Разработка структуры адаптивных систем возбуждения синхронных генераторов для демпфирования колебаний в электроэнергетических системах тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.14.02, кандидат наук Седойкин, Дмитрий Николаевич

• Седойкин, Дмитрий Николаевич
• кандидат наук
• 2018

Оглавление диссертации кандидат наук Седойкин, Дмитрий Николаевич

ВВЕДЕНИЕ.................................................................................4

ГЛАВА 1. СОВРЕМЕННЫЕ СИСТЕМЫ АВТОМАТИЧЕСКОГО

УПРАЛЕНИЯ ВОЗБУЖДЕНИЕМ СИНХРОННЫХ ГЕНЕРАТОРОВ........13

1. 1 Функции современных систем управления возбуждением синхронных генераторов...............................................................................13

1.2 Реализация системных функций в современных российских АРВ.......15

1.3 Выводы по главе 1..................................................................23

ГЛАВА 2. МАТЕМАТИЧЕСКАЯ МОДЕЛЬ ЭНЕРГОБЛОКА В СОСТАВЕ ЭЛЕКТРОЭНЕРГЕТИЧЕСКОЙ СИСТЕМЫ...................................................25

2.1 Основные методы моделирования синхронного генератора, работающего в энергосистеме.........................................................25

2.2 Моделирование первичного двигателя............................................27

2.3 Основные допущения, принимаемые при исследовании электрических машин.......................................................................................29

2.4 Модель генератора, работающего в энергосистеме...........................30

2.5 Выводы по главе 2..................................................................37

ГЛАВА 3. НЕЧЕТКИЕ СИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ..............................38

3.1 Основные понятия теории нечеткой логики....................................38

3.2 Основные принципы построения нечетких систем управления............43

3.3 Основные типы нечетких моделей...............................................47

3.4 Статический нечеткий регулятор возбуждения...............................49

3.5 Выводы по главе 3...................................................................55

ГЛАВА 4. АДАПТИВНАЯ САУВ НА ОСНОВЕ НЕЧЕТКОГО

АППРОКСИМАТОРА..................................................................57

4. 1 Постановка задачи .................................................................57

4.2 Метод построения адаптивной САУВ на основе нечеткого аппроксиматора...........................................................................58

4.3 Адаптивный «идеализированный» АРВ........................................65

4.3.1 Понятие «идеализированный» АРВ...........................................65

4.3.2 Синтез нечеткого аппроксиматора.............................................66

4.3.3 Входная и выходная коррекция нечеткого аппроксиматора.............72

4.3.4 Оценка эффективности адаптивной системы управления с идеализированным АРВ.................................................................75

4.4 Сравнение адаптивного АРВ на основе нечеткой логики с цифровым регулятором АРВ-РЭМ700.............................................................84

4.5 Выводы по главе 4...................................................................89

ГЛАВА 5. ИССЛЕДОВАНИЕ ЦИФРОВЫХ АДАПТИВНЫХ

АВТОМАТИЧЕСКИХ РЕГУЛЯТОРОВ ВОЗБУЖДЕНИЯ......................92

5. 1 Постановка задачи...................................................................92

5.2 Метод определения частоты напряжения на шинах генератора...........93

5.3 Адаптивный цифровой АРВ со статическим регулятором напряжения.................................................................................95

5.4 Адаптивный цифровой АРВ с астатическим регулятором напряжения...............................................................................103

5.5 Сравнительный анализ адаптивных систем управления...................112

5.6 Проблема практической реализации адаптивных САУВ..................115

5.7 Выводы по главе 5..................................................................116

ЗАКЛЮЧЕНИЕ ..........................................................................118

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ..............................................................121

ПРИЛОЖЕНИЕ.........................................................................131

ВВЕДЕНИЕ

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Разработка структуры адаптивных систем возбуждения синхронных генераторов для демпфирования колебаний в электроэнергетических системах»

Актуальность темы исследования.

Электроэнергетическая система (ЭЭС) принадлежит к классу сложных нестационарных систем, которые изменяются как во времени, так и в пространстве и характеризуются разветвленной структурой и значительным количеством взаимосвязанных и взаимодействующих элементов и подсистем. Связи между ее элементами и событиями носят вероятностный характер и существуют в виде вероятностных закономерностей. Способность системы компенсировать внешние или внутренние воздействия, направленные на нарушение её функционирования или на переход в необратимое состояние, определяет понятие ее устойчивости. В свою очередь, структурная устойчивость таких сложных нестационарных систем будет определяться наименьшей устойчивостью ее составных элементов. Этот закон носит общий характер и относится ко всем системам: физическим, психическим, социально-экономическим и другим.

Одной из основных задач обеспечения надежного функционирования ЭЭС является устойчивая работа генерирующих агрегатов. В свою очередь, она в значительной степени определяется их системой управления возбуждением.

К числу первых работ, являющихся основой теории устойчивости энергетических систем, относятся труды П. С. Жданова, С. А. Лебедева и А. А. Горева, которые были выполнены еще в 30-40 -е годы прошлого столетия. В этих работах придается большое значение системам регулирования возбуждения как одному из основных средств повышения устойчивости энергосистем [49]. На основе этих трудов начинает формироваться идеология построения систем регулирования возбуждения. На начальных этапах своего развития регулирование возбуждения велось по отклонению статорного напряжения с возможностью релейной форсировки возбуждения, позволяющей увеличить динамическую устойчивость при тяжелых авариях. Однако такое построение структуры регулирования возбуждением не позволяло решить проблему эффективного

демпфирования синхронных качаний. Качественный скачок в развитии систем регулирования возбуждения связан с разработкой автоматических регуляторов возбуждения (АРВ) сильного действия. Введение стабилизирующих каналов по производным режимных параметров позволило повысить точность регулирования напряжения, обеспечить высокие пределы статической и динамической устойчивости за счет более эффективного демпфирования электромеханических колебаний. Концепция сильного регулирования, разработанная в середине 50 - х годов, не потеряла своей актуальности и на сегодняшний день, более того, все современные российские и зарубежные системы автоматического управления возбуждением (САУВ) строятся именно по этим принципам. Основное различие современных систем заключается в их аппаратной реализации. Переход от аналоговой к цифровой аппаратной базе позволил не только улучшить качество реализации уже разработанных алгоритмов управления, но и открыл возможности для создания и развития новых направлений совершенствования автоматических регуляторов возбуждения.

Наряду с проблемой улучшения качества регулирования возбуждением стоит проблема его сохранения при изменении схемно-режимных условий работы генератора. Обеспечение инвариантности системы управления к изменению параметров объекта управления реализуется применением адаптивных законов регулирования.

Степень разработанности. Существующие системы управления возбуждением, характеризующиеся жесткой структурой с фиксированными значениями коэффициентов АРВ, не позволяют решить проблему инвариантности.

Одним из перспективных направлений в области создания адаптивных регуляторов возбуждения является использование методов нечеткой логики. Аппарат нечеткой логики позволяет решать проблемы, связанные с нелинейностью такого объекта управления как синхронный генератор (СГ).

Необходимость разработки новых систем регулирования возбуждением вызвана не только повышением требований к качеству регулирования. Выход на

российский рынок зарубежных производителей систем возбуждения также заставляет искать новые, оптимальные алгоритмы управления. В настоящее время современные системы регулирования возбуждением российского производства не только не уступают зарубежным, но даже превосходят их. Тем не менее возрастающая конкуренция со стороны зарубежных компаний вскоре может изменить ситуацию и негативно образом отразиться на научно-техническом уровне российской энергетики.

Цель и задачи.

Основной целью диссертационной работы являлась разработка методов проектирования принципиально новых структур управления возбуждением СГ, которые при переходе на цифровые технологии позволят повысить надежность и безопасность энергосистем в нормальных и чрезвычайных ситуациях. Реализация этой цели связана с комплексным решением задач улучшения качества регулирования возбуждения и сохранения его вне зависимости от схемно-режимных условий работы СГ.

Объектом исследования являлся СГ в различных схемно-режимных условиях его работы в энергосистеме.

Предметом исследования являлись методы и алгоритмы управления возбуждением СГ в различных схемно-режимных условиях его работы, обеспечивающие оптимальное регулирование напряжения и интенсивное демпфирование электромеханических колебаний.

В соответствии с целью были поставлены следующие задачи:

1. Провести анализ современных САУВ, который предполагает изучение основных принципов их построения и функционирования, с целью выявления достоинств и недостатков.

2. На основе проведенного анализа сформулировать основные причины или выявить основные факторы, оказывающие негативное влияние на качество переходных процессов.

3. Выбрать метод моделирования, тип модели объекта управления, обеспечить адекватность и эффективность модели для реализации поставленной цели.

4. Рассмотреть перспективные направления совершенствования автоматических регуляторов возбуждения и методы их построения.

5. На основе новых перспективных методов разработать новую, более эффективную, или усовершенствовать существующую САУВ, чтобы улучшить качество регулирования возбуждения и сохранить его вне зависимости от схемно-режимных условий работы СГ.

6. Провести исследование разработанной САУВ, оценить ее эффективность и соответствие поставленной цели.

Научная новизна.

1. Предлагаемый в диссертационной работе метод проектирования САУВ является дальнейшим развитием систем управления с параметрической адаптацией на основе табличной модели. Главным недостатком адаптивных систем на основе табличной модели является дискретность выбора настройки. Соответственно, в таких системах качество переходного процесса будет меняться в зависимости от того, насколько текущий режим близок к табличному. Адаптивные системы, спроектированные на основе представленного в данной работе метода, лишены этого недостатка. В состав таких систем управления входит нечеткая модель, осуществляющая параметрическую адаптацию автоматического регулятора, который в общем случае может быть, как линейным, так и нелинейным. По существу, экспертная база знаний нечеткой модели представляет собой таблицу оптимальных настроек для определенных, конечных по своему числу, состояний объекта управления. Применительно к системам управления возбуждением состояние объекта управления будет определяться параметрами генератора и схемно-режимными условиями его работы. Методы теории нечетких множеств позволяют провести аппроксимацию, результатом которой являются поверхности или пространства вывода, и тем самым перейти от

конечного числа настроек к бесконечному. Другими словами, дискретная таблица настроек трансформируется в непрерывные поверхности или пространства.

2. Предложенный метод позволил спроектировать САУВ, которая не только адаптируется к изменениям схемно-режимных условий, но и решает задачу адаптации АРВ к различным типам генераторов [51, 53, 89].

3. Введено понятие «идеализированный АРВ». Впервые на основе этой структуры получены монотонные переходные процессы одновременно по двум регулируемым переменным: напряжению статора и скольжению. Показано, что решение проблемы оптимального регулирования возбуждением заключается в снижении амплитудно-фазовых искажений сигналов АРВ, обусловленных методами их измерения и обработки.

4. Разработанный блок адаптации, представляющий собой нечеткий аппроксиматор, позволил выявить закономерности, связывающие коэффициенты АРВ с параметрами эквивалентной схемы «генератор-линия-шины бесконечной мощности (ШБМ)», при соблюдении которых обеспечивается оптимальное регулирование, характеризуемое отсутствием перерегулирования в переходном процессе статорного напряжения и единичной степенью затухания электромеханических колебаний.

5. Применение нечеткого аппроксиматора не ограничивается адаптивными системами, он может применяться отдельно в качестве средства автоматизированного расчета параметров АРВ для ЭЭС «генератор-линия-ШБМ».

6. Для цифровых САУВ разработан быстродействующий метод расчета частоты по мгновенным значениям статорного напряжения.

7. Разработаны модели цифровых адаптивных САУВ с возможностью их реализации на практике.

8. Предложен метод, позволяющий оценить эффективность параметрической адаптации. Метод основан на расчете значения функции принадлежности переходного процесса, оцениваемой адаптивной системой, к множеству «эталонный переходный процесс». Для этого предлагается ввести такой показатель как «степень адаптивности», который характеризует

соответствие обеспечиваемых критериев качества переходных процессов заданным при различных параметрах объекта.

Теоретическая и практическая значимость работы.

Теоретическая значимость диссертационной работы заключается в разработке структуры нового класса адаптивных систем управления, в состав которых входит нечеткая модель, позволяющая осуществлять параметрическую адаптацию на основе информации о состоянии объекта управления. Разработанный метод позволяет трансформировать дискретную таблицу настроек в непрерывные поверхности или пространства, что ставит под сомнение целесообразность дальнейшего применения адаптивных систем/регуляторов с табличной моделью. Применение данного метода не ограничивается системами управления возбуждением генераторов, он может использоваться для автоматизации управления различными процессами.

Показано преимущество применения методов теории нечетких множеств при решении задачи поиска оптимальных коэффициентов для заданной структуры регулятора. Это преимущество становится более очевидным при сравнении этих методов с широко распространенным методом Б-разбиения в плоскости двух параметров, который предполагает проведение исследования в строго заданной плоскости. Результатом метода Б-разбиения является набор точек среза поверхности. Для получения самой кривой среза их необходимо аппроксимировать. Теория нечетких множеств позволяет с легкостью создавать многомерные пространства и оперировать ими, т.е. позволяет связывать между собой п-ое количество параметров.

В работе поднимается проблема правильного применения методов нечеткого управления. Теория нечетких множеств предлагает бесконечное число вариантов реализации нелинейных ПИД законов регулирования, но не решает проблему выбора оптимального варианта. При этом увеличивается число степеней свободы в настройке регулятора. На примере «идеализированного АРВ» продемонстрировано, что линейные регуляторы при соблюдении определенных

условий обеспечивают монотонность переходных процессов. В данном случае под определенными условиями следует понимать отсутствие амплитудно-фазовых искажений сигналов, характеризующих состояние объекта управления. Поскольку нечеткие регуляторы не решают проблему минимизации этих искажений, то их применение в системах управления возбуждением нецелесообразно.

Понятие «идеализированный АРВ» косвенным образом затрагивает и проблему эффективности применения тех или иных физических величин в качестве стабилизирующих входных переменных. Речь идет о механической частоте вращения и частоте напряжения. Преимущества применения частоты напряжения в САУВ для энергоблоков с ярко выраженной многомассовой структурой очевидны. Но существуют системы «первичный двигатель-генератор», где эффект скручивания вала незначителен и его можно не учитывать. В данной работе показано, что «идеализированный АРВ» с таким стабилизирующими величинами, как механическое скольжение и ее производная, способен обеспечить монотонный характер переходных процессов.

Предложенный метод определения частоты напряжения по мгновенным значениям статорного напряжения применен в электроприводах с зависимым инвертором тока, выпускаемых ООО НПП «ЭКРА» (г. Чебоксары).

Говоря о практической значимости работы, необходимо отметить следующее. В работе неоднократно повторяется, что адаптивные системы позволяют сохранить заданное качество переходных процессов вне зависимости от схемно-режимных условий работы СГ. При этом предполагается, что эквивалентирование внешней электрической сети проведено и значение внешнего индуктивного сопротивления линии известно.

На практике дело обстоит иначе. Эквивалентирование внешней сети согласно методу, предложенному А.А. Юргановым и В.А. Кожевниковым, является длительным процессом. Поиск быстродействующих эффективных алгоритмов эквивалентирования ведется как у нас, так и за рубежом, но на данный момент эта проблема окончательно не решена. Следовательно, внедрение

адаптивных САУВ будет в первую очередь зависеть от результатов этих исследований. До тех пор, пока не решена эта проблема, нечеткий аппроксиматор может применяться в качестве средства автоматизированного расчета параметров системы регулирования.

Методология и методы исследования.

Для решения поставленных в диссертационной работе задач использовались методы теории автоматического управления, теории нечетких множеств и теории электрических машин.

В качестве основного метода исследования использовалось компьютерное моделирование с применением численных методов решения нелинейных дифференциальных уравнений.

Положения, выносимые на защиту.

На защиту выносятся следующие положения:

1. Метод построения адаптивных систем управления на основе нечеткого аппроксиматора.

2. Выявленные закономерности, связывающие коэффициенты АРВ с параметрами эквивалентной схемы «генератор-линия-ШБМ», при соблюдении которых обеспечивается оптимальное регулирование, характеризуемое отсутствием перерегулирования в переходном процессе статорного напряжения и единичной степенью затухания электромеханических колебаний.

3. Метод определения частоты напряжения по мгновенным значениям статорного напряжения.

4. Математические модели цифровых адаптивных САУВ.

5. Метод оценки эффективности адаптивных САУ на основе теории нечетких множеств.

Степень достоверности и апробация результатов.

Степень достоверности предложенных методов, научных выводов и рекомендаций, подтверждается корректным использованием математического аппарата современной теории автоматического управления, теории нечетких множеств, методов математического моделирования, а также сходимостью результатов моделирования, полученных на верифицируемой и эталонной моделях.

Теоретические и практические результаты работы докладывались и обсуждались на: VII Международном симпозиуме «Фундаментальные и прикладные проблемы науки» (г. Миасс, 2012г.), XI Международной научно-технической конференции студентов, аспирантов и молодых ученых «Энергия -2016» (г. Иваново, 2016 г.), Международной научно-практической конференции «Современные проблемы науки, технологий, инновационной деятельности» (г. Белгород, 2017 г.), на заседаниях кафедры «Электрические системы и сети» Санкт-Петербургского государственного политехнического университета имени Петра Великого.

По теме диссертации опубликовано 7 печатных работ, из них 4 - в изданиях, рекомендованных перечнем ВАК. Получен патент на изобретение.

ГЛАВА 1. СОВРЕМЕННЫЕ СИСТЕМЫ АВТОМАТИЧЕСКОГО УПРАВЛЕНИЯ ВОЗБУЖДЕНИЕМ СИНХРОННЫХ ГЕНЕРАТОРОВ

1.1 Функции современных систем управления возбуждением синхронных генераторов.

На начальных этапах развития основными задачами САУВ были подержание напряжения в точке регулирования, обеспечение апериодической статической устойчивости при работе на длинные линии и высокой динамической устойчивости в аварийных режимах. По мере развития энергосистем и внутрисистемных связей добавились задачи обеспечения колебательной устойчивости и режимов глубокого потребления реактивной мощности, а в результате развития аппаратной базы и совершенствования алгоритмов управления увеличивался объем выполняемых задач, которые можно сгруппировать следующим образом [65]:

1. Системные функции.

2. Технологические функции.

3. Защитные функции.

Системные функции непосредственно влияют как на качество генерируемой электроэнергии, так и на устойчивость энергосистем. К ним относят:

- Поддержание напряжения на шинах генератора или блока генератор-трансформатор с заданными точностью и статизмом.

- Обеспечение устойчивости регулирования во всех режимах работы генератора, включая холостой ход и режим недовозбуждения.

- Эффективное демпфирование электромеханических колебаний ротора при переходных процессах.

- Форсирование возбуждения в целях обеспечения высокого уровня динамической устойчивости при коротких замыканиях и резких изменениях нагрузки во внешней электрической сети.

Технологические функции обеспечивают процессы управления возбуждением при переходе из одного режима работы в другой, передачу информации о состоянии генератора и системы возбуждения на верхний уровень АСУ ТП:

- Обеспечение режима стабилизации заданного тока возбуждения.

- Поддержание заданного значения реактивной мощности или заданного коэффициента мощности.

- Обеспечение распределения реактивной мощности между генераторами, работающими на общие шины.

- Плавный пуск системы возбуждения с последующей автоматической подгонкой напряжения генератора к напряжению сети при синхронизации.

- Разгрузку по реактивной мощности при штатных остановах генератора.

- Программное начальное возбуждение генератора при пуске, исключающее необходимость вмешательства персонала.

- Дистанционное изменение задания напряжения со станционного щита управления.

- Обеспечение работы при групповом регулировании напряжения генераторов станции.

Защитные функции обеспечивают выход из режима регулирования напряжения, когда реализация системных или технологических функций может привести к повреждению оборудования, и возврат к нему после исчезновения причины, вызвавшей переход:

- Ограничение минимального тока возбуждения в функции активной и реактивной мощности генератора исходя из условий устойчивости или допустимого нагрева торцевой зоны статора.

- Ограничение перегрузок по токам ротора и статора в соответствии с заданными тепловыми характеристиками генератора.

- Пропорциональное уменьшение напряжения статора при сильном снижении частоты.

Кроме вышеперечисленных функций АРВ осуществляет управление тиристорным преобразователем, выполняет самоконтроль и самодиагностику, обеспечивает совместную работу с системой управления более высокого уровня, а также реализует защиты системы возбуждения.

1.2 Реализация системных функций в современных российских АРВ.

Поскольку данная работа напрямую связана с оптимизацией алгоритмов системных функций, то в дальнейшем использование термина «АРВ» будет относиться только к той части САУВ которая включает в себя:

Канал регулирования напряжения, назначением которого является поддержание напряжения в точке регулирования с заданными точностью и статизмом.

Стабилизатор внешнего движения, включающий в себя канал стабилизации по отклонению частоты напряжения от установившегося значения и канал стабилизации по производной от частоты напряжения. Оба канала предназначены для демпфирования электромеханических колебаний.

Стабилизатор внутреннего движения - представляет собой канал стабилизации по производной тока возбуждения. Данный канал играет значительную роль для обеспечения устойчивости при работе генератора в режиме потребления реактивной мощности или в так называемом режиме недовозбуждения.

Рассмотрим более подробно ту часть структуры современных цифровых АРВ российского производства, посредством которой реализуются системные функции. Как уже говорилось ранее, задача по поддержанию напряжения в точке регулирования решается автоматическим регулятором напряжения (АРН), а задача по демпфированию электромеханических колебаний ротора - каналами стабилизации или системным стабилизатором PSS (Power system stabilizer).

Качество переходных процессов по управляющему и возмущающему воздействиям будет определяться алгоритмами реализации системных функций или структурой и настройкой АРН и Р88. В отечественных АРВ для демпфирования электромеханических колебаний в качестве основных стабилизирующих сигналов применяются отклонение частоты напряжения генератора Д/ц и ее производная. В зарубежных САУВ находят применение и механические переменные: отклонение частоты вращения и ее производная.

Переходные процессы по управляющему воздействию обусловлены изменением задания или уставки АРН, а по возмущающему - связаны с изменением активной мощности первичного двигателя или с изменением параметров внешней по отношению к генератору сети.

Для поддержания напряжения в точке регулирования с заданными точностью и статизмом необходимо применение быстродействующих систем с большими значениями коэффициентов усиления по каналу регулирования напряжения. Это, в свою очередь, негативно сказывается на демпфировании электромеханических колебаний ротора при переходных процессах, что в целом снижает колебательную устойчивость и может привести к самораскачиванию системы. Другими словами, требования, предъявляемые к САУВ, имеют внутренние противоречия. Действительно, изменение возбуждения по-разному влияет на напряжение и частоту вращения генератора. При увеличении возбуждения напряжение увеличивается за счет увеличения суммарного потока, но вместе с этим происходит увеличение электромагнитного момента, который для первичного двигателя является тормозным, что приводит к уменьшению скорости вращения генератора.

Попытка отдельной оптимизации переходного процесса одной из выходных переменных, а ими являются напряжение на шинах генератора и частота, негативно влияет на переходный процесс другой, что в некоторых случаях приводит к потере устойчивости всей системы. Для решения этих двух системных задач необходимо найти оптимальное соотношение между коэффициентами регуляторов по каналу напряжения и по каналам стабилизации.

В настоящее время российские производители САУВ представлены двумя основными компаниями: ЗАО НПП «Русэлпом-Электромаш» и ОАО «Силовые машины». Недавно появившимися разработками этих компаний являются регуляторы АРВ-РЭМ700 (НПП «Русэлпом-Электромаш») и АШ-4М (ОАО «Силовые машины») [90, 91]. В обоих регуляторах все вышеперечисленные функции системы регулирования возбуждением, включая систему импульсно-фазового управления тиристорами силового преобразователя, реализованы на базе вычислительной техники. Структурные схемы математических моделей регуляторов представлены на рисунках 1.1 и 1.2.

Сравнивая структурные схемы моделей регуляторов, нетрудно заметить, что основное различие между ними заключается в реализации АРН. Отличительной особенностью АРВ-РЭМ700 является то, что передаточная функция регулятора напряжения имеет канал усиления на высоких частотах, представленный пропорциональным регулятором с коэффициентом усиления кри, канал усиления

на низких частотах, включающий в себя с инерционное звено-с частотой

1 + кшахТиР

среза равной 0,01 рад/с. В такой структуре коэффициенты усиления в низкочастотном и высокочастотном диапазонах входного сигнала АРН различны. В области низких частот коэффициент усиления АРН равен кри + ктах, а в области частот 0,2 - 5 Гц - кри, что обеспечивает точность поддержания напряжения в установившемся режиме и позволяет улучшить демпфирование электромеханических колебаний при переходных процессах.

Рисунок 1.1 - Математическая модель регулятора АРВ-РЭМ700.

Рисунок 1.2 - Математическая модель регулятора ЛУЯ-4М.

и 0 - уставка по напряжению; и - значение напряжения в точке регулирования; иарв - выходное значение регулятора возбуждения;

- ток возбуждения; / - частота статорного напряжения; кц0 - коэффициент усиления АРН;

ктах - коэффициент усиления АРН в области низких частот (присутствует только у регулятора АРВ-РЭМ700);

к1ц - коэффициент усиления по производной напряжения; к11^ - коэффициент усиления по производной тока возбуждения; к0{ - коэффициент усиления по отклонению частоты напряжения; к1^ - коэффициент усиления по производной частоты напряжения. В АУЯ-4М регулятор напряжения имеет ПИД закон регулирования, что позволяет повысить точность регулирования и одновременно обеспечивает высокий уровень колебательной устойчивости.

Список литературы диссертационного исследования кандидат наук Седойкин, Дмитрий Николаевич, 2018 год

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Айфичер Э. Цифровая обработка сигналов. Практический подход / Э.Айфичер, Б. Джервис- М.: Издательский дом «Вильямс», 2004. -992 с.

2. Андерсон П. Управление энергосистемами и устойчивость / П.Андерсон, А. Фуад. -М.: Энергия, 1980. - 569 с.

3. Андриевский Б.Р. Избранные главы теории автоматического управления с примерами на языке МЛТЬАВ / Б.Р. Андриевский, А.Л. Фрадков.- СПб.: Наука, 2000. - 475 с.

4. Ануфриев И. Е. МЛТЬАВ 7 / И. Е. Ануфриев, А. Б. Смирнов, Е. Н. Смирнова.- СПб.: БХВ-Петербург, 2005. - 1104 с.

5. Асаи К. Прикладные нечеткие системы / К. Асаи, Д. Ватада, С. Иваи и др.; под ред. Т.Тэрано, К. Асаи, М. Сугэно.- М: Мир, 1993.

6. Батыршин И.З. Основные операции нечеткой логики и их обобщения. -Казань: Отечество, 2001. - 100 с.

7. Беляев А.В. Защита, автоматика и управление на электростанциях малой энергетики / А.В. Беляев, А. А. Юрганов // Приложение к журналу «Энергетик».- М.: Энергетик, 2010. -№8 (140). - 90 с.

8. Борзов А. Б. Вариант построения регулятора возбуждения синхронных электрических генераторов, обеспечивающий оптимизацию параметров переходных процессов в сопряженной энергосистеме / Борзов А. Б., Бумагин А. В., Гондарь А. В., Лихоеденко К. П. // Наука и образование. Научное издание МГТУ им. Н.Э. Баумана. Электронный научно-технический журнал. -2012.-№6. [электр. ресурс] URL:http:/technomag.edu.ru/doc/415299.html

9. Борцов Ю.А. Экспериментальное исследование нечеткого стабилизатора возбуждения синхронного генератора / Ю.А. Борцов, А. А. Юрганов, И. А. Приходько, В. А. Кожевников // Электротехника.-1999.- №3.- С. 1-5.

10. Борцов Ю.А. Исследование нечетких стабилизаторов возбуждения синхронного генератора / Ю.А. Борцов, А.А. Юрганов, Н.Д. Поляхов // Электричество.- 1999. - №8.- С. 50-55.

11. Ботвинник М.М. Управляемая машина переменного тока / М.М.Ботвинник, Ю.Г. Шакарян. -M.: Наука, 1969.- 140 с.

12. Бошляков А.А. Проектирование нечеткого регулятора следящей системы / А.А. Бошляков, В.И. Рубцов // Инженерный журнал: Наука и инновации-2013. №8. [электр. ресурс] URL: http://engj ournal.ru/catalog/pribor/robot/936 .html

13. Важнов А.И. Переходные процессы в машинах переменного тока.- Л: Энергия, 1980. - 252 с.

14. Вайнштейн Р.А. Математические модели элементов электроэнергетических систем в расчетах установившихся режимов и переходных процессов / Р.А. Вайнштейн, Н.В. Коломиец, В.В. Шестакова .-Томск: Изд-во Томского политехнического университета, 2010. - 115 с.

15. Вайнштейн Р.А., Шестакова В.В. Автоматическое управление электроэнергетическими системами в нормальных и аварийных режимах / Р.А. Вайнштейн, В.В. Шестакова.-Томск: Издательство Томского политехнического университета, 2011. - 224 с.

16. Веников В.А. Переходные электромеханические процессы в электрических системах.- М.: Высшая школа, 1985. - 536 с.

17. Вольдек А.И. Электрические машины.- Л.:Энергия, 1974. - 840 с.

18. Глебов И.А Системы возбуждения мощных синхронных машин - Л.: Наука, 1979. - 316 с.

19. Горев А.А. Переходные процессы синхронной машины / А.А. Горев.-Л.: Наука, 1985. - 502 с.

20. Системы возбуждения турбогенераторов, гидрогенераторов и синхронных компенсаторов. // ГОСТ 21558-2000.-М.: Стандартинформ, 2000. - 14 с.

21. Гостев В.И. Нечеткие регуляторы в системах автоматического управления. - Киев: Радюаматор, 2008. - 972 с.

22. Гриняев С. Нечеткая логика в системах управления // [электр. ресурс] URL: http://computerra.ru/offline/2001/415/13052.

23. Денисенко В. ПИД регуляторы: вопросы реализации. Часть 1 // Современные технологии автоматизации.- 2007. - №4. - С. 86-97.

24. Денисенко В. ПИД _регуляторы: вопросы реализации. Часть 2 // Современные технологии автоматизации.- 2008. - №1. - С. 87-99.

25. Донской Н.В. Регулируемые электроприводы переменного тока / Н.В.Донской.- Чебоксары: Издательство Чувашского университета, 2007. - 204 с.

26. Дорф Р. Современные системы управления / Р. Дорф, Р. Бишоп.- М.: Лаборатория Базовых Знаний, 2002. - 832 с.

27. Дядик В.Ф. Теория автоматического управления / В.Ф. Дядик, С.А.Байдали, Н.С. Криницын.-Томск: Издательство Томского политехнического университета, 2011. - 196 с.

28. Егупов Н.Д. Методы робастного, нейронечеткого и адаптивного управления / под ред. Н.Д. Егупова.- М.: Издательство МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2001. - 744 с.

29. Ефимов Д.В. Робастное и адаптивное управление нелинейными колебаниями. - СПб.: Наука, 2005. - 314 с.

30. Жмудь В.А. Адаптивные системы автоматического управления с единственным основным контуром // Автоматика и программная инженерия. - 2014. - №2(8). - С. 106 - 122.

31. Жмудь В.А. Адаптивные системы управления / В.А. Жмудь, Д.О.Терешкин, О.В. Прыткова // Сборник научных трудов НГТУ. -2011. - № 1(63). - С. 23-40.

32. Карачев А.А. Разработка и исследование нечетких регуляторов систем возбуждения бесщеточных синхронных генераторов: Дис. ... канд. тех. наук: 05.09.03.-СПб, 2006. -182 с.

33. Ким Д.П. Теория автоматического управления. Т.2. Многомерные,.нелинейные, оптимальные и адаптивные системы -М.: ФИЗМАТЛИТ, 2007.- 440 с.

34. Кичаев В.В. Современные системы возбуждения для нового строительства и реконструкции электростанций. Опыт наладки и эксплуатации систем возбуждения нового поколения / В.В. Кичаев, А.А. Юрганов // Сб. материалов международной научно-технической конференции - СПб., 2004. - С. 11-22.

35. Кононенко Е.В. Электрические машины (специальный курс) / Е.В.Кононенко, Г. А. Сипайлов, К. А. Хорьков. -М.: Высшая школа, 1975. - 275 с.

36. Коротков В.Ф. Автоматическое управление напряжением и реактивной мощностью синхронных генераторов и электрических станций.- Иваново: Ивановский государственный энергетический университет имени В. И. Ленина, 2008. - 192 с.

37. Костенко М.П. Электрические машины. Часть 2. Машины переменного тока / М.П. Костенко, Л.М. Пиотровский.- Л.: Энергия, 1973. -648 с.

38. Круглов В.В. Нечёткая логика и искусственные нейронные сети / В.В. Круглов, М.И. Дли, Р.Ю. Голунов.- М.: Физматлит, 2001. - 221 с.

39. Куленко М.С., Буренин С.В. Исследование применения нечетких регуляторов в системах управления технологическими процессами/ М.С. Куленко, С.В. Буренин // Вестник ИГЭУ.- 2010.- № 2.

40. Левинштейн М.Л. Статическая устойчивость электрических систем. Учебное пособие / М.Л. Левинштейн, О.В. Щербачев.-СПб.: СПбГТУ, 1994. - 264 с.

41. Леоненков А.В. Нечеткое моделирование в среде МАТЬАВ и ШггуТБСИ. -СПб.: БХВ-Петербург, 2005. - 736 с.

42. Макаричев Ю.А. Синхронные машины / Ю.А. Макаричев, В.Н. Овсянников. -Самара: Самарский государственный технический университет, 2010. - 156с.

43. Пупков К.А. Методы классической и современной теории автоматического управления: учебник в 5 т. Т. 5. Методы современной теории автоматического управления. / Под ред. проф. К.А. Пупкова и проф. Н.Д. Егупова. -М.: Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2004. -742 с.

44. Мироновский Л.А. Введение в МАТЬАВ Учебное пособие / Л.А Мироновский., К.Ю. Петрова. -СПб.: СПбГУАП, 2005. -122 с.

45. Мунасыпов Р.А. Многорежимный нечеткий регулятор с изменяемой структурой / Р.А. Мунасыпов, К.А. Ахмеров // Сб. материалов «XII Всероссийское совещание по проблемам управления».-2014.- С. 2071-2077.

46. Пегат А. Нечеткое моделирование и управление. -М.: БИНОМ. Лаборатория знаний, 2013 - 798 с.

47. Поляхов Н.Д. Нечеткие системы управления / Н.Д. Поляхов, И.А. Приходько - СПб.: Изд-во СПбГЭТУ «ЛЭТИ», 2003. - 48 с.

48. Поляхов Н.Д. Метод определения внешнего индуктивного сопротивления синхронного генератора как обобщенного параметра, характеризующего состояние энергосистемы / Поляхов Н.Д., Приходько И.А., Рубцов И.А. // Современные проблемы науки и образования. -2012.-№ 5 - 8 с.

49. Портной М. Г. Управление энергосистемами для обеспечения устойчивости / М. Г. Портной, Р.С. Рабинович.- М: Энергия, 1978. -352 с.

50. Седойкин Д.Н. Анализ САУ возбуждением синхронного двигателя с независимыми контурами регулирования напряжения и угла ф. // Материалы VII Международного симпозиума «Фундаментальные и прикладные проблемы науки». Том 1. - М.: РАН, 2012. - С. 220-228.

51. Седойкин Д. Н. Новая структура канала стабилизации режима синхронного генератора и общие принципы его настройки на основе нечеткого аппроксиматора / Д. Н. Седойкин, А. А. Юрганов // Известия НТЦ Единой энергетической системы.- 2016.-№ 1 (74).- С. 67-74.

52. Седойкин Д.Н. Общие принципы построения адаптивных систем автоматического управления возбуждением синхронного генератора на основе нечеткого аппроксиматора. // Материалы одиннадцатой международной научно-технической конференции студентов, аспирантов и молодых ученых «Энергия - 2016». Т. 3.- Иваново: ФГБОУВО «Ивановский государственный энергетический университет имени В.И. Ленина», 2016. - С. 6-7.

53. Седойкин Д.Н. Адаптивный регулятор возбуждения на основе нечеткого аппроксиматора // Сборник научных трудов по материалам Международной научно-практической конференции «Современные проблемы науки, технологий, инновационной деятельности» 31 августа 2017 г. Часть I.- Белгород: ООО Агентство перспективных научных исследований (АНПИ), 2017. - С. 117-121.

54. Седойкин Д.Н. Способ расчета частоты по мгновенным значениям напряжений в трехфазных сетях / Д. Н. Седойкин, А. А. Юрганов // Известия НТЦ Единой энергетической системы.- 2017.-№ 2 (77).- С. 74-77.

55. Седойкин Д.Н. Эффективность адаптивного АРВ на основе нечеткого аппроксиматора при работе синхронного генератора в сложной энергосистеме/ Седойкин Д.Н., Юрганов А. А. // Релейная защита и автоматизация.- 2018.-№ 2 (Июнь).- С. 32-37.

56. Седойкин Д.Н. Адаптивный автоматический регулятор возбуждения на основе нечеткого аппроксиматора в режиме недовозбуждения синхронной машины. / Д. Н. Седойкин, А. А. Юрганов // Научно-технические ведомости СПбПУ. Естественные и инженерные науки.-2018.-Том 24.- № 2.- С. 22-29.

57. Соловьев В. А. Искусственный интеллект в задачах управления. Интеллектуальные системы управления технологическими процессами.- Владивосток: Дальнаука, 2010. - 267 с.

58. Сыромятников И.А. Режимы работы синхронных генераторов. -М. Л.: Госэнергоиздат, 1952. - 195 с.

59. Требования к системам возбуждения и автоматическим регуляторам возбуждения сильного действия синхронных генераторов // Стандарт организации ОАО «Системный оператор единой энергетической системы».-М.- 2012. - 67 с.

60. Ха Ань Туан. Адаптивное управление мощным генератором: Дис. ... канд. тех. наук: 05.09.03.-СПб, 2014.-116 с.

61. Хайкин С. Нейронные сети: полный курс.- М.: Издательский дом «Вильямс», 2006. - 1104 с.

62. Цыпкин Я.З. Основы теории автоматических систем / Я.З. Цыпкин. -М.: Энергия,1977. - 470 с.

63. Чаки Ф. Современная теория управления. Нелинейные, оптимальные и адаптивные системы.-М.: Мир, 1975.-422 с.

64. Шанбур Ибрагим Жорж. Совершенствование методов расчета статической устойчивости и алгоритмов регуляторов возбуждения:

автореферат дис. ... кандидата технических наук: 05.14.02.- СПб., 1998.- 16 с.

65. Юрганов А.А. Регулирование возбуждения синхронных генераторов / А.А. Юрганов, В.А. Кожевников. - СПб.: Наука, 1996. - 138 с.

66. Almusawi S. K. Comparison of Four Different Power System Stabilizers / S. K. Almusawi, J. Talaq // International conference on signal, image processing and applications with workshop of ICEEA. Singapore: IPCSIT IACSIT Press.-2011. - Vol.21.- P. 196-200.

67. Kosko B. Fuzzy systems as universal approximators / B. Kosko // IEEE Internal Conf. Fuzzy Systems (8-12 March 1992, San Diego-CA).-1992.-P.1153-1162.

68. Murali D. Use of ANFIS Control Approach for SSSC based Damping Controllers Applied in a Two-area Power System / D. Murali, M. Rajaram // Journal of Applied Research and Technology. -2013. - Vol. 11. -P. 895902.

69. Dash P.K. Anticipatory fuzzy control of power systems/ P.K. Dash, A.C. Liew // IEEE Proc.-Gener. Transm. Distrib. -1995. -Vol. 142. -No.2 (March).-P. 211-218.

70. Gu W. A Self-Tuning Power System Stabilizer for Wide Range Synchronous Generation II / Gu W., K.E. Bollinger // IEEE Transactions on Power Systems. -1985. -Vol. 4. - №3 (August). -P. 1191-1199.

71. IEEE Std 421.5-2005. IEEE Recommended Practice for Excitation System Models for Power System Stability Studies. - New-York: IEEE. - 2006. -85 p.

72. Harris J. Fuzzy Logic Applicationsin Engineering Science / J. Harris. Springer, 2006-226 p.

73. Jantzen J. Tuning Of Fuzzy PID Controllers / Jan Jantzen // Technical University of Denmark, Department of Automation, Tech. report no 98-H 871. -1998.-22 p.

74. Mendel J.M. Designing Fuzzy Logic Systems / Jerry M. Mendel, George C. Mouzouris // IEEE Transactions on circuits and systems-II: Analog and Digital signal processing. -1997. -Vol. 44. -No. 11, November.-P. 885895.

75. Tomsovic K. Tutorial on Fuzzy Logic Applications in Power Systems / K. Tomsovic, M.Y. Chow.- Singapore: IEEE-PES, 2000.- 87 p.

76. Tanaka K. Fuzzy Control Systems Design and Analysis: A Linear Matrix Inequality Approach / Kazuo Tanaka, Hua O. Wang. -NY.: John Wiley & Sons, Inc., 2001 - 305 p.

77. Passino K.M. Fuzzy Control / Kevin M. Passino, Stephen Yurkovich.-Addison Wesley Longman, Inc., 1998 -502 p.

78. Zadeh L.A. Fuzzy Set / L.A. Zadeh // Information and control.-1978. -No.8. - P. 338-353.

79. Patyra M.J. Digital fuzzy logic controller: Design and Implementation/ Marek J. Patyra, Janos Koster // Transactions on circuits and systems - II: Analog and Digital signal processing. -1996.-Vol. 4. -No. 4, November. -P. 439-459.

80. Ramamoorthy S. Design and Implementation of Fuzzy Logic Based Power System Stabilizers // Middle-East Journal of Scientific Research. IDOSI Publications. -2014.-№20 (11).-P. 1663-1666.

81. Roth A. Identifikation der Leitungsreaktanz zur Realisierung der adaptiven Schlupfstabilisierung// Brown Boveri Mitt.- 1983.- № 9/10.- P. 360 - 364.

82. Singirikonda S. Transient Stability of A.C Generator Controlled By Using Fuzzy Logic Controller / Singirikonda S., Sathishgoud G., Harikareddy M. // International Journal of Engineering Research and Applications. -2014. - Vol.4. -Issue 3 (Version 1), March. -P. 389-395.

83. Taher S. A. Design of Robust Fuzzy Logic Power System Stabilizer / Taher S. A., Shemshadi A. // International Journal of Electrical, Computer, Electronics and Communication Engineering.-2007.- No.3.-P.401-407.

84. Ross T. J. Fuzzy logic with engineering application. Second Edition. / Timothy J. Ross. John Wiley & Sons Ltd, 2004. - 628 p.

85. William Siler, James J. Buckley Fuzzy expert systems and fuzzy reasoning. - New Jersey: John Wiley & Sons, Inc., 2005 - 405 p.

86. Zhao Y. Fuzzy PI Control Design for an Industrial Weigh Belt Feeder/ Y. Zhao, E. G. Collins // IEEE Transactions on fuzzy systems.- 2003. -Vol.11. - No.3, June.- P. 311 - 318.

87. Zamani A.A. Optimal fuzzy load frequency controller with simultaneous auto-tuned membership functions and fuzzy control rules / Zamani A.A., Bijami E., Sheikholeslam F., Jafrasten B. // [электр. ресурс] URL: http://journals.tubitak.gov.tr/elektrik.

88. Zhao J. Switched Fuzzy Systems: representation modeling, stability analysis, and control design / Zhao J., Yang H., Dimirovski G. M. / The third International IEEE Conference on Intelligent Systems. London. -2006. - P. 306-311.

89. Способ построения адаптивной системы автоматического управления возбуждением: пат. 2629378 Рос. Федерация: МПК H02P 9/14, G05B 13/02, G06G 7/26, H02P 9/00 / Д.Н. Седойкин; заявитель и патентообладатель ООО НПП «ЭКРА». - № 2016114111; заявл. 12.04.2016; опубл. 29.08.2017, Бюл. №25.- 12 с.

90. Протокол №12 сертификационных испытаний автоматических регуляторов возбуждения сильного действия синхронных генераторов типа АРВ-РЭМ700, предназначенных для работы в составе бесщеточных систем возбуждения // Дата: 23.06.2014 г. Свидетельство о допуске к проведению добровольной сертификации ОДС ОАО «НТЦ ЕЭС» № NTC3.S0.RU.0513; дата регистрации 28 мая 2013 г. -193 с.

91. Микропроцессорный автоматический регулятор возбуждения AVR-4M. // Руководство по эксплуатации 421417.033. Версия 10.1. -M.: ООО «АСУ-ВЭИ», 2013.- 193 с.

ПРИЛОЖЕНИЕ

Таблица П1. Параметры синхронных машин.

"Базовый генератор" СВФ 1680/185-64 (гидрогенератор) СТД 1600 (синхронный двигатель) СДС-2500-6-6 (синхронный двигатель) МТ-30-6, ИЭМ (модельный генератор) Турбогенератор Белорусской АЭС (БАЭС) МГ-30-6, ИЭМ (модельный генератор) МГ-18.7-6, ИЭМ (модельный генератор) МГ-15-6, НИИПТ (модельный генератор)

ха 2,35 1,66 1,9664 1,18 1,57 2,32 0,43 0,544 0,435

Хд 2,24 1,019 1,9664 0,717 1,57 2,32 0,23 0,292 0,216

хай 2,03 1,44 1,9 1,09 1,53 2,095 0,4 0,5 0,402

хад 1,92 0,799 1,9 0,627 1,53 2,095 0,2 0,248 0,183

х5 0,32 0,22 0,0664 0,09 0,04 0,225 0,03 0,044 0,033

хг 2,173 1,61 2,2409 1,267 1,61 2,235 0,49 0,596 0,48

0,143 0,25 0,3409 0,177 0,04 0,14 0,09 0,096 0,078

хОБ 0,148 0,196 0,217 0,098 0.1* 0,041 1* 1* 1*

ХQs 0,263 0,147 0,2298 0,0736 0.1* 0,041 1* 1* 1*

Га 0,005 0,0054 0,02121 0,0066 0,0027 0,0054 0,0019 0,0017 0,0022

Г 0,00079 0,001035 0,00428 0,00125 0,0017 0,000793 0,00038 0,00065 0,0011

0,002 0,0084 0,0355 0,071 10* 0,136 100* 100* 100*

0,023 0,0084 0,0355 0,452 10* 0,68 100* 100* 100*

Ъ ,с 13,5 8,4265 4,4964 3,1626 5,75 11,56 13,5 9,2 7,5

*- нет данных; параметры выбраны, исходя из условия снижения влияния демпферных контуров на качество переходных процессов.