КУРСОВОЙ РАСЧЕТ
по дисциплине
«Управление в электроэнергетических системах корабля»
Целью курсового расчета является:
- разработка на PC в пакете MATLAB имитационной модели первичной силовой сети (ПСС) многостанционной многоагрегатной корабельной электроэнергетической системы (МКЭЭС), имеющей лестничную структуру;
- разработка алгоритма управления ПСС МКЭЭС;
- отладка разработанного алгоритма управления на имитационной модели.
Структурная схема ПСС МКЭЭС, состоящей из 4-х станций с 3-мя секциями в каждой, представлена на рисунке. Варианты расчетных структурных схем ПСС МКЭЭС представлены в таблице.
Разработка имитационной модели
Входной информацией для имитационной модели является состояние коммутационной аппаратуры (если АВ включен - 1, выключен - 0). Данная информация формируется в виде двумерных массивов:
1. vs(l...n, l...m(j)-l) - секционные АВ;
2. vp (1... n, 1...2)- станционные АВ перемычек;
3. vlb (1...(n-2), 1...3) - АВ перемычек левого борта;
4. vpb (1... (n-2), 1...3) - АВ перемычек правого борта.
В скобках указаны пределы изменения индексов соответствующих массивов, при этом использованы следующие обозначения:
- n - количество станций;
- m(j) - количество генераторных секций в j-ой станции.
Кроме указанных выше обозначений в проекте при разработке программного обеспечения предлагается также использовать:
1. mss - суммарное количество ГА в системе;
2. ms(mss, mss) - матрица смежности;
3. inm(mss, sr) - матрица инцидентности; sr - количество ребер;
4. mcgg(mss, 1... mss)- матрица связных групп;
5. g(l, mss) - массив включенных ГА;
6. pn(l, mss) - массив потребляемой мощности;
7. gg(size (mcgg)) - подключение ГА в группах;
8. pg(size(mcgg)) - потребление мощности в группах;
9. yz(size (mcgg)) - баланс мощностей в узле каждой группы;
10. par(3+2*(n-l),b(2)+l) - матрица значений контролируемых параметров, b=(size(mcgg));
11. cont(4+2*(n-l),b(2)+l) - матрица выхода контролируемых параметров из области допустимых значений.
Рисунок
Правильность разработанных алгоритмов проверяется на основе сравнения результатов, полученных вручную и на PC для 12 тестовых схем соединения:
|
|
Данные тестовые схемы соединений соответствуют ПСС МКЭЭС, структурная схема которой представленной на рисунке.
Для упрощения выбора тестовой схемы предлагается сформировать массивы состояния автоматических выключателей, соответствующих ей, в следующей форме:
a=input(‘nomer chemi 1, 2…12’)
if a==1,
vs=[……]; vp=[……]; vlb=[……]; vpb=[……];
end
if a==2,
vs=[……]; vp=[……]; vlb=[……]; vpb=[……];
end
…………………………………………………………….
if a==12,
vs=[……]; vp=[……]; vlb=[……]; vpb=[……];
end
Формирование матрицы смежности.
Формирование матрицы смежности должно производиться автоматически по произвольному состоянию АВ. Начинать формирование необходимо с очистки матрицы: ms=zeros(mss)
При формировании ms, используются следующие логические операции:
- & операция «И»;
- | операция «ИЛИ»;
- ~ операция отрицания.
Рекомендуется заполнять только наддиагональную часть матрицы смежности..
Заполнение ms можно производить в цикле и отдельно для каждой ячейки. При этом необходимо учитывать наличие приоритетных для данной структуры связей. Так, генераторы 1-ой станции могут быть связаны с генераторами 3-ей станции только при отсутствии их связи с генераторами 2-ой станции. Условие связи генераторов 1-ой станции с генераторами 3-ей станции по левому борту можно записать следующим образом:
ms(1, …)=vp(1,1)&vlb(1,1)&vlb(1,2)&vlb(2,1)&vlb(2,3)&vp(3,1)&~(vlb(1,3)&vp(2,1)).
Полное заполнение матрицы смежности на основе ее наддиагональной части осуществляется следующим образом:
ms=ms+ms’.
Матрицы инцидентности и связных групп
На основе матрицы смежности строится матрица инцидентности inm. В этой матрице строки соответствуют вершинам (центры генерирования и потребления энергии), а столбцы – ребра (линии передачи электроэнергии).
Матрица инцидентности используется для построения матрицы связных групп. Алгоритм построения mcgg на основе inm не регламентируется. Однако, одним из вариантов может служить алгоритм, использующий промежуточные массивы reb и kol Первый, размерностью (2,sr) - содержит все ребра системы. Второй имеет размерность (mss,3). Первый столбец матрицы kol. - перечень номеров секций; второй и третий - степени вершин, определяемые суммой единиц в строке матрицы inm. Выделение связных групп надо начинать с поиска «висячей» вершины, характеризующейся 1 в kol и далее формировать группу с помощью матрицы reb. При включении вершины в mcgg, содержимое ячейки, находящейся в 3-м столбце и строке, соответствующей номеру вершины матрицы kol, уменьшается на 1.
Результаты использования такого подхода для системы, состоящей из 4-х станций с 3-мя секциями в каждой, для 12 тестовых схем представлены в приложении I.
Промежуточный итог – 1 к. т.
Полученные результаты оформляются в виде блок-схем алгоритмов формирования матриц ms по состоянию АВ, inm из матрицы смежности и mcgg из матрицы инцидентности. Приводятся распечатки программ и реализации разработанных алгоритмов для 12 тестовых схем.
Матрица par.
Количество столбцов матрицы par определяет количество связных групп, увеличенное на 1, для формирования информации по всей системе в целом.
В строчках данной матрицы выводится следующая информация:
1. Количество включенных ГА;
2. Объем подключенной нагрузки;
3. Загрузка ГА (при условии равномерного распределения внутри группы);
4. Значения перетоков мощностей по левому борту;
5. Значения перетоков мощностей по правому борту.
В данной матрице число строк фиксировано, т. е. вне зависимости от схемы соединения в количестве строк учитываются все перемычки - 2*(n -1).
Исходным материалом для формирования данной матрицы служат массивы g, pn.
В курсовом расчете они формируются с помощью генераторов случайных чисел, реализуемых с помощью стандартных функций:
- g = round (rand(1,mss)), (round) - округление до ближайшего целого;
- рn = abs(round (rand(1,mss)*10))/10, - без учета знака и c округлением до 0,1 (abs).
Далее эти массивы необходимо преобразовать в массивы gg и png, соответствующие принадлежности элементов к связным группам. Суммы по столбцам gg - определяют количество работающих ГА в группе. Суммы по столбцам png потребляемую в них мощность. Загрузка генераторов находится делением потребляемой мощности на количество работающих генераторов.
Баланс мощностей в каждом узле определяется разностью между генерируемой в нем мощностью и потребляемой. Полученные таким образом балансы мощностей образуют матрицу yz (узловых потенциалов). На основе этой матрицы осуществляется расчет перетоков мощностей.
В матрицу par вносятся только перетоки по бортовым перемычкам. Разработанный алгоритм расчета должен быть ориентирован на произвольную структуру и отлажен на 12 тестовых схемах.
Матрица cont
Количество столбцов матрицы cont такое же, как и у матрицы par.
Строки содержат информацию о наличии:
1) перегруженных генераторных агрегатов (РГА>0,9);
2) недогруженных генераторных агрегатов (РГА <0,3);
3) обесточенных секций (нагрузка в узле есть, а источник отсутствует);
4) перегрузок перемычек (РПЕР>0,5);
5) необходимости отключения второстепенных потребителей (отсутствие резерва мощности).
Промежуточный итог – 2 к. т.
Полученные результаты оформляются в виде блок-схемы алгоритма расчета перетоков мощностей и результатов расчетов, аналогичных представленным в приложении 2 для системы из 4-х станций с 3-мя ГА в каждой.
Разработка системы управления ПСС МКЭЭС
Содержимое матрицы cont служит исходной информацией для принятия решения о переходе к новому состоянию ПСС, которое подразумевает:
изменение схемы соединения между станциями или (и) секциями; подключение (отключение) ГА;
отключение (при отсутствии мощности во всей системе) второстепенных потребителей.
При выработке решения необходимо учитывать быстродействие перехода из текущего состояния в предлагаемое. Предпочтение следует отдавать варианту, имеющему минимальное количество переключений.
Алгоритм считается разработанным, если в результате его выполнения значения матрицы cont обнуляются. Исходные схемы соединения для его проверки задаются преподавателем, соответствующая номеру варианта.
Заключительная часть курсового расчета должна включать алгоритм принятия решения и 3 реализации его работы на имитационной модели.
Варианты расчетных структурных схем ПСС МКЭЭС
№ | Количество станций | Количество ГА в станциях |
1 | 4 | 3-2-2-3 |
2 | 4 | 2-3-3-2 |
3 | 4 | 1-3-3-1 |
4 | 4 | 3-3-3-3 |
5 | 4 | 2-2-2-2 |
6 | 4 | 1-2-2-1 |
7 | 5 | |
8 | 5 | |
9 | 5 | |
10 | 5 | |
11 | 5 | |
12 | 5 | |
13 | 5 | |
14 | 5 | |
15 | 5 | |
16 | 3 | 4-4-4 |
17 | 4 | 2-1-1-2 |
18 | 4 | 1-2-3-1 |
19 | 3 | 3-4-3 |
20 | 3 | 3-3-3 |
