q rotor oʻqlarini, Ψ oqim ilashuvini, u kuchlanishni, i tokni, r_a statorning aktiv qarshiligini, T₀ qoʻzgʻatish chulgʻamining vaqt doimiylarini va T₁ dempfer chulgʻamining vaqt doimiylarini bildiradi.

Manba differensial va oqim ilashuvi tenglamalarini matritsa shaklida ham ifodalaydi:

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

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

Tok matritsasi ikkinchi tenglamadan chiqarib tashlanganda elektr modeli:

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

shakliga keltiriladi. Manbaning 1-rasmidagi Simulink generator modeli bevosita shu tuzilish asosida yaratilgan.

Simulink generator blokining kirish va chiqishlari

Model elektr nuqtayi nazaridan tok manbai shaklida tuzilgan. Uning kirishlariga kuchlanishlar massivi va rotorning burchak chastotasi beriladi, chiqishlarida esa elektromagnit moment hamda d va q oʻqlaridagi ekvivalent stator toklari i_d va i_q olinadi.

Nega dizel yuritmasining nochiziqli burovchi momenti modelga kiritilgan?

Porshenli ichki yonuv dvigateli doimiy burovchi moment hosil qilmaydi. Silindr bosimi, krivoship-shatun mexanizmining geometriyasi va harakatlanuvchi qismlarning inersiya kuchlari tufayli tirsakli valdagi oniy burovchi moment val burchagiga qarab davriy oʻzgaradi. Bu oʻzgarish parallel ishlayotgan generatorlar orasidagi elektromexanik quvvat tebranishlariga taʼsir qilishi mumkinligi uchun tadqiqot dizel dvigatelini faqat oʻrtacha burovchi moment bilan ifodalamaydi.

Bir massali mexanik model

Dizel dvigateli, generator rotori, val va muftaning barcha aylanish inersiyalari bitta ekvivalent inersiya hadiga birlashtirilgan. Mexanik muvozanat 4-tenglama orqali:

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

shaklida ifodalanadi.

Bu yerda M_MECH dizel dvigateli momentini, M_EM generatorning elektromagnit momentini, T_J umumiy aylanish inersiyasining vaqt doimiysini va M_BT mexanik yoʻqotishlarni ifodalovchi qovushoq ishqalanish momentini bildiradi.

Qovushoq ishqalanish manbada:

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

shaklida modellashtiriladi.

4 silindrli dizel dvigateli modeli

Manbaning 2-rasmi 0–4π tirsakli val burchagi davomida toʻrt silindrli dizel dvigatelining oniy burovchi momenti oʻzgarishini koʻrsatadi. 4π oraligʻi toʻrt taktli dvigatelning tirsakli val ikki aylanishidan iborat bitta toʻliq ish siklidir.

Modelda bu burovchi moment egri chizigʻi Lookup Table blokiga oʻtkazilgan va kirish sifatida valning haqiqiy burchagi ishlatilgan. Shu tariqa Simulink dagi mexanik burovchi moment dvigatelning sikl ichidagi haqiqiy holatiga qarab oʻzgaradi.

Silindr nosozligi qanday modellashtiriladi?

2-rasmdagi ikkinchi burovchi moment egri chizigʻi birinchi silindr ishlamayotgan holatni ifodalaydi. Tegishli quvvat impulsining yoʻqolishi burovchi moment egri chizigʻida sezilarli pasayish hosil qiladi va dvigatelning oʻrtacha mexanik momentini ham kamaytiradi.

Keyin bu nosozlik ikki generatorli stansiya modelida DG2 yuritmasiga qoʻllanib, aktiv quvvat taqsimoti qanday oʻzgarishi tekshirilgan.

Tadqiqot usuli va natijalari

Ikki oʻqli qoʻzgʻatishni rostlash qanday ishlaydi?

Tadqiqotda generatorning d va q oʻqlaridagi qoʻzgʻatish ikkita mustaqil boshqaruv kanali orqali rostlanadi. d oʻqidagi boshqaruv klassik avtomatik kuchlanish rostlashga oʻxshash tarzda chiqish kuchlanishining tayanch qiymatdan ogʻishiga qarab ishlaydi. q oʻqidagi boshqaruv esa rotorning burchak ogʻishini nolga yaqin tutishni maqsad qiladi.

Manbaning 4-rasmida ikkala boshqaruv kanalida ham PID, Saturation va birinchi tartibli Transfer Function komponentlari mavjud. T_d va T_q rostlagichlarning dinamik vaqt doimiylarini ifodalaydi.

d oʻqi

Uch fazali kattaliklardan olingan d va q kuchlanishlari yordamida stator kuchlanishining amplitudasi hisoblanadi va U_ref bilan taqqoslanadi. Hosil boʻlgan xato d oʻqidagi qoʻzgʻatishni rostlaydi.

q oʻqi

q oʻqidagi boshqaruv rotorning burchak ogʻishini nolga yaqinlashtiruvchi qoʻzgʻatish tashkil etuvchisini hosil qiladi. Manbaning maqsadi shu kanal orqali mexanik tebranishlarni qoʻshimcha soʻndirishdir.

Rostlagich chegaralari

Manbada avtomatik tezlik rostlagichining Saturation parametri 2,5 deb olingan. Qoʻzgʻatish rostlagichi uchun yuqori chegara generator qoʻzgʻatish tizimining kuchaytirilgan rejimda ishlash imkoniyatiga qarab 7 dan oshmaydigan qilib belgilangan.

Ikkita dizel-generator umumiy yukda qanday modellashtiriladi?

Manbaning 5-rasmi ikkita bir xil dizel-generator guruhi umumiy aktiv-induktiv yukka parallel ulangan toʻliq stansiya modelini koʻrsatadi. Har bir guruh d-q generator modeli, ikki oʻqli qoʻzgʻatish tizimi va dizel yuritmasi modelidan iborat.

Umumiy yuk ketma-ket ulangan qarshilik va induktivlikdan tuzilgan:

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

Park va teskari Park almashtirishlari standart Simulink bloklari yordamida bajariladi.

Generator modeli tok manbai shaklida tuzilgani sababli manba haqiqiy yuksiz ishlash holatini bevosita modellashtira olmaydi. Shu sababli boshlangʻich yuk stansiya nominal quvvatining %10 i deb tanlangan.

Manbada qoʻllanilgan generator parametrlari

Manba model vaqtini ayrim grafik va parametrlarda radianlarda ifodalaydi. Generatorning burchak chastotasi 314 rad/s boʻlgani uchun tadqiqotda 314 rad taxminan 1 soniyaga, 628 rad esa taxminan 2 soniyaga mos keladi. Manbada berilgan “rad” qiymatlari ushbu simulyatsiya vaqt bazasi bilan birga talqin qilinishi kerak.

Toʻliq yuk pogʻonasida burchak tezligi qanday oʻzgargan?

6-rasm alohida tajriba ssenariysida stansiyaning %100 yuki 628 rad, yaʼni taxminan 2 soniya paytida ulanganidan keyingi generator burchak tezligini koʻrsatadi.

Yuk pogʻonasimon oshganda rotor tezligi avval sezilarli pasayadi, keyin rostlagich taʼsirida tayanch qiymatdan oshadi va soʻnuvchi tebranishlardan keyin taxminan 1 p.u. darajasiga qaytadi.

Dizelning bir silindri ishdan chiqqanda generatorlar orasidagi quvvat tebranishi qanday oʻzgaradi?

7-rasm uchun qoʻllanilgan ssenariy 6-rasmdagidan farq qiladi. Bu yerda ikkita generator umumiy yukni taʼminlayotganda avval yuk oshirilgan, keyin ikkinchi dizel dvigatelida bir silindr nosozligi kiritilgan.

Normal holatda quvvat taqsimoti

Ikkita bir xil generator normal sharoitda umumiy yukni taxminan teng taqsimlaydi. Shunga qaramay, aktiv quvvatlar butunlay oʻzgarmas emas; ikki mashina orasida tebranuvchi quvvat almashinuvi yuzaga keladi.

Manba normal sharoitdagi ushbu aktiv quvvat almashinuvi tebranishining amplitudasini generator nominal quvvatining taxminan %9,5 i deb koʻrsatadi.

Silindr nosozligidan keyin

DG2 ning birinchi silindri oʻchirilganda yuritma momentining ham oʻrtacha darajasi, ham siklik shakli oʻzgaradi. Natijada generatorlar yukni qayta taqsimlayotganda aktiv quvvat almashinuvi tebranishlarining amplitudasi taxminan %32,2 darajasiga koʻtariladi.

Tebranish chastotasi taxminan:

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

deb xabar qilingan.

Bu %32,2 qiymat stansiya quvvatining %32,2 i yoʻqolganini anglatmaydi. U generatorlar orasidagi aktiv quvvat almashinuvining tebranish amplitudasini ifodalaydi.

Mualliflar boshqaruv tizimida nimani takomillashtirishni taklif qiladilar?

Mavjud q oʻqi boʻyicha qoʻzgʻatishni boshqarish rotor burchagini nolga yaqin saqlashga urinsa-da, almashinuv tebranishlari toʻliq bostirilmagani kuzatilgan. Manba kelajakda q oʻqidagi boshqaruv qonuniga aktiv quvvat almashinuvi tebranishi va/yoki burchak chastotasi ogʻishidan foydalanadigan qoʻshimcha teskari aloqa kanallarini kiritishni taklif qiladi.

Tadqiqot tasdiqlaydigan xulosalar

Tadqiqot asosiy Simulink bloklari yordamida ikki oʻqli qoʻzgʻatishli sinxron generator, nochiziqli dizel yuritmasi, tezlik va kuchlanish rostlagichlari hamda umumiy RL yukni oʻz ichiga olgan parametrik avtonom stansiya modelini yaratish mumkinligini koʻrsatadi.

Manba modelida yuk oʻzgarishi va dizel yuritmasi nosozligi kabi gʻalayonlar generatorlarning burchak tezligi va aktiv quvvat taqsimotida oʻlchanadigan oʻtkinchi jarayonlar hosil qiladi. Ayniqsa, porshenli dvigatelning oniy burovchi momenti tebranishini hisobga olish oʻrtacha burovchi momentga asoslangan soddaroq yuritma modeliga nisbatan stansiya dinamikasini batafsilroq oʻrganish imkonini beradi.

Tadqiqot tasdiqlamaydigan umumlashtirishlar

Manba natijalari haqiqiy kema yoki quruqlikdagi avtonom stansiyaning jismoniy sinovlari emas. %9,5, %32,2 va 2,47 Hz qiymatlari qoʻllanilgan model parametrlari va boshqaruv sozlamalariga tegishlidir.

Tadqiqot ikki oʻqli qoʻzgʻatish barcha stansiyalarda avtomatik ravishda muayyan foizda barqarorlik oshishini taʼminlashini koʻrsatmaydi. Shuningdek, yoqilgʻi sarfi, issiqlik koʻrsatkichlari, haqiqiy mexanik yeyilish, garmonik buzilish, ishlab chiqarish joizliklari yoki dala sharoitidagi ishonchlilik tahlil qilinmagan.

Manba va usul haqida izoh

Tadqiqotning elektr modeli ideallashtirilgan ikki qutbli, muvozanatlangan, toʻyinmagan sinxron mashina faraziga asoslanadi. Yuqori garmonikalar va nol ketma-ketlik tashkil etuvchisi modelga kiritilmagan.

Dizel-generatorning mexanik qismi bir massali ekvivalent tizim sifatida modellashtirilgan. Haqiqiy dvigatel-generator val liniyasidagi bir nechta inersiyalar, buralish modalari va mufta dinamikasi alohida erkinlik darajalari bilan yechilmagan; ularning umumiy taʼsiri T_J, Backlash va qovushoq ishqalanish parametrlariga keltirilgan.

Modelning tok manbai yondashuvi generatorning haqiqiy yuksiz ishlashini bevosita ifodalay olmagani sababli, dastlab %10 aktiv yuk qoʻllanilgan. Shuning uchun model natijalari shu boshlangʻich shart bilan baholanishi kerak.

6-rasm va 7-rasm bir xil tajriba emas. 6-rasm toʻliq yuk pogʻonasiga burchak tezligi javobini, 7-rasm esa %10 boshlangʻich yuk, 2/3 yuk ulanishi va undan keyingi DG2 silindr nosozligi paytidagi aktiv quvvat taqsimotini koʻrsatadi.