НОВЫЙ ПОДХОД К ИССЛЕДОВАНИЮ И ИДЕНТИФИКАЦИИ ПЕРЕХОДНЫХ ПРОЦЕССОВ МОЩНЫХ СИНХРОННЫХ МАШИН ПО РЕЗУЛЬТАТАМ СТЕНДОВЫХ ИСПЫТАНИЙ
|
ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ
ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
ОСНОВНЫЕ ПУБЛИКАЦИИ АВТОРА ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ
ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
ОСНОВНЫЕ ПУБЛИКАЦИИ АВТОРА ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ
Актуальность темы исследования. Основные причины, затрудняющие обработку первичной информации с использованием электронно-вычислительных машин и электронных средств регистрации результатов стендовых испытаний на предприятиях электромашиностроительной отрасли, исследования и идентификацию переходных процессов (ПП) мощных синхронных машин (МСМ) по отечественным и международным стандартам следующие:
разнообразие ПП в обмотках синхронных машин (СМ), форм сигналов для унификации обработки первичной информации и методов исследования и идентификации ПП с учетом влияния на них различных случайных факторов;
проблемы с обоснованием границ для исследования и идентификации длительных составляющих ПП;
отсутствие эффективных способов исследования, идентификации и погрешностного анализа ПП в условиях влияния различных случайных факторов;
существенная трудоёмкость, низкая точность обработки, обилие графо- аналитических операций, разброс конечных результатов, неспособность методов отечественных и международных стандартов к оптимизационным процедурам.
В настоящей работе основное внимание уделено обоснованию нового подхода к исследованию и идентификации ПП СМ более 100 кВА и разработке вероятностно- статистических методов (ВСМ) на базе использования элементов теории вероятностей и математической статистики с целью идентификации ПП с высокой точностью и достоверностью результатов стендовых данных по отечественным и международным стандартам. При этом важными моментами являются съём, сжатие и обработка первичной информации особенно в виде его синусоидально затухающих (возрастающих) ПП связанных с выделением вершин, т.к. точность и адекватность идентификации различных ПП СМ во многом зависят от аппаратного способа получения первичной информации при стендовых испытаниях в процессе их изготовления, модернизации, эксплуатации и ремонта.
Степень разработанности темы исследования. Методы исследования и идентификации зашумленных ПП по результатам стендовых испытаний натурных образцов СМ, разработанные в диссертации на высоком и достоверном уровне с использованием элементов теории вероятностей и математической статистики, доведены до уровня практического использования при проведении промышленных испытаний серийных изделий на заводах-изготовителях.
Объект исследования. Неявнополюсные СМ мощностью более 100 кВА, используемые в системах производства, передачи и распределения электроэнергии.
Предмет исследования. Электромагнитные ПП, протекающие в обмотках СМ, для их исследования и идентификации в объемах программы приемочных стендовых испытаний на заводах-изготовителях.
Целью работы является обоснование нового подхода к высокоточным и достоверным исследованиям с идентификацией ПП МСМ для разработки теоретических основ ВСМ на базе теории вероятностей и математической статистики с целью обработки результатов стендовых испытаний в условиях влияния различных случайных факторов.
Задачи, решаемые при достижении поставленной цели:
1. Анализ недостатков методов в существующих стандартах по программе приемочных испытаний МСМ для обоснования нового подхода к исследованию и идентификации их ПП по результатам стендовых испытаний в условиях влияния различных случайных факторов.
2. Разработка теоретических основ нового подхода к исследованию и идентификации ПП СМ по результатам стендовых испытаний с учетом влияния различных случайных факторов, завершившийся разработкой ВСМ на базе элементов теории вероятностей и математической статистики.
3. Апробация нового подхода к исследованию и идентификации ПП МСМ с использованием ВСМ с элементами теории вероятностей и математической статистики по результатам их стендовых испытаний с использованием цифрового запоминающего осциллографа (ЦЗО) в опытах внезапного симметричного короткого замыкания (ВКЗ), гашения поля (ГП), восстановления напряжения (ВН), ударного возбуждения (УВ) с учетом влияния различных случайных факторов.
4. Погрешностный анализ апробации нового подхода к исследованию и идентификации ПП СМ по результатам стендовых испытаний с учетом влияния различных случайных факторов.
5. Обзор выявленных возможностей ВСМ.
Научная новизна диссертационной работы заключается в следующем:
1. Разработан новый подход к исследованиям и идентификации ПП СМ в объеме опытов, регламентированных программой приемочных испытаний по отечественным и международным стандартам, позволяющий в условиях влияния различных случайных факторов идентифицировать ПП МСМ в опытах ВКЗ, ВН, ГП, УВ с высокой точностью и достоверностью.
2. На базе элементов теории вероятностей и математической статистики впервые разработан исчерпывающий метод статистических исследований с качественным анализом влияния опытных данных ПП СМ в исследуемом диапазоне ПП на свойства случайного признака: с целью формирования и определения свойств генеральной совокупности (ГС) случайного признака и выборки из нее; для оценки уровня зашумленности и отклонения случайного признака от экспоненциального затухания переходной составляющей симметричного тока якоря по сформированным на опытных данных вариационным рядам ГС и выборки из нее; для подтверждения гипотезы предполагаемого нормального закона распределения случайного признака относительно математического ожидания (МО) по сформированным на опытных данных вариационным рядам ГС и выборки из нее с использованием критерия согласия Пирсона; для минимизации объема эффективных точечных выборок (ЭТВ) с использованием распределения Пуассона для редких случайных событий; для разработки нового способа близости свойств вариационных рядов ГС и выборки из нее с использованием минимизированного объема ЭТВ вместо классического метода интервальных оценок; для модернизации унифицированных комбинаторных формул с целью исследования и идентификации переходной составляющей симметричного тока якоря СМ с использованием минимизированного объема ЭТВ.
3. Разработан оригинальный метод минимизации среднеквадратичной погрешности приближения модели переходной составляющей в исследуемом диапазоне ПП к ее опытным данным с учётом влияния различных случайных факторов и представление этой погрешности дискретной поверхностью в трехмерной системе координат, что эффективно повышает точность и достоверность результатов идентификации ПП МСМ.
4. Разработан метод эффективной и точной оценки ударного тока из опыта ВКЗ по одной вершине ПП без определения параметров СМ из данного опыта, существенно снижающий трудоемкость обработки ПП СМ.
5. Разработан метод определения индуктивных сопротивлений по оси q и их отклонения относительно индуктивных сопротивлений по оси d по результатам стендовых испытаний в опыте ВКЗ.
Теоретическая значимость работы. На базе элементов теории вероятностей и математической статистики разработан оригинальный исследовательский ВСМ для высокоточной и достоверной идентификации различных ПП СМ с учетом влияния различных случайных факторов.
Практическая значимость работы:
1. Разработан эффективный вариант сжатия используемого объёма первичной информации дискретно заданных ПП СМ.
2. Получило дальнейшее развитие аналитического способа выделения вершин, дискретных огибающих, разделение полного дискретно заданного тока якоря на симметричный и асимметричный токи ПП, что полностью исключает все трудоемкие операции графоаналитического метода (ГАМ) по отечественным и международным стандартам, связанное с подготовкой и обработкой осциллограмм с целью получением электромагнитных постоянных времени и начальных значений составляющих ПП.
3. Вероятностно-статистические методы, разработанные с использованием элементов теории вероятностей и математической статистики исследования и идентификации ПП МСМ по опытным данным стендовых испытаний в условиях влияния различных случайных факторов и разброса электромагнитных параметров МСМ, гарантируют их высокую точность и достоверность.
4. Разработана оценка коррекции погрешности смещения первых 5-6 вершин ПП в опытах ВКЗ.
5. Использование ЦЗО при испытаниях СМ позволило разработать метод идентификации сверхпереходной составляющей в опытах ГП из единого ПП.
6. Разработанные ВСМ исследования и идентификации ПП МСМ по результатам стендовых испытаний представляют практическую ценность для проектирования, модернизации, эксплуатации и ремонта СМ.
7. Разработаны рабочие алгоритмы и программы для исследования, идентификации и экспресс-обработки ПП МСМ в объёме требований отечественных и международных стандартов на их испытания.
Методология и методы исследования определялись поставленными задачами и были основаны на методологии ГАМ, являющегося основным методом идентификации ПП СМ отечественных и международных стандартов, который в настоящее время из-за разброса конечных результатов, неспособности к оптимизационным процедурам не обеспечивает высокой точности и достоверности в условиях влияния различных случайных факторов. Поэтому в диссертации с сохранением методологии ГАМ обоснован новый подход к исследованию и идентификации ПП СМ с использованием элементов теории вероятностей и математической статистики, включающий оригинальные и нестандартные процедуры: преобразование аналоговой первичной информации в дискретную с использованием ЦЗО; способы ее сжатия при выделении вершин; на базе элементов теории вероятностей и математической статистики разработан новый метод статистических исследований с качественным анализом влияния опытных данных ПП СМ в исследуемом диапазоне с переходной составляющей на свойства случайного признака, который позволяет: формировать на основе ранее полученного 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; подтверждать по свойствам вариационных рядов гипотезу предполагаемого нормального закона распределения случайного признака относительно МО с использованием критерия согласия Пирсона; оценивать по свойствам вариационных рядов, их размахам и коэффициентам вариации уровень зашумленности и отклонения случайного признака от экспоненциального затухания переходной составляющей симметричного тока якоря; минимизировать объем ЭТВ с использованием распределения Пуассона для редких случайных событий; оценивать близость свойств вариационных рядов ГС и выборки из нее с использованием базовых свойств минимизированного объема ЭТВ; модернизировать унифицированные комбинаторные выражения для исследования и идентификации переходной составляющей симметричного тока якоря СМ. Для высокоточной идентификации переходной составляющей симметричного тока якоря разработан новый метод минимизации среднеквадратичной погрешности приближения модели этой составляющей к ее опытным данным на длительных участках ПП СМ с одновременной вариацией нижней границы и установившегося значения напряжения (тока) якоря с представлением этой погрешности в виде дискретной поверхности в трехмерном измерении. Критериальная оценка среднеквадратичной погрешности приближения модели полного ПП к опытным данным в различных ПП осуществлена с использованием метода максимума правдоподобия или наименьших квадратов.
Поставленные задачи решены с использованием разработанного ВСМ, содержащего оригинальные и нестандартные методы, которые апробированы и подтверждены высокой достоверностью результатов идентификации ПП на натурных образцах СМ, а также минимизированной среднеквадратичной погрешностью приближения с использованием метода максимума правдоподобия или наименьших квадратов.
Положения, выносимые на защиту:
1. Анализ недостатков известных методов отечественных и международных стандартов в объеме программы приемочных испытаний и обоснование поиска нового подхода к исследованию и идентификации ПП МСМ по результатам их стендовых испытаний в условиях влияния различных случайных факторов.
2. Разработка теоретических основ нового подхода к исследованию и идентификации ПП СМ в рамках теории вероятностей и математической статистики с возможностями их использования в режиме экспресс-обработки при проектировании, модернизации и защите партий СМ в объеме приемочных испытаний и при их ремонте.
3. Результаты апробации нового подхода к исследованию и идентификации ПП, полученных на натурных образцах МСМ с использованием ЦЗО, по результатам стендовых испытаний в опытах ВКЗ, ВН, ГП с учетом влияния на них различных случайных факторов. Разработанные рабочие алгоритмы и программы.
4. Погрешностный анализ нового подхода к исследованию и идентификации ПП по результатам апробации натурных образцов МСМ.
5. Возможности разработанных ВСМ.
Степень достоверности и апробация результатов.
Достоверность полученных результатов исследований:
1. Апробирован и подтверждён с использованием ЦЗО для получения результатов стендовых испытаний унифицированный аналитический метод точного выделения вершин при синусоидально затухающих (возрастающих) ПП СМ, который полностью исключает многочисленные трудоемкие графоаналитические операции, связанные с неизбежными субъективными погрешностями ГАМ и влиянием различных случайных факторов на ПП.
2. По результатам стендовых испытаний апробированы и подтверждены основные теоретические положения нового подхода к исследованиям и идентификации ПП с использованием ВСМ и инженерных методов получения первичной информации для экспресс-обработки неустановившихся режимов СМ в условиях влияния различных случайных факторов.
Исследования диссертационной работы проводились при поддержке научных программ и были внедрены в учебный процесс:
1. Научный проект № 13-08-96044 «Новая методика исследования, идентификации и экспресс-обработки ПП МСМ на базе теории вероятностей и математической статистики по результатам стендовых испытаний», финансируемый ФГБУ «Российский фонд фундаментальных исследований»
2. Государственное задание Министерства образования и науки Российской Федерации № 13.832.2014/K "Разработка методологических основ адаптивного управления автономными и неавтономными газотурбинными электростанциями мощностью до 25 МВт".
3. Разработанный в рамках диссертационной работы новый подход исследования и идентификации ПП СМ с использованием ВСМ по результатам стендовых испытаний используется в учебном процессе для бакалавров III и IV курсов, магистров I курса обучения направления «Электроэнергетика и электротехника», профиля «Электромеханика», а также использовался в учебном процессе обучения инженеров-электромехаников IV и V курсов.
Апробация работы. Основные результаты работы, изложенные в диссертации, докладывались и получили одобрение на научно-технических конференциях: Научно- техническая конференция горно-нефтяного факультета ПГТУ, Пермь: XXXI(2002), XXXIII(2004); Международная научно-практическая конференция «Электромеханические и электромагнитные преобразователи энергии и управляемые электромеханические системы», Екатеринбург: III(2007), IV(2011); III Всероссийская научно-техническая интернет- конференция «Энергетика. Инновационные направления в энергетике. CALS-технологии в энергетике» (Пермь,2010); X Научно-практическая конференция «Инженерные, научные и образовательные приложения на базе технологий National Instruments 2011»(Москва,2011); Международная интернет-конференция молодых ученых, аспирантов, студентов «Инновационные технологии: теория, инструменты, практика», InnoTech, Пермь: II(2010), V(2013); Международная конференция «Электромеханика, Электротехнологии, Электротехнические материалы и Компоненты» МКЭЭЭ, Крым, Алушта: V(2003), VI(2004), XI(2006), XII(2008), XIII(2010), XIV(2012); International Symposium on Theoretical Electrical Engineering, ISTET 2013 (Pilsen, Czech Republic,2013);Международная научно-техническая конференция «Актуальные проблемы энергосберегающих электротехнологий», AПЭЭТ, Екатеринбург: I(2006), III(2014); XIII Международная научно-практическая конференция «Актуальные вопросы науки» (Москва, 2014).
Результаты апробации нового подхода к исследованию и идентификации ПП СМ по итогам стендовых испытаний на натурных МСМ мощностью 110 МВт, докладывались и получили одобрение на научно-техническом совете с участием главных специалистов ООО «Электротяжмаш-Привод».
Публикации. По теме диссертации опубликовано 36 научных работ, из них в рецензируемых научных журналах, определенных ВАК, – 9, в других изданиях – 27.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, пяти глав, заключения, списка использованной литературы и приложений. Основной текст содержит 180 страниц, 58 рисунков, 43 таблицы. Список использованной литературы включает 107 наименований.
разнообразие ПП в обмотках синхронных машин (СМ), форм сигналов для унификации обработки первичной информации и методов исследования и идентификации ПП с учетом влияния на них различных случайных факторов;
проблемы с обоснованием границ для исследования и идентификации длительных составляющих ПП;
отсутствие эффективных способов исследования, идентификации и погрешностного анализа ПП в условиях влияния различных случайных факторов;
существенная трудоёмкость, низкая точность обработки, обилие графо- аналитических операций, разброс конечных результатов, неспособность методов отечественных и международных стандартов к оптимизационным процедурам.
В настоящей работе основное внимание уделено обоснованию нового подхода к исследованию и идентификации ПП СМ более 100 кВА и разработке вероятностно- статистических методов (ВСМ) на базе использования элементов теории вероятностей и математической статистики с целью идентификации ПП с высокой точностью и достоверностью результатов стендовых данных по отечественным и международным стандартам. При этом важными моментами являются съём, сжатие и обработка первичной информации особенно в виде его синусоидально затухающих (возрастающих) ПП связанных с выделением вершин, т.к. точность и адекватность идентификации различных ПП СМ во многом зависят от аппаратного способа получения первичной информации при стендовых испытаниях в процессе их изготовления, модернизации, эксплуатации и ремонта.
Степень разработанности темы исследования. Методы исследования и идентификации зашумленных ПП по результатам стендовых испытаний натурных образцов СМ, разработанные в диссертации на высоком и достоверном уровне с использованием элементов теории вероятностей и математической статистики, доведены до уровня практического использования при проведении промышленных испытаний серийных изделий на заводах-изготовителях.
Объект исследования. Неявнополюсные СМ мощностью более 100 кВА, используемые в системах производства, передачи и распределения электроэнергии.
Предмет исследования. Электромагнитные ПП, протекающие в обмотках СМ, для их исследования и идентификации в объемах программы приемочных стендовых испытаний на заводах-изготовителях.
Целью работы является обоснование нового подхода к высокоточным и достоверным исследованиям с идентификацией ПП МСМ для разработки теоретических основ ВСМ на базе теории вероятностей и математической статистики с целью обработки результатов стендовых испытаний в условиях влияния различных случайных факторов.
Задачи, решаемые при достижении поставленной цели:
1. Анализ недостатков методов в существующих стандартах по программе приемочных испытаний МСМ для обоснования нового подхода к исследованию и идентификации их ПП по результатам стендовых испытаний в условиях влияния различных случайных факторов.
2. Разработка теоретических основ нового подхода к исследованию и идентификации ПП СМ по результатам стендовых испытаний с учетом влияния различных случайных факторов, завершившийся разработкой ВСМ на базе элементов теории вероятностей и математической статистики.
3. Апробация нового подхода к исследованию и идентификации ПП МСМ с использованием ВСМ с элементами теории вероятностей и математической статистики по результатам их стендовых испытаний с использованием цифрового запоминающего осциллографа (ЦЗО) в опытах внезапного симметричного короткого замыкания (ВКЗ), гашения поля (ГП), восстановления напряжения (ВН), ударного возбуждения (УВ) с учетом влияния различных случайных факторов.
4. Погрешностный анализ апробации нового подхода к исследованию и идентификации ПП СМ по результатам стендовых испытаний с учетом влияния различных случайных факторов.
5. Обзор выявленных возможностей ВСМ.
Научная новизна диссертационной работы заключается в следующем:
1. Разработан новый подход к исследованиям и идентификации ПП СМ в объеме опытов, регламентированных программой приемочных испытаний по отечественным и международным стандартам, позволяющий в условиях влияния различных случайных факторов идентифицировать ПП МСМ в опытах ВКЗ, ВН, ГП, УВ с высокой точностью и достоверностью.
2. На базе элементов теории вероятностей и математической статистики впервые разработан исчерпывающий метод статистических исследований с качественным анализом влияния опытных данных ПП СМ в исследуемом диапазоне ПП на свойства случайного признака: с целью формирования и определения свойств генеральной совокупности (ГС) случайного признака и выборки из нее; для оценки уровня зашумленности и отклонения случайного признака от экспоненциального затухания переходной составляющей симметричного тока якоря по сформированным на опытных данных вариационным рядам ГС и выборки из нее; для подтверждения гипотезы предполагаемого нормального закона распределения случайного признака относительно математического ожидания (МО) по сформированным на опытных данных вариационным рядам ГС и выборки из нее с использованием критерия согласия Пирсона; для минимизации объема эффективных точечных выборок (ЭТВ) с использованием распределения Пуассона для редких случайных событий; для разработки нового способа близости свойств вариационных рядов ГС и выборки из нее с использованием минимизированного объема ЭТВ вместо классического метода интервальных оценок; для модернизации унифицированных комбинаторных формул с целью исследования и идентификации переходной составляющей симметричного тока якоря СМ с использованием минимизированного объема ЭТВ.
3. Разработан оригинальный метод минимизации среднеквадратичной погрешности приближения модели переходной составляющей в исследуемом диапазоне ПП к ее опытным данным с учётом влияния различных случайных факторов и представление этой погрешности дискретной поверхностью в трехмерной системе координат, что эффективно повышает точность и достоверность результатов идентификации ПП МСМ.
4. Разработан метод эффективной и точной оценки ударного тока из опыта ВКЗ по одной вершине ПП без определения параметров СМ из данного опыта, существенно снижающий трудоемкость обработки ПП СМ.
5. Разработан метод определения индуктивных сопротивлений по оси q и их отклонения относительно индуктивных сопротивлений по оси d по результатам стендовых испытаний в опыте ВКЗ.
Теоретическая значимость работы. На базе элементов теории вероятностей и математической статистики разработан оригинальный исследовательский ВСМ для высокоточной и достоверной идентификации различных ПП СМ с учетом влияния различных случайных факторов.
Практическая значимость работы:
1. Разработан эффективный вариант сжатия используемого объёма первичной информации дискретно заданных ПП СМ.
2. Получило дальнейшее развитие аналитического способа выделения вершин, дискретных огибающих, разделение полного дискретно заданного тока якоря на симметричный и асимметричный токи ПП, что полностью исключает все трудоемкие операции графоаналитического метода (ГАМ) по отечественным и международным стандартам, связанное с подготовкой и обработкой осциллограмм с целью получением электромагнитных постоянных времени и начальных значений составляющих ПП.
3. Вероятностно-статистические методы, разработанные с использованием элементов теории вероятностей и математической статистики исследования и идентификации ПП МСМ по опытным данным стендовых испытаний в условиях влияния различных случайных факторов и разброса электромагнитных параметров МСМ, гарантируют их высокую точность и достоверность.
4. Разработана оценка коррекции погрешности смещения первых 5-6 вершин ПП в опытах ВКЗ.
5. Использование ЦЗО при испытаниях СМ позволило разработать метод идентификации сверхпереходной составляющей в опытах ГП из единого ПП.
6. Разработанные ВСМ исследования и идентификации ПП МСМ по результатам стендовых испытаний представляют практическую ценность для проектирования, модернизации, эксплуатации и ремонта СМ.
7. Разработаны рабочие алгоритмы и программы для исследования, идентификации и экспресс-обработки ПП МСМ в объёме требований отечественных и международных стандартов на их испытания.
Методология и методы исследования определялись поставленными задачами и были основаны на методологии ГАМ, являющегося основным методом идентификации ПП СМ отечественных и международных стандартов, который в настоящее время из-за разброса конечных результатов, неспособности к оптимизационным процедурам не обеспечивает высокой точности и достоверности в условиях влияния различных случайных факторов. Поэтому в диссертации с сохранением методологии ГАМ обоснован новый подход к исследованию и идентификации ПП СМ с использованием элементов теории вероятностей и математической статистики, включающий оригинальные и нестандартные процедуры: преобразование аналоговой первичной информации в дискретную с использованием ЦЗО; способы ее сжатия при выделении вершин; на базе элементов теории вероятностей и математической статистики разработан новый метод статистических исследований с качественным анализом влияния опытных данных ПП СМ в исследуемом диапазоне с переходной составляющей на свойства случайного признака, который позволяет: формировать на основе ранее полученного 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; подтверждать по свойствам вариационных рядов гипотезу предполагаемого нормального закона распределения случайного признака относительно МО с использованием критерия согласия Пирсона; оценивать по свойствам вариационных рядов, их размахам и коэффициентам вариации уровень зашумленности и отклонения случайного признака от экспоненциального затухания переходной составляющей симметричного тока якоря; минимизировать объем ЭТВ с использованием распределения Пуассона для редких случайных событий; оценивать близость свойств вариационных рядов ГС и выборки из нее с использованием базовых свойств минимизированного объема ЭТВ; модернизировать унифицированные комбинаторные выражения для исследования и идентификации переходной составляющей симметричного тока якоря СМ. Для высокоточной идентификации переходной составляющей симметричного тока якоря разработан новый метод минимизации среднеквадратичной погрешности приближения модели этой составляющей к ее опытным данным на длительных участках ПП СМ с одновременной вариацией нижней границы и установившегося значения напряжения (тока) якоря с представлением этой погрешности в виде дискретной поверхности в трехмерном измерении. Критериальная оценка среднеквадратичной погрешности приближения модели полного ПП к опытным данным в различных ПП осуществлена с использованием метода максимума правдоподобия или наименьших квадратов.
Поставленные задачи решены с использованием разработанного ВСМ, содержащего оригинальные и нестандартные методы, которые апробированы и подтверждены высокой достоверностью результатов идентификации ПП на натурных образцах СМ, а также минимизированной среднеквадратичной погрешностью приближения с использованием метода максимума правдоподобия или наименьших квадратов.
Положения, выносимые на защиту:
1. Анализ недостатков известных методов отечественных и международных стандартов в объеме программы приемочных испытаний и обоснование поиска нового подхода к исследованию и идентификации ПП МСМ по результатам их стендовых испытаний в условиях влияния различных случайных факторов.
2. Разработка теоретических основ нового подхода к исследованию и идентификации ПП СМ в рамках теории вероятностей и математической статистики с возможностями их использования в режиме экспресс-обработки при проектировании, модернизации и защите партий СМ в объеме приемочных испытаний и при их ремонте.
3. Результаты апробации нового подхода к исследованию и идентификации ПП, полученных на натурных образцах МСМ с использованием ЦЗО, по результатам стендовых испытаний в опытах ВКЗ, ВН, ГП с учетом влияния на них различных случайных факторов. Разработанные рабочие алгоритмы и программы.
4. Погрешностный анализ нового подхода к исследованию и идентификации ПП по результатам апробации натурных образцов МСМ.
5. Возможности разработанных ВСМ.
Степень достоверности и апробация результатов.
Достоверность полученных результатов исследований:
1. Апробирован и подтверждён с использованием ЦЗО для получения результатов стендовых испытаний унифицированный аналитический метод точного выделения вершин при синусоидально затухающих (возрастающих) ПП СМ, который полностью исключает многочисленные трудоемкие графоаналитические операции, связанные с неизбежными субъективными погрешностями ГАМ и влиянием различных случайных факторов на ПП.
2. По результатам стендовых испытаний апробированы и подтверждены основные теоретические положения нового подхода к исследованиям и идентификации ПП с использованием ВСМ и инженерных методов получения первичной информации для экспресс-обработки неустановившихся режимов СМ в условиях влияния различных случайных факторов.
Исследования диссертационной работы проводились при поддержке научных программ и были внедрены в учебный процесс:
1. Научный проект № 13-08-96044 «Новая методика исследования, идентификации и экспресс-обработки ПП МСМ на базе теории вероятностей и математической статистики по результатам стендовых испытаний», финансируемый ФГБУ «Российский фонд фундаментальных исследований»
2. Государственное задание Министерства образования и науки Российской Федерации № 13.832.2014/K "Разработка методологических основ адаптивного управления автономными и неавтономными газотурбинными электростанциями мощностью до 25 МВт".
3. Разработанный в рамках диссертационной работы новый подход исследования и идентификации ПП СМ с использованием ВСМ по результатам стендовых испытаний используется в учебном процессе для бакалавров III и IV курсов, магистров I курса обучения направления «Электроэнергетика и электротехника», профиля «Электромеханика», а также использовался в учебном процессе обучения инженеров-электромехаников IV и V курсов.
Апробация работы. Основные результаты работы, изложенные в диссертации, докладывались и получили одобрение на научно-технических конференциях: Научно- техническая конференция горно-нефтяного факультета ПГТУ, Пермь: XXXI(2002), XXXIII(2004); Международная научно-практическая конференция «Электромеханические и электромагнитные преобразователи энергии и управляемые электромеханические системы», Екатеринбург: III(2007), IV(2011); III Всероссийская научно-техническая интернет- конференция «Энергетика. Инновационные направления в энергетике. CALS-технологии в энергетике» (Пермь,2010); X Научно-практическая конференция «Инженерные, научные и образовательные приложения на базе технологий National Instruments 2011»(Москва,2011); Международная интернет-конференция молодых ученых, аспирантов, студентов «Инновационные технологии: теория, инструменты, практика», InnoTech, Пермь: II(2010), V(2013); Международная конференция «Электромеханика, Электротехнологии, Электротехнические материалы и Компоненты» МКЭЭЭ, Крым, Алушта: V(2003), VI(2004), XI(2006), XII(2008), XIII(2010), XIV(2012); International Symposium on Theoretical Electrical Engineering, ISTET 2013 (Pilsen, Czech Republic,2013);Международная научно-техническая конференция «Актуальные проблемы энергосберегающих электротехнологий», AПЭЭТ, Екатеринбург: I(2006), III(2014); XIII Международная научно-практическая конференция «Актуальные вопросы науки» (Москва, 2014).
Результаты апробации нового подхода к исследованию и идентификации ПП СМ по итогам стендовых испытаний на натурных МСМ мощностью 110 МВт, докладывались и получили одобрение на научно-техническом совете с участием главных специалистов ООО «Электротяжмаш-Привод».
Публикации. По теме диссертации опубликовано 36 научных работ, из них в рецензируемых научных журналах, определенных ВАК, – 9, в других изданиях – 27.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, пяти глав, заключения, списка использованной литературы и приложений. Основной текст содержит 180 страниц, 58 рисунков, 43 таблицы. Список использованной литературы включает 107 наименований.
Выполненная диссертационная работа представляет собой дальнейшее развитие научных исследований, выполняемых на кафедре «Электротехника и электромеханика», в области исследования и идентификации ПП МСМ. К основным теоретическим и практическим результатам выполненной работы относится следующее:
1. Выполнен анализ состояния методов исследования ПП СМ с обоснованием нового подхода к исследованию и идентификации ПП МСМ с использованием элементов теории вероятностей и математической статистики.
2. Систематизирован новый подход к исследованиям и идентификации ПП МСМ по результатам стендовых испытаний, в объеме программы приемочных испытаний по отечественным и международным стандартам, завершившийся разработкой ВСМ на базе элементов теории вероятностей и математической статистики, позволяющий в условиях влияния различных случайных факторов осуществлять идентификацию ПП из опытов ВКЗ, ВН, ГП, УВ с высокой точностью и достоверностью, что требует из-за использования ЦЗО дополнительной обработки первичной информации, в результате чего: разработаны и исследованы эффективные способы сжатия используемого объёма первичной информации дискретно заданных ПП СМ; усовершенствованы способы аналитического выделения вершин и дискретных огибающих, разделения на составляющие симметричных ПП, полностью исключающих трудоемкие операции методов действующих стандартов.
3. На базе элементов теории вероятностей и математической статистики разработан новый метод статистических исследований с качественным анализом влияния опытных данных ПП СМ в исследуемом диапазоне с переходной составляющей на свойства случайного признака, который позволяет: формировать на основе ранее полученного 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; подтверждать по свойствам вариационных рядов гипотезу предполагаемого нормального закона распределения случайного признака относительно МО с использованием критерия согласия Пирсона; оценивать по свойствам вариационных рядов уровень зашумленности и отклонения случайного признака от экспоненциального затухания переходной составляющей симметричного тока якоря, их размахи и коэффициенты вариации; минимизировать объем ЭТВ с использованием распределения Пуассона для редких случайных событий; оценивать близость свойств вариационных рядов ГС и выборки из нее с использованием базовых свойств минимизированного объема ЭТВ; модернизировать унифицированные комбинаторные выражения для исследования и идентификации переходной составляющей симметричного тока якоря СМ.
4. Разработан новый оригинальный метод минимизации среднеквадратичной погрешности приближения модели переходной 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 и всего ПП МСМ.
5. Разработан метод эффективной и точной оценки ударного тока из опыта ВКЗ по вершине для узла ПП без определения параметров СМ из данного опыта, существенно снижающий трудоемкость оценки ударного тока.
6. Разработана оценка коррекции погрешности смещения первых 5-6 вершин ПП в опытах ВКЗ.
7. Разработан метод определения индуктивных сопротивлений по оси q с оценкой их отклонения относительно индуктивных сопротивлений по оси d по результатам стендовых испытаний в опыте ВКЗ.
8. Использование ЦЗО при стендовых испытаниях СМ позволило идентифицировать ПП в опытах ГП из единой его записи.
9. Разработан комплекс рабочих алгоритмов и программ в программно- 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 диссертации 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, учитывающий рекомендации:
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 значение 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 шагах 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 необходимо использовать возможности ЦЗО.
5. С целью снижения трудоемкости с сохранением точности и достоверности 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.
Тема диссертации имеет следующие перспективы:
1. Исследовать возможности для поиска связи между составляющими ПП и сдвигом
первой вершины ПП относительно его начала.
2. Применение 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 экспресс-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.
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 отсутствующей фазы по двум записанным по результатам стендовых испытаний в опыте ВКЗ с целью ее идентификации.
8. Высокоточные и достоверные результаты идентификации ПП СМ могут быть эффективно использованы для предотвращения аварийных ситуаций в самих СМ и вне их при работе в системах энергообеспечения.
1. Выполнен анализ состояния методов исследования ПП СМ с обоснованием нового подхода к исследованию и идентификации ПП МСМ с использованием элементов теории вероятностей и математической статистики.
2. Систематизирован новый подход к исследованиям и идентификации ПП МСМ по результатам стендовых испытаний, в объеме программы приемочных испытаний по отечественным и международным стандартам, завершившийся разработкой ВСМ на базе элементов теории вероятностей и математической статистики, позволяющий в условиях влияния различных случайных факторов осуществлять идентификацию ПП из опытов ВКЗ, ВН, ГП, УВ с высокой точностью и достоверностью, что требует из-за использования ЦЗО дополнительной обработки первичной информации, в результате чего: разработаны и исследованы эффективные способы сжатия используемого объёма первичной информации дискретно заданных ПП СМ; усовершенствованы способы аналитического выделения вершин и дискретных огибающих, разделения на составляющие симметричных ПП, полностью исключающих трудоемкие операции методов действующих стандартов.
3. На базе элементов теории вероятностей и математической статистики разработан новый метод статистических исследований с качественным анализом влияния опытных данных ПП СМ в исследуемом диапазоне с переходной составляющей на свойства случайного признака, который позволяет: формировать на основе ранее полученного 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; подтверждать по свойствам вариационных рядов гипотезу предполагаемого нормального закона распределения случайного признака относительно МО с использованием критерия согласия Пирсона; оценивать по свойствам вариационных рядов уровень зашумленности и отклонения случайного признака от экспоненциального затухания переходной составляющей симметричного тока якоря, их размахи и коэффициенты вариации; минимизировать объем ЭТВ с использованием распределения Пуассона для редких случайных событий; оценивать близость свойств вариационных рядов ГС и выборки из нее с использованием базовых свойств минимизированного объема ЭТВ; модернизировать унифицированные комбинаторные выражения для исследования и идентификации переходной составляющей симметричного тока якоря СМ.
4. Разработан новый оригинальный метод минимизации среднеквадратичной погрешности приближения модели переходной 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 и всего ПП МСМ.
5. Разработан метод эффективной и точной оценки ударного тока из опыта ВКЗ по вершине для узла ПП без определения параметров СМ из данного опыта, существенно снижающий трудоемкость оценки ударного тока.
6. Разработана оценка коррекции погрешности смещения первых 5-6 вершин ПП в опытах ВКЗ.
7. Разработан метод определения индуктивных сопротивлений по оси q с оценкой их отклонения относительно индуктивных сопротивлений по оси d по результатам стендовых испытаний в опыте ВКЗ.
8. Использование ЦЗО при стендовых испытаниях СМ позволило идентифицировать ПП в опытах ГП из единой его записи.
9. Разработан комплекс рабочих алгоритмов и программ в программно- 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 диссертации 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, учитывающий рекомендации:
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 значение 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 шагах 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 необходимо использовать возможности ЦЗО.
5. С целью снижения трудоемкости с сохранением точности и достоверности 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.
Тема диссертации имеет следующие перспективы:
1. Исследовать возможности для поиска связи между составляющими ПП и сдвигом
первой вершины ПП относительно его начала.
2. Применение 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 экспресс-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.
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 отсутствующей фазы по двум записанным по результатам стендовых испытаний в опыте ВКЗ с целью ее идентификации.
8. Высокоточные и достоверные результаты идентификации ПП СМ могут быть эффективно использованы для предотвращения аварийных ситуаций в самих СМ и вне их при работе в системах энергообеспечения.
Заказать работу
Заявка на оценку стоимости
Это краткая форма заказа. После ее заполнения вы перейдете на полную форму заказа работы
Каталог работ (152561)
- Бакалаврская работа (38868)
- Диссертация (978)
- Магистерская диссертация (22489)
- Дипломные работы, ВКР (62279)
- Главы к дипломным работам (2139)
- Курсовые работы (10693)
- Контрольные работы (6269)
- Отчеты по практике (1357)
- Рефераты (1488)
- Задачи, тесты, ПТК (631)
- Ответы на вопросы (155)
- Статьи, Эссе, Сочинения (942)
- Бизнес-планы (51)
- Презентации (106)
- РГР (84)
- Авторефераты (РГБ) (1692)
- Диссертации (РГБ) (1882)
- Прочее (458)
Новости
06.01.2018
Помощь студентам и аспирантам в выполнении работ от наших партнеров
Помощь студентам и аспирантам в выполнении работ от наших партнеров
Помощь в выполнении учебных и научных работ на заказ ОФОРМИТЬ ЗАКАЗ
дальше»» Все новости
Статьи
- Где лучше заказывать диссертации и дипломные?
- Выполнение научных статей
- Подготовка диссертаций
- Подводные камни при написании магистерской работы
- Помощь в выполнении дипломных работ
»» Все статьи
Заказать работу
Заявка на оценку стоимости
Это краткая форма заказа. После ее заполнения вы перейдете на полную форму заказа работы
