Автореферат (Разработка структуры адаптивных систем возбуждения синхронных генераторов для демпфирования колебаний в электроэнергетических системах)

На правах рукописиСедойкин Дмитрий НиколаевичРАЗРАБОТКА СТРУКТУРЫ АДАПТИВНЫХ СИСТЕМВОЗБУЖДЕНИЯ СИНХРОННЫХ ГЕНЕРАТОРОВ ДЛЯ ДЕМПФИРОВАНИЯКОЛЕБАНИЙ В ЭЛЕКТРОЭНЕРГЕТИЧЕСКИХ СИСТЕМАХСпециальность: 05.14.02 – Электрические станциии электроэнергетические системыАвторефератдиссертации на соискание ученой степеникандидата технических наукСанкт-Петербург 2018Работавыполненавфедеральномгосударственномавтономномобразовательном учреждении высшего образования «Санкт-Петербургскийгосударственный политехнический университет имени Петра Великого».Научный руководитель:доктор технических наук, профессорЮрганов Алексей АнатольевичОфициальные оппоненты:доктор технических наук, профессор,ректор ФГАОУ ДПО«Петербургский энергетическийинститут повышения квалификации»Назарычев Александр Николаевичкандидат технических наук,начальник центра удаленногоуправления и безопасностиАО «Научно-технический центрфедеральной сетевой компанииединой энергетической системы»Сорокин Дмитрий ВладимировичВедущая организация:ФГБОУ ВО «Национальныйисследовательский университет«МЭИ»Защита состоится «21» декабря 2018 г.

в 11:00 часов на заседаниидиссертационного совета Д 212.229.11 ФГАОУ ВО «Санкт-Петербургскийгосударственный политехнический университет Петра Великого» по адресу:195251, Санкт-Петербург, ул. Политехническая, д. 29, главное здание, ауд. 118.С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке и на сайте ФГАОУ ВО«Санкт-Петербургский государственный политехнический университет ПетраВеликого» www.spbstuАвтореферат разослан «____» ______________ 2018 г.Ученый секретарьдиссертационного совета Д 212.229.11кандидат технических наук, доцентПопов Максим Георгиевич3ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫАктуальность исследования.Одной из основных задач обеспечения надежного функционированияэлектроэнергетическихсистем(ЭЭС)является устойчивая работагенерирующих агрегатов. В свою очередь, она в значительной степениопределяется системой управления их возбуждением.На начальных этапах своего развития регулирование возбуждения велосьпо отклонению статорного напряжения с возможностью релейной форсировкивозбуждения, позволяющей увеличить динамическую устойчивость притяжелых авариях.

Однако такое построение структуры регулированиявозбуждением не обеспечивало эффективного демпфирования синхронныхкачаний в ЭЭС. Качественный скачок в развитии систем регулированиявозбуждения связан с разработкой автоматических регуляторов возбуждения(АРВ) сильного действия. Введение стабилизирующих каналов попроизводным режимных параметров позволило повысить точностьрегулирования напряжения, обеспечить высокие пределы статической идинамической устойчивости за счет более эффективного демпфированияэлектромеханических колебаний.

Концепция сильного регулирования,разработанная в середине 50-х годов, не потеряла своей актуальности и насегодняшний день, более того, все современные российские и зарубежныесистемы автоматического управления возбуждением (САУВ) строятся именнопо этим принципам. Переход от аналоговой к цифровой аппаратной базепозволил не только улучшить качество реализации уже разработанныхалгоритмов управления, но и открыл возможности для создания и развитияновых направлений совершенствования АРВ. Наряду с улучшением качествапереходных процессов стоит проблема его сохранения при изменении схемнорежимных условий работы генератора.Степень разработанности. Существующие САУВ характеризуютсяжесткой структурой с фиксированными значениями коэффициентов АРВ и непозволяют решить проблему инвариантности системы управления к изменениюпараметров объекта.

Одним из возможных путей решения этой проблемыявляется применение адаптивных законов регулирования.Цель и задачи.Целью диссертационной работы являлась разработка методовпроектирования принципиально новых структур САУВ синхронныхгенераторов (СГ), которые при переходе на цифровые технологии позволятповысить надежность и безопасность энергосистем в нормальных ичрезвычайных ситуациях. Реализация этой цели связана с комплекснымрешением задач улучшения качества регулирования возбуждения и сохраненияего вне зависимости от схемно-режимных условий работы СГ.4Объектом исследования являлся СГ при различных схемно-режимныхусловиях его работы в энергосистеме.Предметом исследования являлись методы и алгоритмы управлениявозбуждением СГ при различных схемно-режимных условиях его работы,обеспечивающие оптимальное регулирование напряжения и интенсивноедемпфирование электромеханических колебаний.В соответствии с целью были поставлены следующие исследовательскиезадачи:1.

Провести анализ современных САУВ, который предполагает изучениеосновных принципов их построения и функционирования, с целью выявлениядостоинств и недостатков.2. На основе проведенного анализа сформулировать основные причиныили выявить основные факторы, оказывающие негативное влияние на качествопереходных процессов.3. Выбрать метод моделирования, тип модели объекта управления,обеспечить адекватность и эффективность модели для реализациипоставленной цели.4.

Рассмотреть перспективные направления совершенствованияавтоматических регуляторов возбуждения и методы их построения.5. На основе новых перспективных методов разработать новую, болееэффективную, или усовершенствовать существующую САУВ, улучшающуюкачество регулирования возбуждения и сохраняющую его вне зависимости отсхемно-режимных условий работы СГ.6. Провести исследование разработанной САУВ, оценить ееэффективность и соответствие поставленной цели.Научная новизна.1. Разработан метод проектирования адаптивных САУВ, которыеявляются дальнейшим развитием систем управления с параметрическойадаптацией на основе табличной модели.

Главным недостатком адаптивныхсистем на основе табличной модели является дискретность в выборе настройки.В таких системах качество переходного процесса будет меняться в зависимостиот того, насколько текущий режим близок к табличному. Адаптивные системы,спроектированные на основе предложенного в данной работе метода, лишеныэтого 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.Экспертная база знаний нечеткой модели представляет собой таблицуоптимальных настроек для определенных, конечных по своему числу,состояний объекта управления. Методы теории нечетких множеств позволяютпровести аппроксимацию, результатом которой являются поверхности илипространства вывода, и тем самым перейти от конечного числа настроек к5бесконечному.

При этом дискретная таблица настроек трансформируется внепрерывные поверхности или пространства.2. Предложенный метод позволил спроектировать САУВ, которая нетолько адаптируется к изменениям схемно-режимных условий, но и решаетзадачу адаптации АРВ к различным типам генераторов.3. Введено понятие «идеализированный АРВ». Впервые на основе этойструктуры получены монотонные переходные процессы одновременно по двумрегулируемым переменным: напряжению статора и скольжению. Показано, чторешение проблемы оптимального регулирования возбуждением заключаетсяпрежде всего в снижении амплитудно-фазовых искажений сигналов АРВ,обусловленных методами их измерения и обработки.4.

Разработанный блок адаптации на основе нечеткого аппроксиматора(НА) позволил выявить закономерности, связывающие коэффициенты АРВ спараметрами эквивалентной расчётной схемы «генератор-линия-шиныбесконечной мощности (ШБМ)», при соблюдении которых реализуетсяоптимальное регулирование, обеспечивающее отсутствие перерегулированияпереходного процесса статорного напряжения и единичную степень затуханияэлектромеханических колебаний.5.

Для цифровых САУВ разработан быстродействующий метод расчетачастоты напряжения по мгновенным значениям статорного напряжения.6. Разработаны модели цифровых адаптивных САУВ с возможностью ихреализации на практике.7.Предложенметод,позволяющийоценитьэффективностьпараметрической адаптации. Метод основан на расчете значения функциипринадлежности переходного процесса, оцениваемой адаптивной системой, кмножеству «эталонный переходный процесс». Для этого вводится такойпоказатель как «степень адаптивности», который характеризует соответствиеобеспечиваемых критериев качества переходных процессов заданным приразличных параметрах объекта управления.Теоретическая и практическая значимость работы.Теоретическая значимость заключается в разработке нового классаадаптивных систем управления, в состав которых входит нечеткая модель,позволяющая осуществлять параметрическую адаптацию на основеинформации о состоянии объекта управления. Разработанный методпроектирования позволяет трансформировать дискретную таблицу настроек внепрерывные поверхности или пространства, что ставит под сомнениецелесообразность дальнейшего применения адаптивных систем/регуляторов стабличной моделью.Показано преимущество применения методов теории нечетких множествпри решении задачи поиска оптимальных коэффициентов для заданнойструктуры регулятора.