Управление матричным непосредственным преобразователем частоты вторичных источников электропитания автономных объектов
Ключевые слова:
бортовая электрическая сеть, матричный преобразователь частоты, высокочастотная коммутация, управление в скользящем режиме, коэффициент гармоник, компьютерное моделирование
Аннотация
Предложен вариант применения «скользящих режимов» разрывного управления динамическими объектами для матричных преобразователей частоты (МПЧ) в составе бортовой самолетной сети. В отличие от используемых в существующих алгоритмах управления МПЧ имеющиеся синусоидальные напряжения первичной сети обрабатываются по предлагаемой модернизируемой технологии «скользящих режимов». Уровень разрывных напряжений выбирается из условия минимальных отклонений от цели, что благоприятно сказывается на спектре выходных напряжений. На выбранном временном интервале проводится дискретизация входных фазных напряжений первичной сети и заданных фазных напряжений выходной сети. Формируется положительная минимальная разность между ближайшим к желаемому фазным напряжением первичной сети и заданием фазного напряжения вторичной сети. Она выступает как положительное разрывное управление. Отрицательная разность – как отрицательное разрывное управление. В среднем на расчетном интервале отклонение от заданного фазного напряжения равно нулю. Это обеспечивает наименьшие искажения в спектре выходного напряжения МПЧ при произвольных нагрузках и эволюциях частоты и амплитуды напряжения первичной сети. Рассматриваются варианты трехфазного и шестифазного первичных источников. Средствами имитационного моделирования подтверждена эффективность предложенного варианта применения «скользящих режимов».
Литература
1. Грузков С.А. Электрооборудование летательных аппаратов, ч.1. М.: Изд-во МЭИ, 2005, 568 с.
2. Грузков С.А. Электрооборудование летательных аппаратов, ч.2. М.: Изд-во МЭИ, 2008, 552 с.
3. Лёвин А.В., Юхнин М.М., Лившиц Э.Я., Харитонов С.А. и др. разработки системы генерирования электрической энергии типа «переменная скорость – постоянная частота» на базе синхронных генераторов и инверторов напряжения. – Силовая интеллектуальная электроника, 2007, № 1, с. 17–21.
4. Лёвин А.В., Алексеев И.И., Харитонов С.А., Ковалев Л.К. и др. Электрический самолет: от идеи до реализации. М.: Машиностроение, 2010, 288 с.
5. Стенников А.А. Автономные системы генерирования электроэнергии переменного тока с асинхронными генераторами. – Материалы НТК: Информатика и проблемы телекоммуникации, Новосибирск, 1999, с. 51–52.
6. Харитонов С.А. Системы генерирования электроэнергии для ветроэнергетики и автономных подвижных объектов (анализ и синтез): дис. … докт. техн. наук, Новосибирск, НГТУ, 1998, 619 с.
7. Харитонов С.А. Электромагнитные процессы в системах генерирования электроэнергии для автономных объектов. Новосибирск: Изд. НГТУ, 2011, 536 с.
8. Машинский В.В. Резервная система генерирования электрической энергии для летательных аппаратов: дис. … канд. техн. наук, Новосибирск, НГТУ, 2014, 134 с.
9. Джюджи Л., Пелли Б. Силовые полупроводниковые преобразователи частоты: Теория, характеристики, применение. М.: Энергоатомиздат, 1983, 400 с.
10. Щелкунов Р.Г. Модель матричного преобразователя частоты. – Материалы, оборудование и ресурсосберегающие технологии: материалы междунар. науч.-техн. конф., Гомель, 2018, с. 321–323.
11. Дарьенков А.Б., Чернов Е.А., Кочаганов Д.М., Абузяров Т.Х. Сравнительное имитационное моделирование работы матричного преобразователя частоты со скалярным и пространственно- векторным алгоритмами управления. – Труды НГТУ им. Р.Е. Алексеева, 2018, № 4 (23), с. 89–98.
12. Уткин В.И. Скользящие режимы в задачах оптимизации и управления. М.: Наука, 1981, 367 с.
13. Naveed A. et all. A single-phase buck and boost AC-to-AC converter with bipolar voltage gain: analysis, design, and implementation. – Energies, 2019, No. 12, 1376, DOI:10.3390/en12071376.
14. López-Robles E. et all. Voltage regulation of a matrix converter with balanced and unbalanced three-phase loads. – Journal of Applied Research and Technology, 2015, No. 13, pp. 510–522.
15. Jeremy Van Gorpet et all. Binary signals design to control the matrix converter in the context of smart grids. – IFAC Papers OnLine, 2017, vol. 50 (1), pp. 2119–2124, DOI: 10.1016/j.ifacol.2017.08.537.
16. Mahajanaet S. et all. Analysis and control of induction generator supplying stand-alone AC loads employing a Matrix Converter. – Engineering Science and Technology an International Journal, 2017, 11, pp. 649–661.
17. Essamd E.M., Mahmoud A.S. Matrix converters and three-phase inverters fed linear induction motor drives–Performance compare. – Ain Shams Engineering Journal, 2018, 9(3), pp. 329–340.Essen: Vulkan Verlag, 2008, 212 p.
#
1. Gruzkov S.A. Elektrooborudovanie letatel'nyh apparatov (Electrical equipment of aircraft), p.1. М.: Izd-vо МEI, 2005, 568 p.
2. Gruzkov S.A. Elektrooborudovanie letatel'nyh apparatov (Electrical equipment of aircraft), p. 2. М.: Izd-vо МEI, 2008, 552 p.
3. Lyovin A.V., Yuhnin M.M., Livshits E.Ya., Haritonov S.А. et all. Silovaya intellektual'naya elektronika – in Russ. (Power intelligent electronics), 2007, No. 1, pp.17–21.
4. Lyovin A.V., Alekseev I.I., Haritonov S.A., Kovalev L.К. et all. Elektricheskiy samolet: ot idei do realizatsii (Electric aircraft: from idea to implementation). М.: Mashinostroenie, 2010, 288 p.
5. Stennikov A.A. Materialy NTK: Informatika i problemy telekommunikatsii – in Russ. (Proceedings of the STC: Informatics and Telecommunications Problems), Novosibirsk, 1999, pp. 51–52.
6. Haritonov S.А. Sistemy generirovaniya elektroenergii dlya vetroenergetiki i avtonomnyh podvizhnyh ob"ektov (analiz i sintez) (Electricity generation systems for wind energy and autonomous mobile objects (analysis and synthesis)): diss. … Dr. Sci. (Eng.), Novosibirsk, NGTU, 1998, 619 p.
7. Haritonov S.А. Elektromagnitnye protsessy v sistemah gene-rirovaniya elektroenergii dlya avtonomnyh ob"ektov (Electromagnetic processes in power generation systems for autonomous objects). Novosibirsk: Izd. NGTU, 2011, 536 p.
8. Mashinsky V.V. Rezervnaya sistema generirovaniya elektricheskoy energii dlya letatel'nyh apparatov (Back-up system for generating electrical energy for aircraft): diss. … Cand. Sci. (Eng.), Novosibirsk, NGTU, 2014, 134 p.
9. Dzhuji L., Pelly B. Silovye poluprovodnikovye preobrazovateli chastoty: Teoriya, harakteristiki, primenenie (Power semiconductor frequency converters: Theory, characteristics, application). М.: Energoatomizdat, 1983, 400 p.
10. Shchelkunov R.G. Materialy, oborudovanie i resursosbere-gayushchee tekhnologii: materialy mezhdunar. nauch.-tekhn. konf. – in Russ. (Materials, equipment and resource-saving technologies: materials of international scientific-technical. conf.), Gomel, 2018, pp. 321–323.
11. Darienkov A.B., Chernov E.A., Kochaganov D.M., Abuzya-rov T.Kh. Trudy NGTU im. R.E. Alekseeva – in Russ. (Proceedings of NSTU n.a. R.E. Alekseev), 2018, No. 4 (23), pp. 89–98.
12. Utkin V.I. Skol'zyashchie rezhimy v zadachah optimizatsii i upravleniya (Sliding modes in optimization and control problems). М.: Nauka, 1981, 367 p.
13. Naveed A. et all. A single-phase buck and boost AC-to-AC converter with bipolar voltage gain: analysis, design, and implementation. – Energies, 2019, No. 12, 1376, DOI:10.3390/en12071376.
14. López-Robles E. et all. Voltage regulation of a matrix converter with balanced and unbalanced three-phase loads. – Journal of Applied Research and Technology, 2015, No. 13, pp. 510–522.
15. Jeremy Van Gorpet et all. Binary signals design to control the matrix converter in the context of smart grids. – IFAC Papers OnLine, 2017, vol. 50 (1), pp. 2119–2124, DOI: 10.1016/j.ifacol.2017.08.537.
16. Mahajanaet S. et all. Analysis and control of induction generator supplying stand-alone AC loads employing a Matrix Converter. – Engineering Science and Technology an International Journal, 2017, 11, pp. 649–661.
17. Essamd E.M., Mahmoud A.S. Matrix converters and three-phase inverters fed linear induction motor drives–Performance compare. – Ain Shams Engineering Journal, 2018, 9(3), pp. 329–340.
2. Грузков С.А. Электрооборудование летательных аппаратов, ч.2. М.: Изд-во МЭИ, 2008, 552 с.
3. Лёвин А.В., Юхнин М.М., Лившиц Э.Я., Харитонов С.А. и др. разработки системы генерирования электрической энергии типа «переменная скорость – постоянная частота» на базе синхронных генераторов и инверторов напряжения. – Силовая интеллектуальная электроника, 2007, № 1, с. 17–21.
4. Лёвин А.В., Алексеев И.И., Харитонов С.А., Ковалев Л.К. и др. Электрический самолет: от идеи до реализации. М.: Машиностроение, 2010, 288 с.
5. Стенников А.А. Автономные системы генерирования электроэнергии переменного тока с асинхронными генераторами. – Материалы НТК: Информатика и проблемы телекоммуникации, Новосибирск, 1999, с. 51–52.
6. Харитонов С.А. Системы генерирования электроэнергии для ветроэнергетики и автономных подвижных объектов (анализ и синтез): дис. … докт. техн. наук, Новосибирск, НГТУ, 1998, 619 с.
7. Харитонов С.А. Электромагнитные процессы в системах генерирования электроэнергии для автономных объектов. Новосибирск: Изд. НГТУ, 2011, 536 с.
8. Машинский В.В. Резервная система генерирования электрической энергии для летательных аппаратов: дис. … канд. техн. наук, Новосибирск, НГТУ, 2014, 134 с.
9. Джюджи Л., Пелли Б. Силовые полупроводниковые преобразователи частоты: Теория, характеристики, применение. М.: Энергоатомиздат, 1983, 400 с.
10. Щелкунов Р.Г. Модель матричного преобразователя частоты. – Материалы, оборудование и ресурсосберегающие технологии: материалы междунар. науч.-техн. конф., Гомель, 2018, с. 321–323.
11. Дарьенков А.Б., Чернов Е.А., Кочаганов Д.М., Абузяров Т.Х. Сравнительное имитационное моделирование работы матричного преобразователя частоты со скалярным и пространственно- векторным алгоритмами управления. – Труды НГТУ им. Р.Е. Алексеева, 2018, № 4 (23), с. 89–98.
12. Уткин В.И. Скользящие режимы в задачах оптимизации и управления. М.: Наука, 1981, 367 с.
13. Naveed A. et all. A single-phase buck and boost AC-to-AC converter with bipolar voltage gain: analysis, design, and implementation. – Energies, 2019, No. 12, 1376, DOI:10.3390/en12071376.
14. López-Robles E. et all. Voltage regulation of a matrix converter with balanced and unbalanced three-phase loads. – Journal of Applied Research and Technology, 2015, No. 13, pp. 510–522.
15. Jeremy Van Gorpet et all. Binary signals design to control the matrix converter in the context of smart grids. – IFAC Papers OnLine, 2017, vol. 50 (1), pp. 2119–2124, DOI: 10.1016/j.ifacol.2017.08.537.
16. Mahajanaet S. et all. Analysis and control of induction generator supplying stand-alone AC loads employing a Matrix Converter. – Engineering Science and Technology an International Journal, 2017, 11, pp. 649–661.
17. Essamd E.M., Mahmoud A.S. Matrix converters and three-phase inverters fed linear induction motor drives–Performance compare. – Ain Shams Engineering Journal, 2018, 9(3), pp. 329–340.Essen: Vulkan Verlag, 2008, 212 p.
#
1. Gruzkov S.A. Elektrooborudovanie letatel'nyh apparatov (Electrical equipment of aircraft), p.1. М.: Izd-vо МEI, 2005, 568 p.
2. Gruzkov S.A. Elektrooborudovanie letatel'nyh apparatov (Electrical equipment of aircraft), p. 2. М.: Izd-vо МEI, 2008, 552 p.
3. Lyovin A.V., Yuhnin M.M., Livshits E.Ya., Haritonov S.А. et all. Silovaya intellektual'naya elektronika – in Russ. (Power intelligent electronics), 2007, No. 1, pp.17–21.
4. Lyovin A.V., Alekseev I.I., Haritonov S.A., Kovalev L.К. et all. Elektricheskiy samolet: ot idei do realizatsii (Electric aircraft: from idea to implementation). М.: Mashinostroenie, 2010, 288 p.
5. Stennikov A.A. Materialy NTK: Informatika i problemy telekommunikatsii – in Russ. (Proceedings of the STC: Informatics and Telecommunications Problems), Novosibirsk, 1999, pp. 51–52.
6. Haritonov S.А. Sistemy generirovaniya elektroenergii dlya vetroenergetiki i avtonomnyh podvizhnyh ob"ektov (analiz i sintez) (Electricity generation systems for wind energy and autonomous mobile objects (analysis and synthesis)): diss. … Dr. Sci. (Eng.), Novosibirsk, NGTU, 1998, 619 p.
7. Haritonov S.А. Elektromagnitnye protsessy v sistemah gene-rirovaniya elektroenergii dlya avtonomnyh ob"ektov (Electromagnetic processes in power generation systems for autonomous objects). Novosibirsk: Izd. NGTU, 2011, 536 p.
8. Mashinsky V.V. Rezervnaya sistema generirovaniya elektricheskoy energii dlya letatel'nyh apparatov (Back-up system for generating electrical energy for aircraft): diss. … Cand. Sci. (Eng.), Novosibirsk, NGTU, 2014, 134 p.
9. Dzhuji L., Pelly B. Silovye poluprovodnikovye preobrazovateli chastoty: Teoriya, harakteristiki, primenenie (Power semiconductor frequency converters: Theory, characteristics, application). М.: Energoatomizdat, 1983, 400 p.
10. Shchelkunov R.G. Materialy, oborudovanie i resursosbere-gayushchee tekhnologii: materialy mezhdunar. nauch.-tekhn. konf. – in Russ. (Materials, equipment and resource-saving technologies: materials of international scientific-technical. conf.), Gomel, 2018, pp. 321–323.
11. Darienkov A.B., Chernov E.A., Kochaganov D.M., Abuzya-rov T.Kh. Trudy NGTU im. R.E. Alekseeva – in Russ. (Proceedings of NSTU n.a. R.E. Alekseev), 2018, No. 4 (23), pp. 89–98.
12. Utkin V.I. Skol'zyashchie rezhimy v zadachah optimizatsii i upravleniya (Sliding modes in optimization and control problems). М.: Nauka, 1981, 367 p.
13. Naveed A. et all. A single-phase buck and boost AC-to-AC converter with bipolar voltage gain: analysis, design, and implementation. – Energies, 2019, No. 12, 1376, DOI:10.3390/en12071376.
14. López-Robles E. et all. Voltage regulation of a matrix converter with balanced and unbalanced three-phase loads. – Journal of Applied Research and Technology, 2015, No. 13, pp. 510–522.
15. Jeremy Van Gorpet et all. Binary signals design to control the matrix converter in the context of smart grids. – IFAC Papers OnLine, 2017, vol. 50 (1), pp. 2119–2124, DOI: 10.1016/j.ifacol.2017.08.537.
16. Mahajanaet S. et all. Analysis and control of induction generator supplying stand-alone AC loads employing a Matrix Converter. – Engineering Science and Technology an International Journal, 2017, 11, pp. 649–661.
17. Essamd E.M., Mahmoud A.S. Matrix converters and three-phase inverters fed linear induction motor drives–Performance compare. – Ain Shams Engineering Journal, 2018, 9(3), pp. 329–340.
