Дипломная работа: Методика проектування пристроїв синхронізації

Дипломная работа: Методика проектування пристроїв синхронізації

Содержание

Вступ

1. Методика проектування пристроїв синхронізації

1.1 Будова інформаційної моделі

1.2 Вибір алгоритму пошуку

1.3 Визначення способів вирішення завдань для досягнення мети побудови пристрою синхронізації

1.4 Вибір способу синхронізації, способу виміру параметрів синхронізації та спосіб подачі команди на включення вимикача генератора

2. Вибір способу формування команди на включення генератора способом точної синхронізації

2.1 Вибір способу подачі команди

2.2 Вибір способу виміру частоти ковзання

3. Способи одержання постійного часу випередження

3.1 Кінцево-різнісний спосіб

3.2 Часовий спосіб одержання постійного часу випередження

3.3 Імпульсний спосіб одержання постійного часу випередження

3.4 Дискретний спосіб одержання постійного часу випередження

3.5 Спосіб затримки і зсуву по фазі синхронізуємих напруг

4. Вибір структурної схеми синхронізатора

4.1 Розробка структурної схеми

4.2 Вибір блоків принципової схеми

Закінчення

Література

Вступ

Однією з найбільш відповідальних операцій під час вмикання синхронного генератора на паралельну роботу є його синхронізація. Незважаючи на велику практичну значимість цієї операції, інформація про засоби її реалізації дуже обмежена й у багатьох випадках становить комерційну таємницю. Це стримує прогрес у даній галузі, ускладнює прийняття правильних рішень при проектуванні та не сприяє виключенню помилок під час проведення включень генераторів на паралельну роботу. В теперішній час для вирішення завдання вибору пристрою синхронізації та забезпечення потрібної якості електричної енергії в цьому процесі, проводять дорогі натурні експерименти, які не завжди дозволяють правильно вирішити поставлене завдання. Особливу важливість питання розробки синхронізаторів набуває сьогодні, коли має місце тенденція до децентралізації електропостачання, пов'язана із широким впровадженням автономних електроустановок. Прискорення синхронізації є дієвим засобом усунення можливих аварійних ситуацій в автономній енергосистемі, в якій низька точність при включенні генераторів та помилкові дії персоналу або пристроїв автоматики під час здійснення цього процесу можуть тільки погіршити стан. Основним напрямком удосконалення пристроїв автоматики енергосистем є підвищення їх технічних характеристик і надійності, впровадження сучасної елементної бази, запобігання можливості виникнення аварійних режимів. Пристроям синхронізації, які застосовуються в даний час, у більшості випадків властива низька точність відпрацьовування моменту подачі команди на вмикання генератора. У зв'язку з цим у системі електропостачання можливі провали напруги й кидки струму, що викликають збої в роботі основного обладнання, та можуть призвести до непоправних втрат. Процес синхронізації затягується, що, у свою чергу, ускладнює локалізацію негативних наслідків аварійних режимів.

Пристрої автоматичної точної синхронізації відносяться до класу складних штучних систем. Завдання синтезу складної системи складається у визначенні її характеристик і структури шляхом вибору варіанта з декількох альтернатив. Завдання синтезу системи являє собою завдання її проектування. При проектуванні синхронізатора доводиться ставити й вирішувати всі завдання, які формуються теорією систем, що є методологічною базою теорії проектування. У процесі проектування синхронізатора необхідно встановити взаємозв'язок між його структурою, внутрішньою організацією й взаємодією утворюючих його компонентів з функціями, які він повинен виконувати, тобто одержати впорядковану інформацію про об'єкт, що не існує на момент початку проектування. У цей час процес створення пристроїв автоматичної точної синхронізації найчастіше ведеться шляхом проб і помилок. Власне пристрій і процес його створення не формалізуються, у символічній формі не описуються, у зв'язку із чим синхронізатори неможливо досліджувати й змінювати без проведення експерименту із самим виробом. Методи оптимізації, як універсальний математичний апарат теорії систем, не використаються при рішенні проектних завдань. У зв'язку із цим розроблювальні пристрої не позбавлені концептуальних, системотехнічних помилок, найнебезпечніших по своїх наслідках. Очевидно, що постала необхідність доповнення інтуїтивного системного аналізу процесу проектування синхронізаторів правилами, сформульованими як на вербальному, так і на математичному рівні.

Процес проектування будь-якої технічної системи, по суті, являє собою процес переробки вихідної інформації, утвореної відомостями, що отримується в технічному завданні й нормативних документах в інформацію, що утворить проект системи.

У процесі проектування будується інформаційна модель S створюваної реальної системи, яку можна представити сукупністю наступних множин:

 (1.1)

де А - множина елементів, що дають інформацію про зовнішнє середовище, що діє на проектовану систему; В - множина елементів, що дають інформацію про проектовану систему; С - множина елементів, що дають інформацію про зв'язки між компонентами проектованої системи і її зв'язків із зовнішнім середовищем; D - множина елементів, що дають інформацію про якості системи, обумовлених факторами зовнішнього середовища, складом системи і її зв'язків.

Процес створення інформаційної моделі (1.1) складається з ряду послідовно виконуваних етапів, що утворюють фазу аналізу й фазу синтезу. Фаза аналізу містить у собі операції постановки мети, розбивки на підзадачі, формулювання локальних цілей і встановлення способів їхнього досягнення, обґрунтування критеріїв ефективності як засобів досягнення локальних цілей, розробка концепції системи на основі дослідження альтернатив. Фаза синтезу включає етапи ескізного, технічного й робочого проектування.

Процес проектування реалізується відповідно до описаного плану й фактично являє собою процес рішення деякого завдання в ході розумової діяльності людини і чим точніше вдається відобразити мислення людини, тим ефективніше проектний алгоритм. Будемо виходити з того, що:

абстрактний механізм мислення функціонально подібний до деяких процедур, описуваних багаторівневими структурами й процесами, які розгалужуються;

абстрактний механізм мислення функціонально подібний до переходу у процесі, що розгалужується, від початку до кінця й усунення в цьому процесі вузлів, по тим або іншим причинам, що є безперспективними в плані досягнення поставленої мети.

Уведемо поняття стану проектованої системи, під яким будемо розуміти такий стан інформаційної моделі системи  в кожний момент проектування , де  - множина етапів проектування від початкового  до кінцевого , котре характеризується значеннями елементів множин А, В, С, D. Стан системи  представимо вершиною графа. Дугами графа будемо представляти переходи від вершини  до вершини , розуміючи під переходом оператор перетворення стану проектованої системи.

Таким чином, оператор перетворення являє собою деяку процедуру, у результаті якої приймається проектне рішення й змінюються значення елементів множин А, В, С, D. По своїй суті оператор перетворення являє собою проектну методику. Запропонований граф, описуваний моделлю S, показує, як у процесі проектування здійснюються переходи від вихідного стану  через проміжні стани  до кінцевого стану , що є завершеним проектом системи.

На кожному проміжному стані  є декілька альтернатив переходу в наступний стан. Ці альтернативи й утворять розгалужений граф.

Особливістю утвореного в такий спосіб розгалуженого графа є те, що, як правило, кінцевий стан системи найчастіше представляється неявними множинами, обумовленими властивостями системи, що задовольняють поставленим цілям. Тим самим у представленому розгалуженому графі умови досягнення мети повинні бути описані у вигляді вимог технічного завдання, а оператори, що розкривають неявно заданий граф в просторі станів, являють собою варіанти альтернативних рішень.

Алгоритми пошуку на неявно заданому графі утворені алгоритмами повного перебору й алгоритмами, що використають інформацію про розв'язуване завдання.

До першої групи алгоритмів прийнято відносити алгоритми, у яких використається пошук у глибину, пошук завширшки, пошук завширшки з ітерацією по глибині. Для алгоритмів другої групи прийнято вводити оцінну функцію, що є мірою, яка показує успішність руху по графі в обраному напрямку з погляду руху мети.

До алгоритмів другої групи, які доцільно використати для рішення проектних завдань, варто віднести алгоритми найшвидшого спуску, алгоритм галузей і границь і алгоритм, що використає в оцінній функції не тільки трудомісткість уже пройденого шляху, але й міру відстані до цільових вершин.

Розглянемо з позицій викладений процес проектування пристрою автоматичної точної синхронізації. Для визначення значення елементів множин А, В, С, D вершини графа розглянемо, як змінюється модель у процесі проектування, тобто в просторі станів, яким відповідають рубежі розв'язуваних завдань (підзавдань). Будемо виходити з того, що точне моделювання процедур рішення підзавдань проектування у вузлах графа неможливо, у зв'язку із чим варто розділити завдання, розв'язувані людиною, і завдання, розв'язувані комп'ютером. До компетенції людини в розглянутому випадку ставиться формулювання мети, завдань і підзавдань. Комп'ютер повинен проводити вибір з відомого набору альтернатив, здійснення обраної дії, оцінку ситуації й вибір наступного кроку. При виборі альтернатив вирішальним правилом є можливість досягнення мети, порівнюючи при цьому ступінь зменшення деяких небажаних ефектів і виходячи з необхідності рішення вартого завдання або під - завдання. У процесі рішення варто враховувати накопичений досвід і прагнути до пошуку ключової дії, виходячи з аналізу ситуації й крім нездійсненного варіанта.

При оцінці ситуації, з огляду на те, що завдання й підзавдання визначені, необхідно оцінити кількість зусиль, затрачуваних на рішення завдання (підзавдання), використовуючи для цього чисельні оцінки за математичними критеріями або їх верхні й нижні границі (наприклад, вартісні оцінки або інші оцінки очікуваного виграшу).

При виборі наступного кроку необхідно виходити з останньої породженої ситуації й рішення шукати шляхом компромісу між глибиною пошуку й складністю оцінки ситуації. Стосовно до проектування синхронізатора цілями можуть служити точність роботи пристрою, обумовлений кутовою помилкою, помилкою визначення частоти ковзання й помилкою визначення моменту формування команди на включення вимикача генератора, а також технічна складність реалізації пристрою і його вартість.

Виходячи з введеного поняття мети, першочерговими під задачами є: вибір способу синхронізації, вибір способу виміру початкових параметрів синхронізації й способу формування команди на включення вимикача генератора. Наступними підзадачами при цьому будуть: формування імпульсних послідовностей, жорстко прив'язаних до вхідних синусоїдальних напруг, зсув імпульсних послідовностей на необхідні кути, пропорційні швидкості ковзання часу включення, визначення знака швидкості ковзання, фіксація моменту збігу зрушених по фазі імпульсних послідовностей, подача команди на включення вимикача генератора.

Перераховані підзадачі, у свою чергу, залежно від їхньої складності розбиваються на відповідні складові. Так, зокрема, під задача зрушення імпульсних послідовностей на необхідні кути розбивається на допоміжні підзадачі одержання необхідних кутів зрушення фаз, виміру цих кутів і їхнього наступного переносу для забезпечення затримки імпульсних послідовностей.

З огляду на накопичений досвід і виходячи із сформульованої мети, що складається в забезпеченні вимог точності роботи синхронізатора, при проектуванні вибирається спосіб точної синхронізації, параметри синхронізації визначаються прямим способом виміру, а команда на включення формується з постійним часом випередження.

При цьому ключовою процедурою є вибір моменту подачі команди на включення вимикача генератора. При виборі тих або інших рішень підзадач проектування й пошуку ключової процедури будемо виходити з наступних міркувань. У запропонованому розгалуженому графі вершина  являє собою завершення процедури якої-небудь проектної підзадачі " n", що входить до складу безлічі всіх процедур проектування П. Весь процес проектування описується наступними співвідношеннями:

 (1.4)

Уведемо в розгляд функцію fn, за допомогою якої відобразимо зв'язок множин вершин графа ti, tk з процедурами n:

 (1.5)

Введеної функції (1.4.2) властиві наступні обмеження:

 при фіксованих n, i, k; (1.6)

 для будь-якого n. (1.7)

Обмеження (1.4.3) полягає в тому, що на ту саму вершину не може надходити сигнал від різних процедур "n".

Обмеження (1.4.4) полягає в тому, що на вхід вершини tn і з її виходу повинен надходити хоча б один сигнал. Уведемо функцію приналежності , що розуміє як суб'єктивну міру виконання процедури n (ti, tk). Оскільки безліч П звичайно, остільки функція приналежності μ цієї безлічі являє собою матрицю:

 (1.8)

де індекси рядків відповідають індексам вхідних вершин графа ti, а індекси стовпців - вихідним вершинам графа tk.

Викладений матеріал дозволяє сформулювати методику проектування синхронізатора, відповідно до якої процес проектування полягає в перетворенні вихідної інформації, що отримується у вхідних синусоїдальних напругах:

заданих обмеженнях по початкових параметрах синхронізації δдоп, ωsдоп, ΔUдоп і часу включення вимикача генератора tвкл, у кінцеву інформацію, на підставі якої приймається рішення про формування команди пристроєм синхронізації.

пристрій синхронізація автоматична генератор

Першим етапом пропонованої методики є етап введення вихідних даних і визначення критерію (мети), до якого треба прагнути. Далі послідовно приймаються рішення про спосіб синхронізації, способі виміру кута між синхронізуємими напругами, способі виміру кутової частоти ковзання й способі формування команди на включення вимикача генератора. Після рішення цих завдань складається структурна схема синхронізатора й формуються часні підзадачі, пов'язані з одержанням імпульсних послідовностей зі зсувом по фазі синхронізуємих напруг, затримкою імпульсних послідовностей, їхнім переносом, фіксацією моменту збігу фаз, контролем частоти ковзання й вибором моменту подачі команди на включення вимикача генератора. При рішенні цих підзадач аналізуються альтернативні варіанти.

Набір альтернатив являє собою набір матриць (1.8). Просування по представленому графі здійснюється залежно від поставлених умов.

Розглянемо більш докладно рішення приватних завдань проектування.

Відповідно до умов точної синхронізації команда на включення вимикача генератора повинна бути подана з попередженням таким чином, щоб до моменту замикання контактів вимикача кут між синхронізуємими напругами дорівнював би нулю. У загальному випадку кут випередження δвип, тобто кут, при досягненні якого подається команда на включення вимикача генератора, визначається з наступного співвідношення:

, (2.1)

де tвкл - час включення, рівний часу спрацьовування синхронізатора й часу замикання контактів вимикача генератора;

ωs, ξs - швидкість і прискорення ковзання.

На практиці прискоренням ковзання при створенні пристроїв синхронізації найчастіше зневажають і команду на включення вимикача генератора подають або з постійним кутом випередження δвип=const, або з постійним часом випередження tвип=const. У першому випадку кут випередження δвип вибирається постійним і рівним:

, (2.2)

де  - розрахункова швидкість ковзання, обрана рівно половині припустимої швидкості ковзання ωsдоп. У другому випадку кут випередження δвип залежить від швидкості ковзання, а його величина визначається зі співвідношення:

, (2.3)

де час включення tвкл постійний й дорівнює часу випередження tвип.

Основним показником, по якому ми будемо порівнювати синхронізатори, є величина кутової помилки. Саме кутова помилка є основною причиною виникнення збурювань у процесі синхронізації й саме через неї з'являються провали напруги й кидки струму, неприпустимі як для генераторів, що властиво включають, так і для електроприймачів системи електропостачання. Як критерій при виборі пристрою синхронізації варто прийняти мінімальну величину кутової помилки δпом. Виходячи з обраного критерію, перевагу варто віддати синхронізаторам з постійним часом випередження, у яких можна домогтися того, щоб звести кутову помилку δпом до нуля, тоді як у більш простих, у схемному рішенні синхронізаторів з постійним кутом випередження величина кутової помилки визначається різницею між дійсною й розрахунковою швидкостями ковзання й дорівнює:

. (2.4)

Використання синхронізаторів з постійним кутом випередження може бути виправдано тільки у випадку застосування швидкодіючих вимикачів.

Складність схемної реалізації пристроїв синхронізації з постійним часом випередження пов'язана з необхідністю формування команди зі змінним кутом випередження, величина якого залежить від фактичної швидкості ковзання.

Страницы: 1, 2, 3