Том 331 № 12 (2020)

DOI https://doi.org/10.18799/24131830/2020/12/2957

БИФУРКАЦИОННЫЕ ЯВЛЕНИЯ В ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЕ НАПРЯЖЕНИЯ C ЧАСТОТНО-ИМПУЛЬСНЫМ УПРАВЛЕНИЕМ ДЛЯ ВЕТРОГЕНЕРАТОРНОЙ УСТАНОВКИ

Статья посвящена изучению влияния бифуркационных явлений, имеющих место во всех типах импульсно-модуляционных систем, которые в частности присутствуют в ветрогенераторных установках. Для исследования динамики преобразователя напряжения с частотно-импульсной модуляцией строится математическая модель и бифуркационные диаграммы, которые иллюстрируют область безопасной работы ветрогенераторных установок, проводится ряд численных экспериментов. Выявлен новый вид бифуркационного явления, названый в данной статье «пакетной» бифуркацией. Актуальность работы обуславливается необходимостью улучшения энергоэффективности силовых преобразовательных устройств для потребностей нетрадиционной энергетики, в частности – для ветрогенераторной установки. Одна из сложностей преобразования данного вида энергии заключается в невысоком уровне эффективности процесса. Ввиду переменной величины частоты вращения лопастей ветрогенераторной установки в определенном временном интервале параметры получаемой энергии также варьируются, следовательно, настройки её вторичных преобразователей должны соответствовать временным интервалам формирования сигнала генерации. Повышение качества функционирования альтернативных источников питания возможно за счет использования многочастотных режимов стабилизации устройства преобразования. В статье рассматривается модель импульсно-модуляционного понижающего преобразователя напряжения на основе частотно-импульсной модуляции. Изучены и предложены методики изменения ширины рабочей зоны одночастотного режима стабилизации. Цель: анализ режимов вторичного преобразователя напряжения ветрогенераторной установки и выработка подходов к исследованию бифуркационных явлений, имеющих место в преобразовательных структурах с частотно-импульсной модуляцией путем построения математической модели и численно-аналитического моделирования данного понижающего устройства для улучшения показателей надежности. Методы: проработка литературных источников по типовым схемам передачи энергии в ветрогенераторную установку с промежуточным звеном постоянного тока (DC/DC преобразователей); математическое моделирование и проведение численных экспериментов по изменению эксплуатационных данных понижающего преобразователя напряжения с частотно-импульсной модуляцией для выявления протекающих в нем бифуркационных процессов; построение бифуркационных диаграмм при различных параметровах преобразователя с целью повышения надежности работы. Результаты. Получены математические модели и численно-аналитическая методика построения и идентификации динамических режимов функционирования понижающего преобразователя напряжения с частотно-импульсной модуляцией, выступающего в роли звена постоянного тока ветрогенераторной установки; построены бифуркационные диаграммы для стабилизации напряжения при различных параметрах системы управления; показано одновременное наличие одночастотных и пакетных режимов работы; идентифицирована бифуркация деления периода; изучено влияние параметров устройства на режимы работы, а также предложена методика изменения ширины рабочей зоны одночастотного режима стабилизации.

Ключевые слова:

Ветрогенерация, понижающий преобразователь напряжения, частотно-импульсная модуляция, коммутационная функция, бифуркационная диаграмма, одночастотный режим стабилизации, Wind generation, buck voltage converter, pulse-frequency modulation, switching function, bifurcation diagram, single-frequency mode of stabilization

Авторы:

Сергей Геннадьевич Михальченко

Геннадий Яковлевич Михальченко

Сергей Михайлович Семенов

Павел Сергеевич Мещеряков

Наталья Алексеевна Воронина

Анатолий Михайлович Зюзев

Скачать PDF