0728-1-opreview (Разработка структуры адаптивных систем возбуждения синхронных генераторов для демпфирования колебаний в электроэнергетических системах)

доктора технических наук, профессора Назарычева Александра Николаевича на диссертационную работу Седойкина Дмитрия Николаевича «Разработка структуры адаптивных систем возбуждения синхронных генераторов для демпфирования колебаний в электроэнергетических системах», представленную на соискание ученой степени кандидата технических наук по специальности 05.14.02— «Электрические станции и электроэнергетические системы» На отзыв представлены: — диссертация общим объемом 131 страница, состоящая из введения, пяти глав, заключения, библиографического списка использованных источников из 91 наименования и одного приложения; автореферат диссертации на 18 страницах с общей характеристикой работы, кратким изложением основного содержания результатов, полученных в диссертации.

Список публикаций по теме диссертации включает 7 печатных: работ и патент на изобретение. 1. Актуальность темы диссертации Диссертационная работа СедойкинаД.Н. посвящена актуальным для зле ктроэнергетической отрасли вопросам обеспечения устойчивости электроэнергетических систем (ЭЭС). Уровень устойчивости ЭЭС, а вместе с тем и качество выраба.гываемой на электрических станциях электроэнергии, в значительной степени определяется эффективностью регулирования генерирующих агрегатов. Одной из первоочередных ~ада~ систем управления во~бужд~н нем синхронных генераторов является обеспечение эффективного демпфирования зле ктромеханических колебаний в ЭЭС.

Современные автоматические регуляторы возбуждения МАРВ) характеризуются жестким детерминированным алгоритмом управления, что не позволяет сохранить оптимальное управление возбуждением генераторов в условиях, возникающих переходных и нестационарных процессов в энергосистеме. Это требует выбора специальной настройки АРВ, которая будет удовлетворять таким режимам ЭЭС.

Решение этой проблемы требует применения алгоритмов, реализующих адаптивную настройку коэффициентов усиления каналов АРВ к изменяющимся режимным условиям. Исследования, направленные на создание адаптивных АРВ, проводятся во всем мире, а переход на цифровую аппаратную базу способствует развитию и реализации методов формирования их структуры. Из всего вышеизложенного следует, что тема диссертации, направленной на разработку новых методов построения адаптивных систем управления возбуждением синхронных генераторов является актуальной, 2. Степень обоснованности научных положений, выводов и рекомендацпй, сформулированных в диссертации В целом обоснованность изложенных в диссертационной работе научных положений и выводов по разработке адаптивных систем управления возбуждением синхронных генераторов подтверждается: результатами верификации полученных решений, при которой в качестве эталонной модели использовалась модель ЗАО НПП «Русэлпром-Электромаш»; — апробацией результатов исследования на двух научно-практических конференциях и международном симпозиуме; — публикациями результатов исследования в 7 изданиях; — патентом на изобретение.

3. Достоверность и новизна, полученных результатов Достоверность полученных результатов подтверждается корректным использованием математического аппарата современной теории автоматического управления, теории нечетких множеств, методов математического моделирования, а также сходимостью результатов моделирования, полученных на верифнцируемой и эталонной модели. Научная новизна основных результатов диссертационной работы состоит в решении научно-технической задачи, имеющей существенное значение для электроэнергетической отрасли, состоящей в разработке адаптивной системы автоматического управления возбуждением (САУВ) синхронных генераторов, и заключается в следующем: 1.

На основе теоремы о нечеткой аппроксимации (теории нечеткой логики) и метода эквивалентирования внешней электрической сети, подтвержденного многочисленными работами и опытом настройки АРВ на электростанциях, разработан метод построения адаптивной САУВ на основе нечеткого аппроксиматора. В результате такого построения САУВ условно разделяется на две части: АРВ„который может быть как линейным, так и нелинейным, и нечеткий аппроксиматор.

Ключевым элементом такой структуры является нечеткий аппроксиматор, который на основе параметров эквивалентной схемы «генератор-линия-ШБМ», характеризующей состояние и схемно-режимные условия работы синхронного генератора в составе ЭЭС, осуществляет оптимальную настройку АРВ, Фактически такая структура является дальнейшим развитием систем с параметрической адаптацией на основе табличной модели. Посредством нечеткой аппроксимации осуществляется переход от конечного числа оптимальных настроек, которые получены методом подбора на математической модели, к бесконечному путем построения поверхности или пространства. Новизна этого метода подтверждается патентом на изобретение, 2.

В диссертационной работе вводится понятие идеализированного АРВ. Идеализация заключается в том, что система управления получает информацию о состоянии объекта управления без искажений. Применение метода идеализации впервые показало теоретическую возможность получения монотонных переходных процессов одновременно по двум регулируемым величинам: напряжению статора и скольжению а также подтвердило возможность повышения эффективности АРВ сильного действия.

3. На основе предложенного метода разработана математическая модель нечеткого аппроксиматора, обеспечивающего оптимальную настройку АРВ для различных типов синхронных машин во всех режимных ситуациях. Это, в свою очередь, позволило выявить основные закономерности, связывающие коэффициенты АРВ с параметрами эквивалентной схемы «генератор-линия- шины бесконечной мощности (ШБМ)», при соблюдении которых обеспечивается оптимальное регулирование. 4, Предложен метод расчета частоты напряжения по мгновенным значениям статорного напряжения, Метод позволяет на каждом интервале времени, определяемом периодом дискретизации цифровой системы управления, получать мгновенное значение частоты, При этом погрешность расчета частоты, связанная с изменением амплитуды напряжения, минимизирована за счет применения операции нормирования. По существу, метод позволяет определять мгновенную угловую скорость радиус-вектора, двигающегося по произвольной траектории.

5. Разработаны математические модели цифровых адаптивных АРВ, которые более подробно воспроизводят характеристики реальных АРВ. Проведено исследование их эффективности при работе генератора в различных режимных условиях. Проведенные исследования подтверждают эффективность метода определения оптимальных коэффициентов системного стабилизатора с помощью нечеткого аппроксиматора, а также возможность реализации адаптивных систем управления на его основе. б.

На основе теории нечетких множеств предложен метод оценки эффективности адаптивных систем управления. Метод основан на расчете значения функции принадлежности переходного процесса к множеству «эталонный переходный процесс». С этой целью введен показатель «степень адаптивности», который характеризует соответствие обеспечиваемых критериев качества переходных процессов заданным при различных параметрах объекта управления. 4. Практическая значимость полученных результатов Практической значимостью обладают: 1. Метод построения системы автоматического управления возбуждением с применением нечеткого аппроксиматора в качестве блока параметрической адаптации АРВ к изменяющимся режимным условиям работы синхронного генератора, включая алгоритм синтеза самого нечеткого аппроксиматора. 2.

Метод расчета частоты напряжения по мгновенным значениям статорного напряжения, который применяется в частотных преобразователях, выпускаемых ООО НПП «ЭКРА». 3. Математические модели . цифровых адаптивных систем автоматического управления возбуждением, которые более подробно воспроизводят характеристики реальных АРВ. 4. Метод оценки эффективности адаптивных систем управления на основе теории нечетких множеств, 5. Теоретическая значимость диссертационной работы Разработан новый подкласс адаптивных систем управления, который является дальнейшим развитием систем управления с параметрической адаптацией на основе табличной модели. В диссертационной работе показана возможность применения методов теории нечетких множеств в решении задачи поиска оптимальных коэффициентов для заданной структуры регулятора путем преобразования конечного числа известных оптимальных настроек в непрерывные поверхности или пространства, Введено понятие «идеализированный АРВ», и для этой структуры получены монотонные переходные процессы одновременно по двум регулируемым переменным: напряжению статора и скольжению.

Это раскрывает потенциальные возможности регуляторов сильного действия и наглядно демонстрирует, что решение проблемы оптимального регулирования возбуждением заключается в снижении амплитудно-фазовых искажений входных сигналов АРВ, обусловленных методами их измерения и обработки, Получены закономерности, связывающие коэффициенты АРВ с параметрами эквивалентной схемы «генератор-линия-шины бесконечной мощности (ШБМ)», при соблюдении которых обеспечивается оптимальное регулирование, характеризуемое нулевым перерегулированием переходного процесса статорного напряжения и единичной степенью затухания электромеханических колебаний.

что позволяет применять нечеткий аппроксиматор в качестве средства автоматизированного расчета параметров системы регулирования возбуждением. б. Оценка содержания диссертации, ее завершенность Во введен пи обоснована актуальность темы диссертации, сформулированы цели и задачи исследования, показаны научная новизна и практическая значимость полученных результатов. В первой главе диссертационной работы дано описание современных САУВ и выполняемых ими функций. Отмечается, что для решения системных задач по демпфированию колебаний в ЭЭС необходимо найти оптимальное соотношение между коэффициентами усиления по каналам напряжения и стабилизации. Подробно рассмотрена основная концепция структурного построения САУВ.

Особое внимание уделено системному стабилизатору, а именно каналу стабилизации по отклонению частоты напряжения. Обозначена проблема возникновения амплитудно-фазовых искажений стабилизируюших сигналов и предложен метод по ее решению. Вторая ) лава посвящена вопросам комплексного математического моделирования синхронных генераторов (СГ) в составе ЭЭС.