Разработка имитационной модели синхронного генератора для объектов малой и распределённой энергетики

  • Геннадий Петрович Корнилов
  • Алексей Андреевич Бочкарев
  • Данил Маратович Шарафутдинов
  • Данил Алексеевич Дьяков
DOI: https://doi.org/10.24160/0013-5380-2024-11-58-64
Ключевые слова: автономная система электроснабжения, синхронный генератор, математическое моделирование, структурная схема, координатные преобразования, адекватность модели, переходные процессы

Аннотация

Автономные системы электроснабжения получили широкое распространение в России и за рубежом. Наиболее часто в данных системах применяются генераторы с двигателями внутреннего сгорания – дизельными, газопоршневыми и др., а также используется энергия возобновляемых энергоресурсов. Как правило, рассматриваемые установки оснащаются синхронными генераторами различных типов. Одна из ключевых задач, возникающих в процессе проектирования и эксплуатации автономных систем электроснабжения, – составление математических моделей генераторов. В статье рассмотрена работа синхронного генератора с известными параметрами и заданной нагрузкой. В новой, оригинальной форме представлена структурная схема модели синхронного генератора, позволяющая проводить глубокие исследования электромагнитных и электромеханических переходных процессов, в том числе в составе замкнутых систем автоматического регулирования возбуждения и скорости первичного двигателя. Особенностью предложенной структуры является применение координатных преобразований, что позволяет выполнять моделирование для различных нагрузок генератора, в том числе нетиповых. Приведены результаты сравнения переходных процессов синхронного генератора без автоматического регулирования возбуждения, полученные на математической и физической моделях, подтверждающие достаточно высокую точность исходных уравнений, описывающих модель.

Биографии авторов

Геннадий Петрович Корнилов

доктор техн. наук, профессор, профессор кафедры электроснабжения промышленных предприятий, Магнитогорский государственный технический университет им. Г.И. Носова, Магнитогорск, Россия; korn_mgn@mail.ru

Алексей Андреевич Бочкарев

ассистент кафедры электроснабжения промышленных предприятий, Магнитогорский государственный технический университет им. Г.И. Носова, Магнитогорск, Россия; analogsynth@mail.ru

Данил Маратович Шарафутдинов

студент, Магнитогорский государственный технический университет им. Г.И. Носова, Магнитогорск, Россия; danil.sharafutdinov2017@yandex.ru

Данил Алексеевич Дьяков

студент, Магнитогорский государственный технический университет им. Г.И. Носова, Магнитогорск, Россия; danil-dyakov08032003@mail.ru

Литература

1. Виноградов Д.Б. и др. Управление станцией автономного электроснабжения в составе транспортного средства. – Электричество, 2009, № 9, с. 49–54.
2. Setlak L., Kowalik R. Mathematical Modeling and Simulation of Selected Components On-Board Autonomous Power Supply System (ASE), in Accordance with the Concept of a More Electric Aircraft (MEA). – 18th International Scientific Conference on Electric Power Engineering (EPE), 2017, DOI: 10.1109/EPE.2017.7967337.
3. Хватов О.С., Дарьенков А.Б. Единая электростанция транспортного объекта с электродвижением на базе дизель-генераторной установки переменной частоты вращения. – Электротехника, 2016, № 3, c. 35–40.
4. Богданов Н.И. Компаундирование синхронных генераторов. – Электричество, 1940, № 9, c. 16–18.
5. Иносов В.Л., Цукерник Л.В. Компаундирование мощных синхронных генераторов с электромагнитным корректором напряжения. – Электричество, 1949, № 9, c. 15–22.
6. Быков Ю.М., Бодрягина Н.В., Жемчугов Г.А. Моделирование автономного синхронного генератора как объекта регулирования. – Электричество, 1989, №12, с. 13–18.
7. Сипайлов В.А., Лоос А.В. Математическое моделирование электрических машин (АВМ). М.: Высшая школа, 1980, 176 с.
8. Коломейцева М.Б., Митрофанов В.Е., Пихлецкий В.В. Система регулирования частоты и напряжения мини-ГЭС с помощью ЭВМ. – Электричество, 1998, №7, с. 27–31.
9. Michna M. et al. Nonlinear Model of Synchronous Generator for Autonomous Electrical Power Systems Analysis. – 2014 IEEE 23rd International Symposium on Industrial Electronics (ISIE), 2014, pp. 853–858, DOI: 10.1109/ISIE.2014.6864723.
10. Котин Д.А., Иванов И.А. Использование однофазного синхронного многообмоточного генератора с постоянными магнитами для электроснабжения автономного потребителя. – Известия высших учебных заведений. Проблемы энергетики, 2022, № 1(24), с. 29–38.
11. Du Y. et al. Autonomous Controller Based on Synchronous Generator dq0 Model for Micro Grid Inverters. – 8th International Conference on Power Electronics – ECCE Asia, 2011, pp. 2645–2649, DOI: 10.1109/ICPE.2011.5944750.
12. Mirošević M., Maljković Z. The Dynamics of Diesel Generator Units with Different Voltage Controller Parameters. – Electrical Systems for Aircraft, Railway and Ship Propulsion, 2012, DOI: 10.1109/ESARS.2012.6387442.
13. Винокур В.М., Кавалеров Б.В., Петроченков А.Б. Программный комплекс для математического моделирования автономных мини-электростанций. – Электричество, 2007, № 3, с. 2–7.
14. Luo S., Jian Y., Gao Q. Synchronous Generator Modeling and Semi-Physical Simulation. – 22nd International Conference on Electrical Machines and Systems (ICEMS), 2019, DOI: 10.1109/ICEMS.2019.8921721.
15. Филюшов Ю.П., Филюшов В.Ю. Оптимизация электромагнитных процессов в синхронной машине. – Электричество, 2011, № 8, с. 57–62.
#
1. Vinogradov A.B. et al. Elektrichestvo – in Russ. (Electricity), 2009, No. 9, pp. 49–54.
2. Setlak L., Kowalik R. Mathematical Modeling and Simulation of Selected Components On-Board Autonomous Power Supply System (ASE), in Accordance with the Concept of a More Electric Aircraft (MEA). – 18th International Scientific Conference on Electric Power Engineering (EPE), 2017, DOI: 10.1109/EPE.2017.7967337.
3. Hvatov O.S., Dar'enkov A.B. Elektrotekhnika – in Russ. (Electrical Engineering), 2016, No. 3, pp. 35–40.
4. Bogdanov N.I. Elektrichestvo – in Russ. (Electricity), 1940, No. 9, pp. 16–18.
5. Inosov V.L., Tsukernik L.V. Elektrichestvo – in Russ. (Electricity), 1949, No.9, pp. 15–22.
6. Bykov Yu.M., Bodryagina N.V., Zhemchugov G.A. Elektrichestvo – in Russ. (Electricity), 1989, No. 12, pp. 13–18.
7. Sipaylov V.A., Loos A.V. Matematicheskoe modelirovanie elektricheskikh mashin (AVM) (Mathematical Modeling of Electric Machines). M.: Vysshaya shkola, 1980, 176 p.
8. Kolomeytseva M.B., Mitrofanov V.E., Pihletskiy V.V. Elektrichestvo – in Russ. (Electricity), 1998, No. 7. pp. 27–31.
9. Michna M. et al. Nonlinear Model of Synchronous Generator for Autonomous Electrical Power Systems Analysis. – 2014 IEEE 23rd International Symposium on Industrial Electronics (ISIE), 2014, pp. 853–858, DOI: 10.1109/ISIE.2014.6864723.
10. Kotin D.A., Ivanov I.A. Izvestiya vysshih uchebnyh zavedeniy. Problemy energetiki – in Russ. (News of Higher Educational Institutions. Power Engineering Problems), 2022, No. 1(24), pp. 29–38.
11. Du Y. et al. Autonomous Controller Based on Synchronous Generator dq0 Model for Micro Grid Inverters. – 8th International Conference on Power Electronics – ECCE Asia, 2011, pp. 2645–2649, DOI: 10.1109/ICPE.2011.5944750.
12. Mirošević M., Maljković Z. The Dynamics of Diesel Generator Units with Different Voltage Controller Parameters. – Electrical Systems for Aircraft, Railway and Ship Propulsion, 2012, DOI: 10.1109/ESARS.2012.6387442.
13. Vinokur V.M., Kavalerov B.V., Petrochenkov A.B. Elektrichestvo – in Russ. (Electricity), 2007, No. 3, pp. 2–7.
14. Luo S., Jian Y., Gao Q. Synchronous Generator Modeling and Semi-Physical Simulation. – 22nd International Conference on Electrical Machines and Systems (ICEMS), 2019, DOI: 10.1109/ICEMS.2019.8921721.
15. Filyushov Yu.P., Filyushov V.Yu. Elektrichestvo – in Russ. (Electricity), 2011, No. 8, pp. 57–62
Опубликован
2024-09-26
Выпуск
№ 11 (2024): Выпуск № 11
Раздел
Статьи