151716 (Разработка ветроэнергетической установки), страница 9

(4.1)

Задачей моделирования является рассмотрение влияния значения индуктивности в цепи нагрузки L_d на внешнюю характеристику выпрямителя. Внешней характеристикой называется зависимость выпрямленного напряжения от среднего значения тока нагрузки, т. е. U_d = f(I_d) при α = const. Внешняя характеристика определяется внутренним сопротивлением выпрямителя, которое приводит к снижению выпрямленного напряжения с ростом нагрузки. Снижение напряжения обусловлено активным сопротивлением схемы ∆U_R, падением напряжения в тиристорах ∆U_VS и индуктивным сопротивлением ∆U_х, которое проявляется при процессах коммутации:

(4.2)

где

(4.3)

Согласно (4.2) выходное напряжение выпрямителя снижается по мере увеличения тока нагрузки I_d за счет внутреннего падения напряжения.

Графики результирующих внешних характеристик выпрямителя, нагруженного на противо-ЭДС, приведены на рис. 4.1. Показателен крутой спад характеристик в области прерывистого выпрямленного тока. Это обусловлено резкой зависимостью длительности протекания тока λ от изменения противо-ЭДС и ограничением величины импульса тока реактансами Х_а и Х_d. В режиме непрерывного тока это ограничение определяется процессом коммутации, в котором участвует только реактанс Х_а.

Рисунок 4.1 – Семейство внешних характеристик

При конечном значении индуктивности в цепи нагрузки может возникнуть режим прерывистого выпрямленного тока. В этом режиме ток проводящего вентиля спадает до нуля раньше, чем импульс управления поступает на следующий вентиль и в выпрямленном токе образуется нулевая пауза. Прерывистый выпрямленный ток приводит к искажению всех основных характеристик выпрямителя и, как правило, является нежелательным. Для сокращения области его существования необходимо увеличить постоянную времени нагрузки за счет роста индуктивности фильтра L_d.

Следует отметить, что интервалы прерывистых токов в управляемых выпрямителях большой мощности при двигательной нагрузке характеризуются малыми величинами среднего значения выпрямленного тока (проценты или доли процента номинального значения).

Рисунок 4.2 – Модель СПП имитатора ВТ

После того, как построена принципиальная схема СПП в программе МС7, переходим к расчету характеристик, выбирая в меню Analysis вид анализа Transient (Alt+1) – расчет переходных процессов (рис. 4.3). Для построения внешних характеристик необходимо снять графики переходных процессов выпрямленного напряжения U_d и тока I_d, изменяя значение протово-ЭДС (рис. 4.4).

Рисунок 4.3 – Окно задания параметров для анализа переходных процессов

Рисунок 4.4 – Графики переходных процессов U_d и I_d

Для построения семейства внешних характеристик при определенных углах управления α необходимо в окне параметров источников V1, V2, V3 (рис. 4.2) изменять значение начальной фазы РН.

Рисунок 4.5 – Диаграммы сетевого напряжения V1, V2, V3 при α = 0

Рисунок 4.6 – Диаграммы сдвоенных управляющих импульсов

Результаты моделирования СПП представляем в виде таблице.

Таблица 4.1 – Зависимость U_d = f(I_d)

С помощью программы для работы с таблицами Microsoft Excel строим семейство внешних характеристик модели СПП (рис. 4.7).

Рисунок 4.7 – Семейство внешних характеристик СПП при L_d = 1,65 мГн

4.2 Построение оптимизированной модели СПП с выбором оптимальной индуктивности реактора

При решении реальных задач объект обычно характеризуется не одним, а несколькими показателями (критериями) функционирования. При оптимизации требования к ним могут быть противоречивыми, т. е. улучшая один показатель, неминуемо ухудшается часть остальных. Поэтому возникает задача определения некоторой компромиссной точки, в равной степени удовлетворяющей всем требованиям. Как правило, результаты по каждому отдельному показателю качества будут хуже, чем в случае однокритериальной оптимизации по этому параметру. [21]

Критерии – это показатели, по которым сравнивают оптимальное значение индуктивности. В качестве критериев сравнения выбираем:

1. быстродействие системы τ, которое определяется по формуле:

(4.4)

где L_я – индуктивность обмотки якоря двигателя;

R_я – сопротивление обмоток якоря двигателя;

1. граничный прерывистый ток I_dгр., значение которого определяется с помощью длительности протекания выпрямленного тока λ:

(4.5)

3) масса сглаживающего реактора, которая определяется по методике, описанной в п. 3.2.5.

Далее необходимо определить значимость критериев с помощью весовых коэффициентов. Поскольку задача определения весовых коэффициентов значимости является очень сложной, используем субъективный выбор: для 1-го критерия весовой коэффициент а = 0,6; для 2 го критерия – а = 0,3; для 2-го критерия – а =0,1.

Тогда многокритериальный оптимум вычисляется по формуле:

(4.6)

где а_i – весовой коэффициент;

Q_i – значение локального критерия;

Q_max – максимальное значение критерия.

Многокритериальный оптимум Q выбираем по минимальному значению. Алгоритм по нахождению многокритериального оптимума представлен на рис. 4.8. По данному алгоритму создана программа, которая была написана на языке Pascal. Программа представлена в Приложении А.

Рисунок 4.8 – Алгоритм оптимизации

Таблица 4.2 – Результаты многокритериальной оптимизации