Автореферат (Разработка структуры адаптивных систем возбуждения синхронных генераторов для демпфирования колебаний в электроэнергетических системах), страница 2

Это преимущество становится более очевидным присравнении этих методов с широко распространенным методом D-разбиения в6плоскости двух параметров, который предполагает проведения исследования встрого заданной плоскости. Результатом метода D-разбиения является наборточек среза поверхности. Для получения самой кривой среза их необходимоаппроксимировать. Теория нечетких множеств позволяет с легкостью создаватьмногомерные пространства и оперировать ими, т.е. позволяет связывать междусобой n-ое количество параметров.В работе поднимается проблема корректного использования методовнечеткого управления.

Теория нечетких множеств предлагает бесконечноечисло вариантов реализации нелинейных ПИД законов регулирования, но нерешаетпроблемувыбораоптимальноговарианта.Напримере«идеализированного АРВ» показано, что линейные регуляторы способныобеспечить монотонность переходных процессов при условии отсутствияамплитудно-фазовых искажений сигналов, характеризующих состояниеобъекта управления. Нечеткие регуляторы не решают проблему минимизацииэтих искажений, поэтому их применение в системах управления возбуждениемнецелесообразно.Понятие «идеализированный АРВ» косвенным образом затрагивает ипроблему эффективности применения тех или иных физических величин вкачестве стабилизирующих входных переменных.

Речь идет о механическойчастоте вращения и частоте напряжения. В данной работе показано, что«идеализированный АРВ» с таким стабилизирующими величинами какмеханическое скольжение и ее производная, способен обеспечить монотонныйхарактер переходных процессов.Предложенный метод определения частоты напряжения по мгновеннымзначениям статорного напряжения применен в электроприводах с зависимыминвертором тока, выпускаемых ООО НПП «ЭКРА» (г. Чебоксары).Применение НА не ограничивается адаптивными системами, он можетприменяться отдельно, в качестве средства автоматизированного расчетапараметров АРВ для эквивалентной схемы ЭЭС «генератор-линия-ШБМ».Методология и методы исследования.Для решения поставленных в диссертационной работе задачиспользовались методы теории автоматического управления, теории нечеткихмножеств и теории электрических машин.

В качестве основного методаисследования использовалось компьютерное моделирование с применениемчисленных методов решения нелинейных дифференциальных уравнений.Положения, выносимые на защиту.1. Метод построения адаптивных систем управления на основе НА.2. Выявленные закономерности, связывающие коэффициенты АРВ спараметрами эквивалентной схемы «генератор-линия-ШБМ», при соблюдениикоторых обеспечивается оптимальное регулирование, характеризующееся7отсутствием перерегулирования в переходном процессе статорного напряженияи единичной степенью затухания электромеханических колебаний.3.

Метод определения частоты напряжения по мгновенным значениямстаторного напряжения.4. Математические модели цифровых адаптивных САУВ.5. Метод оценки эффективности адаптивных САУ на основе теориинечетких множеств.Степень достоверности.Степень достоверности предложенных методов, научных выводов ирекомендаций, подтверждается корректным использованием математическогоаппарата современной теории автоматического управления, теории нечеткихмножеств, методов математического моделирования, а также сходимостьюрезультатов моделирования, полученных на верифицируемой и эталонноймоделях.Апробация работы.Основные положения диссертационной работы докладывались иобсуждались на: VII Международном симпозиуме «Фундаментальные иприкладные проблемы науки» (г. Миасс, 2012г.), XI Международной научнотехнической конференции студентов, аспирантов и молодых ученых «Энергия– 2016» (г.

Иваново, 2016 г.), Международной научно-практическойконференции «Современные проблемы науки, технологий, инновационнойдеятельности» (г. Белгород, 2017 г.), на заседаниях кафедры «Электрическиесистемы и сети» Санкт-Петербургского государственного политехническогоуниверситета имени Петра Великого.Публикации и патенты.По теме диссертации опубликовано 7 печатных работ, из них 4 – визданиях, рекомендованных перечнем ВАК. Получен патент на изобретение.Структура и объем работы.Диссертационная работа состоит из введения, пяти глав, заключения,списка литературы, включающего 91 наименование, и приложения.

Основнаячасть работы изложена на 117 страницах машинописного текста, содержит 59рисунков и 7 таблиц.8ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫВо введении обоснована актуальность темы диссертационной работы,сформулированы цели и задачи исследований, дана краткая характеристикаработы.В первой главе диссертационной работы дано краткое описаниесовременных САУВ и выполняемых ими функций. Показано, что требования,предъявляемые к САУВ, имеют внутренние противоречия.

Изменение токавозбуждения по-разному влияет на напряжение и частоту вращения генератора,а именно эти выходные переменные определяют качество электроэнергии иустойчивость ЭЭС. При увеличении возбуждения напряжение увеличивается засчет увеличения суммарного потока, но вместе с этим происходит увеличениеэлектромагнитного момента, который для первичного двигателя являетсятормозящим, что приводит к уменьшению скорости вращения генератора.Попытка отдельной оптимизации переходного процесса одной из выходныхпеременных негативно влияет на переходный процесс другой, что в некоторыхслучаях приводит к потере устойчивости всей системы. Для решения этих двухсистемных задач необходимо найти оптимальное соотношение междукоэффициентами усиления по каналам напряжения и стабилизации.Рассмотрена основная концепция структурного построения САУВ.Особое внимание уделено системному стабилизатору, а именно каналустабилизации по отклонению частоты напряжения.

Сформулирована проблема,возникающая при формирования стабилизирующего сигнала по отклонениючастоты: определить точное значение отклонения частоты напряжения непредставляется возможным, поскольку неизвестно, как в результатепереходного процесса изменится установившееся значение синхроннойскорости. Показаны недостатки применяемого метода формированиястабилизирующего сигнала по отклонению частоты и выявлены причины,оказывающие негативное влияние на качество переходных процессов, которыезаключаются в следующем: в реальных САУВ, сигнал отклонения частотызаменяется ее производной, сдвинутой на четверть периода в сторонузапаздывания.

Это и является основной причиной возникновения амплитуднофазовых искажений стабилизирующих сигналов. В свою очередь дляобеспечения оптимального регулирования необходимо демпфироватьэлектромеханические колебания на начальном этапе их развития, а данныйметод не позволяет осуществить это из-за переходного процесса в самом каналестабилизации.Вторая глава посвящена вопросам комплексного математическогомоделирования СГ в составе ЭЭС.

Рассмотрены основные подходы кпостроению моделей СГ в составе ЭЭС, их преимущества и недостатки.Приведено математическое описание основных компонентов модели, вчастности, первичного двигателя, самого СГ и внешней электрической сети.Для проведения исследований, связанных с разработкой САУВ, СГдолжен быть представлен моделью, которая наиболее полно отражает реальные9процессы. Линеаризованные модели имеют ограничения, связанные сневозможностью их применения при больших возмущающих воздействиях.Исходя из этого, СГ представлен нелинейной dq-моделью, основанной наполной системе уравнений Парка-Горева. Насыщение магнитной системы СГучитывается с помощью коэффициента , который представляет собойпроизводную от нормальной характеристики холостого хода.В третей главе рассматриваются основные понятия теории нечеткихмножеств.

Дается описание структуры нечеткой модели, её основныхэлементов и операций. Рассматриваются основные этапы синтеза нечеткихсистем управления и дается классификация нечетких моделей, их краткаяхарактеристика и особенности.На примере синтеза нечеткого двухвходового регулятора показантрадиционный подход к разработке структур управления на основе нечеткойлогики. Проведена оценка полученной структуры, выявлены ее основныенедостатки и показана нецелесообразность реализации классических структуррегуляторов в нечетком виде для управления возбуждением генераторов.Сформулированы основные противоречия, которые могут возникнуть прииспользовании нейронечетких методов построения систем управлениявозбуждением.

Особое внимание уделено тому, что нечеткий регулятор,спроектированный на основе правил экспертной базы знаний классическойтеории автоматического управления, не способен сохранить заданное качестворегулирования при изменении параметров объекта управления, посколькуимеет жесткую структуру и строго определенный алгоритм управления.В четвертой главе представлен новый метод построения адаптивныхсистем на основе НА. В общем виде сформулирована основная задачаадаптивного управления возбуждением, которая сводится к следующему: какдолжны изменяться коэффициенты каналов стабилизации при изменениипараметров ЭЭС и коэффициента усиления регулятора напряжения, чтобыпереходные процессы по управляющему и возмущающему воздействиям имелибы апериодический или монотонный характер. Ввиду нелинейности объектауправления, в состав которого входит СГ и внешняя электрическая сеть,решение данной задачи аналитическими методами затруднено.

Выявитьзакономерности, связывающие оптимальные коэффициенты АРВ спараметрами объекта управления, возможно на основе методов теориинечеткой логики. Согласно теореме FAT (Fuzzy Approximation Theorem) любаяматематическая система, в том числе и нелинейная, может бытьаппроксимирована системой, основанной на нечеткой логике. Для решениязадачи параметрической адаптации предлагается ввести в состав САУВ СГ НА,который должен решать следующее подзадачи:1. Определять оптимальную настройку АРВ для всех схемно-режимныхусловий работы генератора.2.

Адаптировать САУВ для различных типов СГ.10Вторая подзадача является не менее важной. Если НА будетразрабатываться под конкретный тип генератора, то процедура настройки такойсистемы при переходе на другой генератор будет сопоставима с разработкойновой системой управления.Реализовывать всю адаптивную систему управления в нечетком виденецелесообразно. АРВ должен быть вынесен за пределы нечеткой части иреализован линейно. Это позволит существенно сократить количество правилэкспертной базы знаний за счет сокращения входных переменных нечеткоймодели. В результате такого построения САУВ разделяется условноразделяется на две части: АРВ и НА (рисунок 1).Предложен общий алгоритм синтеза основополагающего элементаадаптивной САУВ СГ – НА.Этап 1.

Задать требуемое качество переходных процессов, т.е.определить предельные минимально или максимально допустимые значенияпоказателей качества переходных процессов: максимальное перерегулирование,минимальный коэффициент демпфирования, максимальное время переходногопроцесса и т. д.Этап 2. Определитьпараметры эквивалентнойсхемы ЭЭС «генераторлиния-ШБМ», на основекоторой будет проводитьсясинтез НА. В дальнейшемэта эквивалентная схемабудетназываться«базовой».Этап 3. Определитьпараметры, которые будутРисунок 1 − Функциональная схемаиспользоваться в качествеадаптивной САУВ на основе НА.входныхпеременныхНА: … .Этап 4. Определить выходные параметры НА. Выбор будет определятсяструктурой АРВ для которой производится синтез НА.Этап 5.