авторефераты диссертаций БЕСПЛАТНАЯ РОССИЙСКАЯ БИБЛИОТЕКА - WWW.DISLIB.RU

АВТОРЕФЕРАТЫ, ДИССЕРТАЦИИ, МОНОГРАФИИ, НАУЧНЫЕ СТАТЬИ, КНИГИ

 
<< ГЛАВНАЯ
АГРОИНЖЕНЕРИЯ
АСТРОНОМИЯ
БЕЗОПАСНОСТЬ
БИОЛОГИЯ
ЗЕМЛЯ
ИНФОРМАТИКА
ИСКУССТВОВЕДЕНИЕ
ИСТОРИЯ
КУЛЬТУРОЛОГИЯ
МАШИНОСТРОЕНИЕ
МЕДИЦИНА
МЕТАЛЛУРГИЯ
МЕХАНИКА
ПЕДАГОГИКА
ПОЛИТИКА
ПРИБОРОСТРОЕНИЕ
ПРОДОВОЛЬСТВИЕ
ПСИХОЛОГИЯ
РАДИОТЕХНИКА
СЕЛЬСКОЕ ХОЗЯЙСТВО
СОЦИОЛОГИЯ
СТРОИТЕЛЬСТВО
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
ТРАНСПОРТ
ФАРМАЦЕВТИКА
ФИЗИКА
ФИЗИОЛОГИЯ
ФИЛОЛОГИЯ
ФИЛОСОФИЯ
ХИМИЯ
ЭКОНОМИКА
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА
ЭНЕРГЕТИКА
ЮРИСПРУДЕНЦИЯ
ЯЗЫКОЗНАНИЕ
РАЗНОЕ
КОНТАКТЫ

Pages:   || 2 | 3 |

Регулирование напряжения в системах электроснабжения с использованием нечеткой логики

-- [ Страница 1 ] --

На правах рукописи

МЯТЕЖ аЛЕКСАНДР ВЛАДИМИРОВИЧ

РЕГУЛИРОВАНИЕ НАПРЯЖЕНИЯ В СИСТЕМАХ ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЯ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ

НЕЧЕТКОЙ ЛОГИКИ

Специальность 05.14.02 – Электростанции и электроэнергетические

системы

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени

кандидата технических наук

Новосибирск – 2009

Работа выполнена в Государственном образовательном учреждении

высшего профессионального образования

«Новосибирский государственный технический университет»

Научный руководитель: доктор технических наук, профессор Манусов Вадим Зиновьевич
Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор Литвак Валерий Владимирович доктор технических наук, профессор Симаков Геннадий Михайлович
Ведущая организация: ГОУ ВПО «Новосибирская государственная академия водного транспорта», г. Новосибирск

Защита состоится « 9 » апреля 2009 г. в 10:00 часов на заседании диссертационного совета Д 212.173.01 при Новосибирском государственном техническом университете по адресу: 630092, г. Новосибирск, пр. Карла Маркса, 20

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Новосибирского

государственного технического университета.

Автореферат разослан 06 марта 2009 г.

Ученый секретарь

диссертационного совета Тимофеев И.П.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы. Расширению объемов деятельности и развитию предприятий присущ рост потребления электроэнергии, вызванный, в свою очередь, ростом количества электроприемников, и приводящий как к необходимости развития системы энергоснабжения, так и экономного использования электроэнергии. Недопущение дефицита электроэнергии является задачей многосторонней, и ее выполнение может быть достигнуто решением, в свою очередь, более простых задач, входящих в ее состав.

Различным аспектам задач расчета режимов и потерь электроэнергии посвящены работы Д.А. Арзамасцева, П.И. Бартоломея, А.С.Бердина, В.Э. Воротницкого, А.З. Гамма, И.В. Жежеленко, Ю.С. Железко, В.И. Идельчика, В.Н. Казанцева, В.Г. Курбацкого, В.З. Манусова, В.Я. Ольховского, А.В. Паздерина, В.Г. Пекелиса, Г.Е. Поспелова, А.Г. Фишова и др.

Одним способом экономии электроэнергии является регулирование напряжения на зажимах электроприемников как групповым регулированием, так и путем установки индивидуального регулятора напряжения.

Актуальность диссертационной работы определяется стратегическими национальными задачами рационализации использования электроэнергии, программами энергосбережения и снижения потерь. Работа становится еще более актуальной в условиях глобального финансово- экономического кризиса, вынуждающего осуществлять режим глубокой экономии ресурсов, так как полученные результаты позволяют получать больший эффект экономии электроэнергии.





Широко используемый пропорциональный метод управления не всегда позволяет обеспечить желаемую динамику процесса регулирования. Причиной этого может быть наличие в системе связей, наделяющих ее резонансными свойствами, из-за чего становится актуальна разработка адаптивных алгоритмов управления, которые способны демпфировать колебания резонансов без сужения полосы пропускания, а, следовательно, без ухудшения быстродействия системы.

В условиях неполноты, неточности и неоднозначности входной информации принимать адекватные решения возможно при использовании в задачах регулирования напряжения математического аппарата нечеткой логики, повышающего эффективность функционирования объекта. Устройства, обрабатывающие поступающую информацию в виде лингвистических переменных (терм), способны повышать робастность (robustness – “устойчивый”) системы, т.е. поддерживать систему в устойчивом состоянии во всем диапазоне рабочих значений входных параметров.

Вопросам применения нечеткой логики к регулированию режимов электроприемников посвящены работы Н.Д. Егупова, В.Г. Косицына, К.А. Пупкова, В.А. Соловьева, В.М. Терехова и др.

В данной работе представлены результаты исследований, полученные с математических и натурных моделей регулируемых объектов и их регуляторов при функционировании последних по различным нечетким алгоритмам. Это говорит об актуальности работы, результаты которой позволяют более эффективно осуществлять регулирование напряжения в системах электроснабжения.

Цель работы состоит в разработке методики оптимального регулирования напряжения электроприемников в системах электроснабжения (СЭС) с сохранением робастности регулируемого объекта по критерию минимальных потерь электроэнергии с учетом неопределенности исходной информации.

Задачи исследования:

  1. Получить динамические характеристики электроприемников СЭС при регулировании напряжения питания.
  2. Разработать математическую модель процессов в узлах нагрузки с управлением питающим напряжением с помощью алгоритмов нечеткой логики на примере печи обжига, асинхронного двигателя.
  3. Проверить работоспособность математической модели неоднородного узла нагрузки из синхронного, асинхронного двигателя и статической нагрузки, однородного узла нагрузки из группы асинхронных двигателей.
  4. Разработать метод нечеткого управления (регулирования), обеспечивающий высокоскоростное гашение воздействий внешних возмущений на объект на основе экспертной базы правил.
  5. Разработать инвертор с регулируемой величиной защитной паузы широтно-импульсной модуляции (ШИМ) для экспериментальной установки регулятора напряжения асинхронного двигателя и проверки достоверности полученных ранее результатов.
  6. Осуществить проверку работоспособности и эффективности разработанных методов программным путем сравнения значений cos и сохранения динамической устойчивости при тестовых механических возмущениях.

Методы исследования.

Разработанные в диссертации методики регулирования напряжения основываются на системном анализе алгоритмов нечеткой логики, предложенных Мамдани, Сугэно, Ларсеном и др. При проведении исследований использовались положения теории нечётких множеств, в частности, математический аппарат нечёткой логики.

При решении задач, соответствующих поставленной цели, использовались численные методы решения дифференциальных уравнений, методы агрегации локальных нечетких логических выводов из правил.

Научная новизна работы заключается в том, что:

  1. Получена целевая функция регулирования напряжения, обеспечивающая экономическую эффективность для рассматриваемых электроприемников разных классов.
  2. Осуществлено лингвистическое описание объекта регулирования в терминах теории нечетких множеств, разработана кодировка входных и выходных нечетких множеств и нечетких правил управления.
  3. Предложен гибридный метод регулирования напряжения, в состав которого входят так называемые "жесткие" алгоритмы (Ларсена и Ягера), применяемые в условиях неполноты знаний о характеристиках объекта регулирования при экспертном составлении базы правил.
  4. Проведены исследования совместимости алгоритмов нечеткой логики в случае их гибридного применения.
  5. Проверено на экспериментальной установке регулирование величины защитной паузы инвертора для исключения сквозных токов, создающих дополнительные энергетические потери и преждевременный электродинамический износ оборудования.

Полученные автором результаты доказывают эффективность предложенного в работе гибридного алгоритма при регулировании напряжения в группах электроприемников при условии сохранения их устойчивости.

Практическая значимость работы заключается в следующем:

  1. Полученные в диссертационной работе методики и алгоритмы могут использоваться в организациях, занимающихся разработкой регуляторов напряжения и систем управления для индивидуального и группового регулирования режимов работы электроприемников, а также автономных систем питания.
  2. Основные теоретические положения и результаты диссертационной работы используются в учебном процессе, в частности, в курсе «Теория нечетких множеств» для магистрантов и аспирантов факультета энергетики НГТУ, а также включены в дисциплины – «Математическое моделирование», «Основы системного анализа» по специальности 140211 – «электроснабжение».

Достоверность результатов, полученных в диссертации, определяется проведением большого количества успешных математических и физических экспериментов, адекватностью работы регуляторов напряжения с применением нечеткой логики на построенных моделях объекта, а также сопоставлением результатов проведенных экспериментов.

Основные положения диссертации, выносимые на защиту:

  1. Построенные математические модели нечетких алгоритмов с использованием современных компьютерных средств и предназначенные для функционирования в различных узлах систем электроснабжения делают регулирование более экономичным.
  2. В задачах регулирования напряжения электрических машин использовано нечеткое описание лингвистических переменных напряжений и cos, расположенных по нормальному закону.
  3. Методика выбора оптимальных алгоритмов нечеткого регулирования напряжения включает этап анализа имеющихся нечетких алгоритмов с последующим этапом синтеза нового алгоритма управления.
  4. Регулирование напряжения по критерию максимума cos на базе предложенного алгоритма нечеткого регулирования, сочетающего качества нескольких нечетких алгоритмов, повышает экономичность работы электроприемника.
  5. Сравнительный анализ работы моделей пропорциональных регуляторов напряжения и моделей регуляторов, основанных на нечеткой логике, показал перспективность применения fuzzy технологий в задачах регулирования режимов электроприемников.

Апробация работы. Полученные результаты исследования и основные положения диссертационной работы докладывались и обсуждались: на научных семинарах кафедр факультета энергетики НГТУ, на Всероссийской научно - технической конференции «Наука. Технологии. Инновации», (НГТУ, г. Новосибирск, 2006 г.); на Всероссийской научно-технической конференции «Энергетика: Экология. Надежность. Безопасность», Томск, 2006; на Всероссийской научно - технической конференции «Энергетика: Экология. Надежность. Безопасность», Томск, 2007; на Всероссийской научно-технической конференции с международным участием «Проблемы электротехники, электроэнергетики и электротехнологии», Тольятти, 2007.

Публикации: По теме диссертации опубликовано 7 печатных работ, из них 2 статьи в изданиях, входящих в перечень рекомендованных ВАК РФ, 4 доклада в материалах международных и всероссийских конференций, 1 патент на полезную модель.

Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, 5 глав, заключения, приложений и содержит 221 страницу основного текста, 89 иллюстраций, 23 таблицы и список литературы из 50 наименований.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность темы диссертации, сформулированы цель и задачи исследования, определены научная новизна и практическая ценность работы, дана общая характеристика полученных результатов.

В первой главе проводится обзор исследований способов регулирования системных режимов с позиции устранения или сведения к минимуму ущерба в ходе технологического процесса, а также с позиции экономии электроэнергии.

Приведены известные способы регулирования параметров режимов СЭС, среди которых регулирование напряжения и распределение потоков реактивной мощности.

Регулирование режимов СЭС путем изменения напряжения отражено в работах следующих авторов: Г.Я. Вагина, В.Ф. Ермакова, Ю.Л. Мукосеева, Г.П. Некреченко, Г.А. Немцева, А.А. Севостьянова, Л.Н. Татьянченко, В.М. Тюхматьева, А.Г. Упит, А.Р. Харина, В.И. Черепова и др.

Как показал обзор исследований, в настоящее время не разработаны универсальные регуляторы режимов СЭС, основанные на Булевой алгебры, обеспечивающие в равной степени регулирующий эффект и сохраняющие устойчивость регулируемого объекта, а применение нечеткой логики в сфере управления СЭС находится еще в стадии развития. К тому же, далеко не всякий алгоритм управления на основе нечеткой логики одинаково оптимально подходит в качестве решения при разных постановках задачи.

Таким образом, обоснована необходимость: исследования вопросов применения алгоритмов управления (в более узком смысле – регулирования) режимами СЭС с применением нечеткой логики, поиска критериев отбора подходящего fuzzy - алгоритма под конкретный объект; выявление условий и возможности регулирования режимов групп электроприемников, влияния удаленности группы на качество работы регулятора.

Во второй главе приводятся сведения о нечетких множествах и нечеткой логике, методах обработки нечеткой информации. Рассматриваются основные положения теории нечетких множеств (ТНМ), имеющие прикладное значение в задачах управления.

Нечеткие множества. Пусть X – универсальное множество. Тогда подмножество A в X есть совокупность пар A={x,A(x)}, где,A(x) – функция, определяющая степень принадлежности элемента x к A; область ее значений лежит в интервале (A(x)/X)[0,1]. В математических терминах *A(x) осуществляет отображение некоторого подмножества A в подмножество K, которое содержит всего лишь два элемента 0 и 1: *A (x):A K={0,1}.

В случае если область значений одномерного отображения *A(x)[0,1]K, тогда A(x) называется одномерной функцией принадлежности. Для работы с такими функциями используется нечеткая логика, которая является одним из разделов теории нечетких множеств.

Известны следующие способы представления нечетких множеств:

A={x/A(x)} A={A(x)/x} A={x,A(x)} A={A(x),x}

(1)

Наиболее часто употребимы следующие типы функций принадлежности:

  • Треугольные:

A(x)=max(a*|x-b|,0),xK, (2)

где 0<a<1, b – заданные числа.

  • Трапецеидальные:

A(x)=min{max(a-k*|x-b|,0),1},xK, (3)

где a, b – заданные числа;

k – показатель нечеткости.

  • Колоколообразные:

, (4)

где m – заданное число;

- показатель нечеткости.

Нечеткое множество с одномерной функцией принадлежности A(x) принято называть нечетким множеством первого рода.

Различают также нечеткие множества второго рода, в этом случае функция принадлежности примет вид:

A3(x)=A2(A1(x)) (5)

Нечеткое множество с многомерной функцией принадлежности помимо названия “многомерное нечеткое множество” имеет эквивалентное название “нечеткое отношение” (fuzzy relation).

Нечеткое отношение может быть записано в виде:

, (6)

Принцип обобщения, позволяющий выполнять нечеткие арифметические операции, действия типа “примерно равно”, “чуть больше” и многое другое, был сформулирован Л. Заде в 1975 году.

Применение этого принципа для нечеткой арифметики позволяет решать традиционные задачи теории управления: параметрической и структурной идентификации, фильтрации и прогнозирования случайных процессов, обработки измерений по методу наименьших квадратов, распознавания образов и т.д. Геометрическая интерпретация отображения приведена на рис.1.

Рис.1. Нечеткое отображение одномерной функции y=f(x).


Pages:   || 2 | 3 |
 

Похожие работы:







 
© 2013 www.dislib.ru - «Авторефераты диссертаций - бесплатно»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.