Исследование устойчивости двухзвенной агрегатированной системы электропитания на основе непосредственных повышающих преобразователей напряжения
Ключевые слова:
двухзвенная агрегатированная система электропитания, непосредственный повышающий преобразователь, линейная динамическая модель, нелинейная динамическая модель, частотная характеристика, критерий Найквиста, метод точечных отображений
Аннотация
Статья посвящена исследованию динамики агрегатированной системы электропитания на основе двух каскадно включенных непосредственных повышающих преобразователей напряжения. Приведены выражения для расчета линейной динамической модели по постоянному току, позволяющие определить координаты ее рабочей точки. Использование в линейных моделях частотных методов оценки устойчивости не всегда дает корректные результаты, поэтому требуется их дополнительная проверка с помощью нелинейных. Разработана нелинейная динамическая модель рассматриваемого объекта с источниками синусоидальных измерительных воздействий для расчета малосигнальных частотных характеристик в рабочей точке без размыкания контуров регулирования преобразователей. Полученные таким образом частотные характеристики более точно описывают свойства системы по сравнению с частотными характеристиками линейной модели. Разработанная нелинейная динамическая модель позволяет анализировать поведение агрегатированной системы во временной области. Показано, что граница устойчивости линейной динамической модели не совпадает с границей устойчивости неподвижной точки желаемого режима нелинейной динамической модели. Возможна ситуация, когда линейная модель показывает неустойчивость системы, а нелинейная – устойчивость. Применение разработанной нелинейной динамической модели существенно увеличивает скорость расчета электромагнитных процессов в двухзвенных агрегатированных системах электропитания по сравнению с существующим программным обеспечением.
Литература
1. Дмитриков В.Ф., Шушпанов Д.В. Устойчивость и электромагнитная совместимость устройств и систем электропитания. М.: НТИ «Горячая линия-Телеком», 2019, 540 с.
2. Дмитриков В.Ф., Шушпанов Д.В. Основные научные проблемы построения отечественных агрегатированных (сложных) приборов и распределенных систем вторичного электропитания и причины отставания их характеристик от современных зарубежных аналогов. – Физика волновых процессов и радиотехнические системы, 2018, т. 21, № 3, с. 7–11.
3. Дмитриков В.Ф., Шушпанов Д.В. Устойчивость систем электропитания. – Электропитание, 2012, № 2, с. 5–19.
4. Севернс Р., Блум Г. Импульсные преобразователи постоянного напряжения для систем вторичного электропитания. М.: Энергоатомиздат, 1988, 294 с.
5. Сиротский М.С., Пугачев А.А. Математическое моделирование срока службы свинцово-кислотных аккумуляторных батарей для источников бесперебойного питания. – Автоматизация и моделирование в проектировании и управлении, 2024, № 1 (23), с. 81–88.
6. Datta S., Sriramalakshmi P. Two-Stage Boost Inverter for Wave Energy Conversion. – Advances in Renewable Energy and Its Grid Integration: Lecture Notes in Electrical Engineering, 2023, vol. 1041, pp. 171–185, DOI: 10.1007/978-981-99-2283-3_15.
7. Тищенко А.К. и др. Анализ динамических свойств солнечных батарей для космических аппаратов. – Вестник Воронежского государственного технического университета, 2020, т. 16, № 1, с. 39–44.
8. Белов Г.А., Абрамов С.В. Анализ устойчивости и показателей качества переходных процессов в одноконтурной системе управления понижающим импульсным преобразователем. – Электричество, 2014, № 7, с. 49–57.
9. Исхаков А.С. и др. Прямое апериодическое управление понижающим широтно-импульсным преобразователем. – Электричество, 2022, № 12, с. 48–58.
10. Бабаков Н.А. и др. Теория автоматического управления. Ч. 1. Теория линейных систем автоматического управления. М.: Высшая школа, 1986, 367 с.
11. Zhusubaliyev Zh.T., Mosekilde E. Bifurcations and Chaos in Piece-Wise-Smooth Dynamical Systems. Singapore: World Scientific, 2003, 376 p.
12. Жусубалиев Ж.Т. и др. О бифуркациях хаотических аттракторов в широтно-импульсной системе управления. – Вестник СПбУ. Прикладная математика. Информатика. Процессы управления, 2024, т. 20, № 1, с. 62–78.
13. Михальченко С.Г. и др. Бифуркационные явления в преобразователе напряжения с частотно-импульсным управлением для ветрогенераторной установки. – Известия ТПУ. Инжиниринг георесурсов, 2020, т. 331, № 12, с. 215–225.
14. Андриянов А.И., Баранчиков М.В. Разработка математической модели двухкаскадного преобразователя постоянного напряжения. – Вестник МЭИ, 2024, № 6, с. 11–19.
15. Андриянов А.И. Теория систем управления транзисторных преобразователей постоянного напряжения. Курск: Университетская книга, 2023, 145 с.
16. Белов Г.А. Теория импульсных преобразователей. Чебоксары: Изд-во Чувашского университета, 2016, 330 с.
17. Андриянов А.И., Саченко Е.А. Математическая модель транзисторных управляемых выпрямителей в режиме рекуперации электроэнергии. – Доклады академии наук высшей школы Российской Федерации, 2016, № 2 (31), с. 26–42.
18. Андриянов А.И. Развитие теории управления нелинейными динамическими процессами импульсных систем электропитания: дис. … доктора техн. наук. Чебоксары, 2022, 515 с.
#
1. Dmitrikov V.F., Shushpanov D.V. Ustoychivost’ i elektromagnit-naya sovmestimost’ ustroystv i sistem elektropitaniya (Stability and Electromagnetic Compatibility of Devices and Power Supply Systems). M.: NTI «Goryachaya liniya-Telekom», 2019, 540 p.
2. Dmitrikov V.F., Shushpanov D.V. Fizika volnovyh protsessov i radiotehnicheskie sistemy – in Russ. (Physics of Wave Processes and Radio Engineering Systems), 2018, vol. 21, No. 3, pp. 7–11.
3. Dmitrikov V.F., Shushpanov D.V. Elektropitanie – in Russ. (Power Supply), 2012, No. 2, pp. 5–19.
4. Severns R., Blum G. Impul’snye preobrazovateli postoyannogo napryazheniya dlya sistem vtorichnogo elektropitaniya (DC Voltage Pulse Converters for Secondary Power Supply Systems). M.: Energoatomizdat, 1988, 294 p.
5. Sirotskiy M.S., Pugachev A.A. Avtomatizatsiya i modelirovanie v proektirovanii i upravlenii – in Russ. (Automation and Modeling in Design and Management), 2024, No. 1 (23), pp. 81–88.
6. Datta S., Sriramalakshmi P. Two-Stage Boost Inverter for Wave Energy Conversion. – Advances in Renewable Energy and Its Grid Integration: Lecture Notes in Electrical Engineering, 2023, vol. 1041, pp. 171–185, DOI: 10.1007/978-981-99-2283-3_15.
7. Tishchenko A.K. et al. Vestnik Voronezhskogo gosudarstven-nogo tehnicheskogo universiteta – in Russ. (Bulletin of the Voronezh State Technical University), 2020, vol. 16, No. 1, pp. 39–44.
8. Belov G.A., Abramov S.V. Elektrichestvo – in Russ. (Electricity), 2014, No. 7, pp. 49–57.
9. Ishakov A.S. et al. Elektrichestvo – in Russ. (Electricity), 2022, No. 12, pp. 48–58.
10. Babakov N.A. et al. Teoriya avtomaticheskogo upravleniya. Ch. 1. Teoriya lineynyh sistem avtomaticheskogo upravleniya (Theory of Automatic Control. Part 1. Theory of Linear Automatic Control Systems). M.: Vysshaya shkola, 1986, 367 p.
11. Zhusubaliyev Zh.T., Mosekilde E. Bifurcations and Chaos in Piece-Wise-Smooth Dynamical Systems. Singapore: World Scientific, 2003, 376 p.
12. Zhusubaliev Zh.T. et al. Vestnik SPbU. Prikladnaya matematika. Informatika. Protsessy upravleniya – in Russ. (Bulletin of SPbU. Applied Mathematics. Computer Science. Management Pro-cesses), 2024, vol. 20, No. 1, pp. 62–78.
13. Mihal’chenko S.G. et al. Izvestiya Tomskogo politehnicheskogo universiteta. Inzhiniring georesursov – in Russ. (Proceedings of Tomsk Polytechnic University. Georesource Engineering), 2020, vol. 331, No. 12, pp. 215–225.
14. Andriyanov A.I., Baranchikov M.V. Vestnik MEI – in Russ. (Bulletin of the MPEI), 2024, No. 6, pp. 11–19.
15. Andriyanov A.I. Teoriya sistem upravleniya tranzistornyh preobrazovateley postoyannogo napryazheniya (Theory of Control Systems of Transistor DC Voltage Converters). Kursk: Universitetskaya kniga, 2023, 145 p.
16. Belov G.A. Teoriya impul’snyh preobrazovateley (Theory of Pulse Converters). Cheboksary: Izd-vo Chuvashskogo universiteta, 2016, 330 p.
17. Andriyanov A.I., Sachenko E.A. Doklady akademii nauk vysshey shkoly Rossiyskoy Federatsii – in Russ. (Reports of the Academy of Sciences of the Higher School of the Russian Federation), 2016, No. 2 (31), pp. 26–42.
18. Andriyanov A.I. Razvitie teorii upravleniya nelineynymi dinamicheskimi protsessami impul’snyh sistem elektropitaniya: dis. … doktora tehn. nauk (Development of the Theory of Control of Nonlinear Dynamic Processes of Pulsed Power Supply Systems: Dis. … Dr. Sci. (Eng.)). Cheboksary, 2022, 515 p
2. Дмитриков В.Ф., Шушпанов Д.В. Основные научные проблемы построения отечественных агрегатированных (сложных) приборов и распределенных систем вторичного электропитания и причины отставания их характеристик от современных зарубежных аналогов. – Физика волновых процессов и радиотехнические системы, 2018, т. 21, № 3, с. 7–11.
3. Дмитриков В.Ф., Шушпанов Д.В. Устойчивость систем электропитания. – Электропитание, 2012, № 2, с. 5–19.
4. Севернс Р., Блум Г. Импульсные преобразователи постоянного напряжения для систем вторичного электропитания. М.: Энергоатомиздат, 1988, 294 с.
5. Сиротский М.С., Пугачев А.А. Математическое моделирование срока службы свинцово-кислотных аккумуляторных батарей для источников бесперебойного питания. – Автоматизация и моделирование в проектировании и управлении, 2024, № 1 (23), с. 81–88.
6. Datta S., Sriramalakshmi P. Two-Stage Boost Inverter for Wave Energy Conversion. – Advances in Renewable Energy and Its Grid Integration: Lecture Notes in Electrical Engineering, 2023, vol. 1041, pp. 171–185, DOI: 10.1007/978-981-99-2283-3_15.
7. Тищенко А.К. и др. Анализ динамических свойств солнечных батарей для космических аппаратов. – Вестник Воронежского государственного технического университета, 2020, т. 16, № 1, с. 39–44.
8. Белов Г.А., Абрамов С.В. Анализ устойчивости и показателей качества переходных процессов в одноконтурной системе управления понижающим импульсным преобразователем. – Электричество, 2014, № 7, с. 49–57.
9. Исхаков А.С. и др. Прямое апериодическое управление понижающим широтно-импульсным преобразователем. – Электричество, 2022, № 12, с. 48–58.
10. Бабаков Н.А. и др. Теория автоматического управления. Ч. 1. Теория линейных систем автоматического управления. М.: Высшая школа, 1986, 367 с.
11. Zhusubaliyev Zh.T., Mosekilde E. Bifurcations and Chaos in Piece-Wise-Smooth Dynamical Systems. Singapore: World Scientific, 2003, 376 p.
12. Жусубалиев Ж.Т. и др. О бифуркациях хаотических аттракторов в широтно-импульсной системе управления. – Вестник СПбУ. Прикладная математика. Информатика. Процессы управления, 2024, т. 20, № 1, с. 62–78.
13. Михальченко С.Г. и др. Бифуркационные явления в преобразователе напряжения с частотно-импульсным управлением для ветрогенераторной установки. – Известия ТПУ. Инжиниринг георесурсов, 2020, т. 331, № 12, с. 215–225.
14. Андриянов А.И., Баранчиков М.В. Разработка математической модели двухкаскадного преобразователя постоянного напряжения. – Вестник МЭИ, 2024, № 6, с. 11–19.
15. Андриянов А.И. Теория систем управления транзисторных преобразователей постоянного напряжения. Курск: Университетская книга, 2023, 145 с.
16. Белов Г.А. Теория импульсных преобразователей. Чебоксары: Изд-во Чувашского университета, 2016, 330 с.
17. Андриянов А.И., Саченко Е.А. Математическая модель транзисторных управляемых выпрямителей в режиме рекуперации электроэнергии. – Доклады академии наук высшей школы Российской Федерации, 2016, № 2 (31), с. 26–42.
18. Андриянов А.И. Развитие теории управления нелинейными динамическими процессами импульсных систем электропитания: дис. … доктора техн. наук. Чебоксары, 2022, 515 с.
#
1. Dmitrikov V.F., Shushpanov D.V. Ustoychivost’ i elektromagnit-naya sovmestimost’ ustroystv i sistem elektropitaniya (Stability and Electromagnetic Compatibility of Devices and Power Supply Systems). M.: NTI «Goryachaya liniya-Telekom», 2019, 540 p.
2. Dmitrikov V.F., Shushpanov D.V. Fizika volnovyh protsessov i radiotehnicheskie sistemy – in Russ. (Physics of Wave Processes and Radio Engineering Systems), 2018, vol. 21, No. 3, pp. 7–11.
3. Dmitrikov V.F., Shushpanov D.V. Elektropitanie – in Russ. (Power Supply), 2012, No. 2, pp. 5–19.
4. Severns R., Blum G. Impul’snye preobrazovateli postoyannogo napryazheniya dlya sistem vtorichnogo elektropitaniya (DC Voltage Pulse Converters for Secondary Power Supply Systems). M.: Energoatomizdat, 1988, 294 p.
5. Sirotskiy M.S., Pugachev A.A. Avtomatizatsiya i modelirovanie v proektirovanii i upravlenii – in Russ. (Automation and Modeling in Design and Management), 2024, No. 1 (23), pp. 81–88.
6. Datta S., Sriramalakshmi P. Two-Stage Boost Inverter for Wave Energy Conversion. – Advances in Renewable Energy and Its Grid Integration: Lecture Notes in Electrical Engineering, 2023, vol. 1041, pp. 171–185, DOI: 10.1007/978-981-99-2283-3_15.
7. Tishchenko A.K. et al. Vestnik Voronezhskogo gosudarstven-nogo tehnicheskogo universiteta – in Russ. (Bulletin of the Voronezh State Technical University), 2020, vol. 16, No. 1, pp. 39–44.
8. Belov G.A., Abramov S.V. Elektrichestvo – in Russ. (Electricity), 2014, No. 7, pp. 49–57.
9. Ishakov A.S. et al. Elektrichestvo – in Russ. (Electricity), 2022, No. 12, pp. 48–58.
10. Babakov N.A. et al. Teoriya avtomaticheskogo upravleniya. Ch. 1. Teoriya lineynyh sistem avtomaticheskogo upravleniya (Theory of Automatic Control. Part 1. Theory of Linear Automatic Control Systems). M.: Vysshaya shkola, 1986, 367 p.
11. Zhusubaliyev Zh.T., Mosekilde E. Bifurcations and Chaos in Piece-Wise-Smooth Dynamical Systems. Singapore: World Scientific, 2003, 376 p.
12. Zhusubaliev Zh.T. et al. Vestnik SPbU. Prikladnaya matematika. Informatika. Protsessy upravleniya – in Russ. (Bulletin of SPbU. Applied Mathematics. Computer Science. Management Pro-cesses), 2024, vol. 20, No. 1, pp. 62–78.
13. Mihal’chenko S.G. et al. Izvestiya Tomskogo politehnicheskogo universiteta. Inzhiniring georesursov – in Russ. (Proceedings of Tomsk Polytechnic University. Georesource Engineering), 2020, vol. 331, No. 12, pp. 215–225.
14. Andriyanov A.I., Baranchikov M.V. Vestnik MEI – in Russ. (Bulletin of the MPEI), 2024, No. 6, pp. 11–19.
15. Andriyanov A.I. Teoriya sistem upravleniya tranzistornyh preobrazovateley postoyannogo napryazheniya (Theory of Control Systems of Transistor DC Voltage Converters). Kursk: Universitetskaya kniga, 2023, 145 p.
16. Belov G.A. Teoriya impul’snyh preobrazovateley (Theory of Pulse Converters). Cheboksary: Izd-vo Chuvashskogo universiteta, 2016, 330 p.
17. Andriyanov A.I., Sachenko E.A. Doklady akademii nauk vysshey shkoly Rossiyskoy Federatsii – in Russ. (Reports of the Academy of Sciences of the Higher School of the Russian Federation), 2016, No. 2 (31), pp. 26–42.
18. Andriyanov A.I. Razvitie teorii upravleniya nelineynymi dinamicheskimi protsessami impul’snyh sistem elektropitaniya: dis. … doktora tehn. nauk (Development of the Theory of Control of Nonlinear Dynamic Processes of Pulsed Power Supply Systems: Dis. … Dr. Sci. (Eng.)). Cheboksary, 2022, 515 p
