книги / Новые подходы к исследованию и идентификации переходных процессов синхронных машин

чественным анализом влияния опытных данных ПП СМ в исследуемом диапазоне с переходной составляющей на свойства случайного признака, который позволяет: формировать на основе базового случайного признака по опытным данным ГС случайного признака и выборку из нее; формировать по ГС случайного признака и выборке из нее вариационные ряды с определением их свойств; по свойствам вариационных рядов подтверждать гипотезу предполагаемого нормального закона распределения случайного признака относительно МО с использованием критерия согласия Пирсона; оценивать по свойствам вариационных рядов (с использованием размахов и коэффициентов вариации случайного признака) уровень зашумленности и отклонения случайного признака от экспоненциального затухания для переходной составляющей симметричного тока якоря; минимизировать объем ЭТВ с использованием распределения Пуассона для редких случайных событий; оценивать близость свойств вариационных рядов ГС

ивыборки из нее с использованием базовых свойств минимизированного объема ЭТВ; модернизировать унифицированные комбинаторные выражения для исследования и идентификации переходной составляющей симметричного тока якоря СМ.

3.Разработан новый оригинальный метод минимизации среднеквадратичной погрешности приближения модели пере-

ходной составляющей симметричного тока (напряжения) якоря в исследуемом диапазоне ПП к ее опытным данным с учётом влияния различных случайных факторов с визуальным представлением этой погрешности дискретной поверхностью в трехмерной системе координат, что эффективно повышает точность и достоверность идентификации не только переходной составляющей, но

ивсего ПП МСМ.

4.Разработан метод эффективной и точной оценки удар-

ного тока из опыта ВКЗ по вершине для узла T ПП без определения параметров СМ из данного опыта, существенно снижающий трудоемкость оценки ударного тока с высокой его точностью.

5. Разработана оценка коррекции погрешности смещения первых 5–6 вершин ПП в опытах ВКЗ.

201

6.Разработан метод определения индуктивных сопротив-

лений по оси q с оценкой их отклонения относительно индуктивных сопротивлений по оси d по результатам стендовых испытаний в опыте ВКЗ.

7.Использование ЦЗО при стендовых испытаниях СМ позволило идентифицировать ПП в опытах ГП из единой его записи.

8.Разработан комплекс рабочих алгоритмов и программ

впрограммно-инструментальной среде LabVIEW с привлечением электронных таблиц Microsoft Excel, позволяющих осуществлять

полный цикл исследования, идентификации и экспресс-обработки ПП МСМ в опытах ВКЗ, ВН, ГП, УВ в объёме требований отечественных и международных стандартов с учетом особенностей их проведения.

Эффективность разработанного в монографии нового подхода к исследованию и идентификации ПП МСМ подтверждена высокоточными и достоверными результатами проведенных исследований при идентификации ПП в опытах ВКЗ, ВН, ГП в соответствии с разработанным комплексом рабочих алгоритмов и программ

срекомендациями:

1.С целью получения высокоточных и достоверных результатов идентификации переходной составляющей разработан новый оригинальный метод минимизации среднеквадратичной погрешности приближения модели переходной составляющей в исследуемом диапазоне ПП с одновременной оптимизацией установившегося значения тока (напряжения) якоря и нижней границей участка переходной составляющей.

2.С целью снижения трудоемкости с сохранением точности и достоверности идентификации ПП возможно укрупнение шага дискретизации элементов между огибающими при исследовании длительных ПП (ВН и ГП).

3.С целью уменьшения времени обработки с сохранением точности и достоверности идентификации ПП возможно укрупнение шага вариации, которое позволяет получить гладкую поверхность с ярко выраженным «желобом» минимальных погрешностей и уменьшает время поиска экстремума, но при очень крупных ша-

202

гах абсолютный минимум может быть утерян (он может оказаться за пределами применяемого шага). Методика позволяет изменять величину шага от крупного (на краю исследуемой области, т.е. на склоне «желоба», где заведомо абсолютный экстремум отсутствует), до мелкого (по мере приближения ко дну «желоба»), причем шаг можно уменьшать по мере приближения к абсолютному минимуму. Методика также позволяет варьировать установившееся значение и нижнюю границу с различными независимыми друг от друга шагами, а также позволяет применять другие известные способы изменения шага.

4.Для определения сдвига первой вершины ПП относительно его начала T необходимо использовать преимущества ЦЗО.

5.С целью снижения трудоемкости с сохранением точности

идостоверности величину ударного тока якоря в соответствии с новым подходом экспресс-оценки можно оценивать без определения результатов идентификации ПП.

6.С целью снижения погрешности приближения разработанный ВСМ позволяет в опытах ВКЗ скорректировать сдвиг первых 5–6 вершин.

Новые подходы к исследованию и идентификации ПП МСМ

вмонографии имеют следующие перспективы:

1.Исследовать возможности для поиска связи между составляющими ПП и сдвигом первой вершины ПП относительно его начала T.

2.Применять ВСМ для определения параметров по переходным функциям с учетом многоконтурности ротора СМ.

3.Исследовать возможность использования ВСМ для идентификации ПП без использования записи в обмотке возбуждения.

4.Продолжить исследования с целью развития метода экс- пресс-оценки ударного тока якоря без получения и использования параметров идентификации ПП.

5.Продолжить исследования с целью развития способов определения всех индуктивных сопротивлений по поперечной оси СМ из опытов ВКЗ.

203

6. Исследовать с помощью ВСМ возможность оптимизации воздушного зазора СМ при их проектировании по результатам идентификации величин индуктивных сопротивлений по осям d и q, связанных с ее габаритами и энергетическими показателями.

7.Исследовать возможность восстановления третьей фазы по двум записанным по результатам стендовых испытаний в опыте ВКЗ с целью ее идентификации.

8.Высокоточные и достоверные результаты идентификации

ППСМ могут быть эффективно использованы для предотвращения аварийных ситуаций при внезапных коротких замыканиях как в самих СМ, так и вне их при работе в системах энергообеспечения.

204

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1.Ковач К.П., Рац И. Переходные процессы в машинах переменного тока. – Л.: Госэнергоиздат, 1963. – 744 с.

2.Казовский Е.Я. Переходные процессы в электрических машинах переменного тока. – Л.: Изд-во АН СССР, 1962. – 626 с.

3.Глебов И.А. Современное состояние и пути дальнейшего развития электромашиностроения // На рубеже веков: итоги и перспективы: ВЭЛК – 99: тез. всерос. электротехн. конгресса с меж-

дунар. участ. – Т. 1. – М., 1999. – 320 с.

4.Энергетика будущего. Международный проект ИТЭР / под ред. акад. Е.П. Велихова (выпущено УТС-Центром по заказу Федерального агентства по атомной энергии). – М.: УТС-Центр, 2005.

5.Вольдек А.И. Электрические машины: учебник для студ. высш. техн. учеб. завед. – 2-е изд., перераб. и доп. – Л.: Энергия, 1974. – 840 с.

6.Иванов-Смоленский А.В. Электрические машины. – М.:

Энергия, 1980. – 927 с.

7.Жерве Г.К. Промышленные испытания электрических машин. – 4-е изд., сокр. и перераб. – Л.: Энергоатомиздат; Ленингр.

отд-ние, 1984. – 408 с.

8.Гольдберг О.Д. Испытания электрических машин. – М.: Высшая школа, 2000. – 255 с.

9.История электротехники / под ред. И.А. Глебова. – М.:

Изд-во МЭИ, 1999. – 524 с.

10.Повышение технико-экономических показателей машин переменного тока при применении композиционного материала «нитрид алюминия – кремний органический ЛАК KO-916K» / В.Е. Недзельский, А.И. Ягупов, М.В. Баранов, А.Р. Бекетов, В.И. Денисенко, А.Т. Пластун, О.В. Стоянов // Вестник Казан.

техн. ун-та. – 2013. – Т. 16, № 13. – С. 133–137.

11.Вентильно-индукторный двигатель радиационно-стойко- го исполнения технологической установки переработки отходов атомной промышленности / А.Р. Гайфутдинов, М.В. Баранов,

205

А.Т. Пластун // Электротехника. Энергетика. Машиностроение: сб. науч. трудов I Междунар. науч. конф. молод. ученых / Рос. фонд фундамент. исследований; Новосибир. гос. техн. ун-т; Межвуз. центр содействия науч. и инновац. деят. студ. и молод. ученых Новосибир. области. – Новосибирск, 2014. – С. 15–18.

12.Совмещённый многофункциональный бесщёточный возбудитель для систем независимого возбуждения синхронных машин / А.Т. Пластун, В.И. Денисенко, А.Н. Мойсейченков, Ю.Н. Радченко, М.М. Рябов, В.А. Чернышёв // Электротехника. – 2006. – № 1. – С. 45–52.

13.Гистерезисные электрические машины с ротором из высокотемпературных сверхпроводников / Л.К. Ковалев, К.В. Илюшин, В.Т. Пенкин, К.Л. Ковалев // Электричество. – 1994. – № 6. –

С. 31–44.

14.Многодисковый гистерезисный электродвигатель на основе высокотемпературных сверхпроводников / Л.К. Ковалев, В.Т. Пенкин, К.Л. Ковалев, В.Н. Полтавец, Л.А. Егошкина, В.С. Семенихин, К.А. Модестов, К.Я. Вильданов, В.В. Александров, В. Гавалек // Электричество. – 1998. – № 9–10. – С. 4–15.

15.Design of HTS reluctance motors up to several hundred kW / B. Oswald, M. Krone, T. Strasser, K.-J. Best, M. Soll, W. Gawalek, H.J. Gutt, L. Kovalev, L. Fischer, G. Fuchs, G. Krabbes, H.C. Freyhardt // Physica C. – 2002. – Vol. 372–376. – P. 1513–1516.

16.ГОСТ РМЭК 60034-4-2012. Машины электрические вра-

щающиеся. Ч. 4: Методы экспериментального определения пара-

метров синхронных машин. (Введ. 01.06.2014.). – М., 2014. – 83 с.

17.Исцелемов Д.А., Любимов Э.В., Нургатин Р.Ф. Комплекс программ для автоматизации испытаний синхронных турбомашин //

Электротехника. – 2010. – № 6. – С. 27–32.

18.Кибартас В.В., Кибартене Ю.В. Метод идентификации параметров обмоток синхронных электродвигателей различных конструктивных особенностей // Вестник Павлодар. ун-та. – Павлодар: Изд-во Павлодар. ун-та, 2004. – № 1. – С. 163–168.

19.Любимов Э.В., Исцелемов Д.А., Караневский С.Л. Метод скользящей тригонометрической аппроксимации для определения

206

основных параметров и огибающих синусоидальных сигналов в установившихся и переходных режимах // Современные проблемы науки и образования. – 2014. – № 5. – С. 221.

20.Firouzi Bahman Bahmani, Jamshidpour Ehsan, Niknam Taher. A New Method for Estimation of Large Synchronous Generator Parameters by Genetic Algorithm // World Applied Sciences Journal. – 2008. – № 4 (3). – P. 326–331.

21.Kamwa I., Viarouge P., Dickinson EJ. Identification of generalized models of synchronous machines from time domain tests // IEE Proceeding. – 1991. – Vol. 138, iss. 6. – P. 485–498.

22.Iteratively Reweighted Least Square for Maximum Likelihood Identification of Synchronous Machine Parameters from On-Line Tests / R. Wamkeue, I. Kamwa, X. Dai-Do, A. Keyhani // IEEE Transactions on Energy Conversion. – 1999. – Vol. 14, iss. 2. – P. 159–166.

23.Qing Zhu, Xiaofang Yuan, Hui Wang.An improved chaos optimization algorithm-based parameter identification of synchronous

generator // Electrical Engineering September. – 2012. – Vol. 94, iss. 3. – P. 147–153.

24.A new adaptive mutative scale chaos optimization algorithm and its application / E. Jiaqiang, Wang Chunhua, Wang Yaonan, Gong Jinke // Journal of Control Theory and Applications. – 2008. – Vol. 6, iss. 2. – P. 141–145.

25.Игнатьев И.В., Приходько М.А., Булатов Ю.Н. Разработка и программная реализация алгоритма нечеткой нейросетевой идентификации параметров синхронного генератора // Системы.

Методы. Технологии. – 2012. – № 4 (16). – С. 52–56.

26.Бересан А.А., Бойко А.А., Радимов С.Н. Идентификация параметров синхронного генератора, работающего с переменной частотой вращения // Електромеханiчнi i енергозберiгаючI систе-

ми. – 2012. – Вип. 3 (19). – С. 569–571.

27.Ларин А.М., Ларина И.И., Ткаченко А.А. Определение электромагнитных параметров обмотки возбуждения синхронного генератора из опытов внезапного трехфазного короткого за-

мыкания [Электронный ресурс]. – URL: http://ea.donntu.org/handle/123456789/6416.

207

28.IEC 60034-4 Ed. 3.0 Rotating electrical machines. Part 4: Methods for determining synchronous machine quantities from tests. – Approved 05.2008. – Geneva, Switzerland0 2008. – 158 p.

29.IEEE Std115™-2009 (Revision of IEEE Std 115-1995) – Approved 09.12.2009. – New York, USA. 2010. – 224 p. – IEEE Guide for Test Procedures for Synchronous Machines: Part I: Acceptance and Performance Testing; Part II: Test Procedures and Parameter Determination for Dynamic Analysis

30.ГОСТ 10169-77. Машины электрические трехфазные синхронные. Методыиспытаний. (Введ. 01.01.1978). – М., 1984. – 85 с.

31.Computer Softwareto Automatethe Graphical Analysisof Sudden-Short-Circuit Oscillograms of Large Synchronous Machines / I. Kamwa, M. Pilote, H. Carle, P. Viarouge, B. Mpanda-Mabwe,

R. Crappe // IEEE Transactions on Energy Conversion. – 1995. – Vol. 10, no. 3. – P. 399–405.

32.Котеленец Н.Ф., Кузнецов Н.Л. Испытания и надежность электрических машин: учеб. пособие для вузов. – М.: Высшая школа, 1988. – 232 с.

33.Котеленец Н.Ф., Акимова Н.А., Антонов М.В. Испытания, эксплуатация и ремонт электрических машин: учеб. для ву-

зов. – М.: Академия, 2003. – 384 с.

34.Демонстрационный стенд мобильной испытательной станции электрических машин переменного тока / Э.В. Любимов, Н.А. Беляев, Д.А. Исцелемов, М.Э. Юшков, Е.А. Матвеев // Энергетика. Инновационные направления в энергетике. CALS-техно-

логии в энергетике. – 2012. – № 1. – С. 193–204.

35.Любимов Э.В., Исцелемов Д.А., Нургатин Р.Ф. Создание мобильной испытательно-диагностической станции нефтегазоперекачивающих агрегатов магистральных трубопроводов // При-

кладная фотоника. – 2009. – Т. 3, № 4. – С. 73–75.

36.Беляев Н.А., Любимов Э.В. Анализ аварийных режимов работы синхронных генераторов по углу нагрузки // Научные исследования и инновации. – 2011. – Т. 5, № 4. – С. 73–75.

37.Проектирование и внедрение испытательных стендов на основе частотно регулируемых модульных приводов. – URL: http://www.aestel.ru – официальный сайт компании «АЕСТЕЛЬ».

208

38. Автоматизированные испытательные стенды электрических машин и электрооборудования. – URL: http://elec-rem.ru – официальный сайт НПП «Электромаш».

39.Испытательные станции. – URL: http://www.mke.com.ua –

официальный сайт Международного консорциума «Энергосбережение».

40.Кибартас В.В., Кибартене Ю.В. Идентификация параметров синхронной машины при неподвижном роторе // Торайгыровские чтения: материалы респ. науч.-теорет. конф. – Павлодар: Изд-во ПГУ им. С. Торайгырова, 2003. – Т. 3. – С. 168–173.

41.Судаков А.И., Чабанов Е.А. Исследования случайного признака на соответствие гипотезе нормального распределения при идентификации переходных процессов электрических машин // Тез. докл. XXXI науч.-техн. конф. горно-нефт. факультета ПГТУ. – Пермь: Изд-воПерм. гос. техн. ун-та, 2002. – С. 141–142.

42.Судаков А.И., Чабанов Е.А. Оценка результатов идентификации переходных процессов синхронных машин статистическими методами // Электрические машины и электромашинные системы: сб. науч. тр. – Пермь: Изд-во Перм. гос. техн. ун-та, 2003. – С. 89–95.

43.Судаков А.И., Чабанов Е.А. Идентификация переходных процессов синхронных машин вероятностно-статистическими методами // Вестник УГТУ-УПИ. № 5 (25): Электромеханические и электромагнитные преобразователи энергии и управляемые электромеханические системы. Ч. 1. – Екатеринбург, 2003. –

С. 349–354.

44.Судаков А.И., Чабанов Е.А. Идентификация переходных процессов электрических машин вероятностными методами и методами математической статистики (новые подходы) // Электромеханика, электротехнологии, электроматериаловедение: МКЭЭЭ-2003:

материалы 5-й Междунар. конф. Ч. 1. – Крым, Алушта, 2003. –

С. 361–364.

45. Sudakov A.I., Chabanov E.A. The express estimation of value of an impact current of short circuit of synchronous machines // Unconventional electromechanical and electrical systems: Sixth inter-

209

national conference; Alushta, Ukraine, September 24–29, 2004. – Alushta, 2004. – P. 415–418.

46.Судаков А.И., Чабанов Е.А. Вероятностно-статистичес- кие методы и эффективные точечные выборки при исследовании

иидентификации переходных процессов синхронных машин // 75 лет пермской нефти: материалы XXXIII науч.-практ. конф. горно-нефт. фак. – Пермь: Изд-во Перм. гос. техн. ун-та, 2004. –

С. 244–248.

47.Судаков А.И., Чабанов Е.А. Экспресс-оценка величины ударного тока короткого замыкания синхронных машин новым методом // Электрические машины и электромашинные системы: сб. науч. тр. – Пермь: Изд-во Перм. гос. техн. ун-та, 2005. – С. 43–48.

48.Судаков А.И., Чабанов Е.А. Идентификация переходных процессов графоаналитическим и вероятностно-статистическими методами мощных турбогенераторов в условиях завода-изготови- теля // Электромеханика, электротехнологии, электротехнические материалы и компоненты: труды XI Междунар. конф.; Крым,

Алушта, 18 сент. 2006. – Крым, Алушта, 2006. – Ч. 1. – С. 274–276

49.Судаков А.И., Чабанов Е.А. Возможности вероятностностатистических методов идентификации переходных процессов синхронных машин // Информационные управляющие системы:

сб. науч. тр. / Перм. гос. техн. ун-т [и др.]. – Пермь, 2006. –

С. 123–130.

50.Судаков А.И., Чабанов Е.А. Компьютерная идентификация переходных процессов синхронных машин вероятностными методами // Актуальные проблемы энергосберегающих электротехнологий: тр. всерос. науч.-техн. конф. с междунар. участ.; Екатеринбург, 19–21 апр. 2006 г. – Екатеринбург: Изд-во ГОУ ВПО УГТУ – УПИ, 2006. – С. 247–253.

51.Судаков А.И., Чабанов Е.А. Использование эффективных точечных выборок для исследования переходных процессов синхронных машин // Электромеханические и электромагнитные преобразователи энергии и управляемые электромеханические системы: тр. III Междунар. науч.-практ. конф. – Екатеринбург: Изд-во Урал. гос. техн. ун-та – УПИ, 2007. – С. 163–168.

210