Автореферат (Разработка структуры адаптивных систем возбуждения синхронных генераторов для демпфирования колебаний в электроэнергетических системах), страница 3

На компьютерной модели «базовой» ЭЭС «генератор-линияШБМ» методом подбора коэффициентов каналов стабилизации … длякаждого набора входных переменных необходимо получить требуемое качествопереходных процессов (j – количество каналов стабилизации, – коэффициентусиления j-ого канала стабилизации). Конечным итогом подборакоэффициентов является массив или набор опорных точек поверхности илипространства отображения (вывода) НА: , … , , … , , , … , , … , … , … , , … , где i-количество входных переменных; n-количество опорных точек;11 – n-ое значение i-ой входной переменной; … − значениякоэффициентов усиления каналов стабилизации.Опорные точки, полученные в результате моделирования и оценкикачества переходных процессов, являются правилами, определяющимиэкспертную базу знаний НА.Экспертная база формируется на основе выражения:Правило n: ЕСЛИ (А И (А И…И (А , ТО ( ; … )Этап 6.

Здесь необходимо задать тип функций принадлежности входныхпеременных. Поскольку НА строится на основе модели Сугено 0-ого порядка,то определять тип функций принадлежности выходных переменных нетребуется. Расчет коэффициентов осуществляется согласно следующемувыражению: ∙∑ – коэффициент j-ого канала стабилизации; – заключение i-огоправила (координата опорной точки); – степень выполнения i-ого правила.Введено понятие «идеализированный АРВ», структура которогопредставлена на рисунке 2.

Идеализированный АРВ имеет канал регулированиянапряжения с коэффициентом усиления и два канала стабилизации: каналстабилизации по отклонению скорости с коэффициентом ∆ и каналстабилизации по избыточной мощности с коэффициентом ∆! . Идеализацияданной структуры заключается втом, что методы измерения иобработки входных сигналов невносятамплитудно-фазовыхискажений в выходной сигнал АРВ,т.е. каналы обратных связейявляются пропорциональными скоэффициентами равными 1. Наоснове идеализированного АРВРисунок 2 − Структурная схемавпервые показана теоретическая«идеализированного» АРВ.возможностьреализациипереходных процессов, которыехарактеризуютсянулевымперерегулированиемσ=0икоэффициентомдемпфированияэлектромеханических колебаний ζ→∞. Это подтверждает правильностьвыводов о несовершенстве применяемого в настоящее время методаформирования стабилизирующего сигнала отклонения частоты напряжения.Кроме того, идеализация структуры АРВ также показывает необоснованностьприменения нечетких ПИД регуляторов в САУВ СГ, поскольку оптимальноерегулирование возбуждения можно обеспечить на основе линейных систем.12Для идеализированного АРВ с учетом поставленных задач произведенсинтез НА, который состоял из двух этапов:1.

Синтез нечеткого ядра или нечеткой модели аппроксиматора.2. Разработка алгоритмов коррекции входных и выходных параметровНА, позволяющих учесть электромагнитные свойства, режим работы СГ ипараметры внешней сети.Посредством нечеткого двухвходового ядра аппроксиматора реализуютсяоптимальные соотношения между коэффициентами системного стабилизатора,электромеханической постоянной времени СГ и коэффициентом усилениярегуляторанапряжения.Данныезакономерностидемонстрируютсяповерхностями вывода, представленными на рисунке 3.Рисунок 3 − Поверхности вывода для коэффициентов ∆! и ∆ .Учет влияния внешней электрической сети и параметров,характеризующих скорость протекания электромагнитных процессов вгенераторе, выполнен путем коррекции входных и выходных переменных НА.Входная коррекция коэффициента позволяет учесть электромагнитныесвойства генератора:"= #$ ∙%&'б%&' ∙#$б;где )* и +, – параметры генератора, входящего в состав ЭЭС, длякоторой производиться расчет параметров АРВ; )*б и +,б – параметрыбазового генератора, на основе которого произведен расчет опорных точек.Адаптация системы управления к изменениям внешнего индуктивногосопротивления сети выполняется на основе выходной коррекции коэффициента∆ :∆ = ′∆./0(%вн ,,)%внб;где ′∆– коэффициент, рассчитанный НА; )вн – индуктивноесопротивление линии ЭЭС, для которой определяются коэффициенты АРВ;)внб – индуктивное сопротивление линии базовой ЭЭС, на основе которойпроизведен расчет опорных точек.Для обеспечения заданного качества переходных процессов пригенерации активной мощности в диапазоне 0 ≤ 6 < 0.3 для некоторых типовгенераторов необходима дополнительная коррекция.

Коэффициенты,13рассчитанные НА, необходимо умножить на величину, определяемуюследующим выражением:: 10< =! > 1;: – коэффициент коррекции по мощности; P – величина активноймощности в о.е.Результатомвведениярассмотренныхвышекорректирующихвоздействий является блок адаптации на основе НА, структурная схемакоторого представлена на рисунке 4.Рисунок 4 – Структурная схема блока адаптации на основе НА.Разработанный блок адаптации позволил выявить закономерности,связывающие коэффициенты АРВ с параметрами эквивалентной схемы«генератор-линия-ШБМ», отражающей основное движение исследуемогогенератора в ЭЭС, при соблюдении которых обеспечивается оптимальноеуправление, характеризуемое отсутствием перерегулирования переходногопроцесса статорного напряжения и единичной степенью затуханияэлектромеханических колебаний (рисунок 5).Верификация и исследование переходных процессов при большихвозмущающих воздействиях выполнены на математических моделях,применяемых ЗАО НПП «Русэлпром–Электромаш» при разработке реальныхСАУВ.

Результаты моделирования, поученные на эталонной и верифицируемоймоделях, показали, что максимальная относительная погрешностьрассогласования/расхождения не превышает 10%. Это свидетельствует овысокой степени достоверности результатов проведенного исследования.14Рисунок 5 – Переходные процессы по возмущающему (∆6 0.05) иуправляющему (∆@ 0.01) воздействиям для различных ЭЭС сгидрогенератором СВФ 1680/185-64.В пятой главе исследуются модели цифровых адаптивных САУВ,наиболее точно имитирующих реальные. Для цифровых САУВ разработанметод, позволяющий на каждой выборке определять частоту и амплитудноезначение напряжения на шинах генератора.

Согласно данному методутрехфазную машину замещают двухфазной, т.е. осуществляется переход отосей abc к осям αβ:AB @C cosG@C KAB > AHAH @C sinGLLLLLLMG- угол между преобразующим вектором @C и осью N.Далее необходимо произвести нормирование с целью сниженияпогрешности вычисления частоты, связанной с изменением амплитудынапряжения, и продифференцировать нормированные проекции:*PO*UABO P cosG T sinGAHO Тогда частотавыражением:QRSQR sinGсетевогонапряжения**SO*в**U*о.е.cosGбудетопределятьсяWG > 1WG cos GK1sinGWGWXWXVQ WX100YОсновной целью этого исследования являлась оценка эффективностиприменения разработанного НА в САУВ, в которых в качестве15стабилизирующих входных переменных используются отклонение частотынапряжения и ее производная. Исследование построено на анализе моделейдвух цифровых адаптивных САУВ.В первом варианте адаптивная система управления выполнена на основестатического регулятора напряжения.

Стабилизирующий сигнал поотклонению частоты формируется классическим способом с применениемдифференцирующего звена с большой постоянной времени. Важно еще разотметить, что большая постоянная времени необходима не только дляфильтрации высокочастотных составляющих, обусловленных методамиизмерения и операцией дифференцирования, а, в первую очередь, дляобеспечения фазового сдвига с целью получения синфазности выходногосигнала канала стабилизации с реальным отклонением частоты напряжения.Структура АРВ является неизменной за исключением значений коэффициентовусиления ∆ и ∆! , расчет которых, как и в случае с «идеальным»регулятором, осуществляется НА на основе параметров схемы «генераторлиния-ШБМ» и коэффициента усиления .Во втором варианте, наоборот, преднамеренно предполагаетсястабильность синхронной частоты в ЭЭС.

Отклонение частоты определяетсякак обычная разность: ∆VQ = VQ − 1 [о. е.]. При этом ошибка в регулированиинапряжения устраняется за счет применения астатического регуляторанапряжения, который выполнен пропорционально-интегральным. Такаяреализация АРВ предполагает минимизацию амплитудно-фазовых искаженийстабилизирующего сигнала по отклонению частотыПоказано, что снижение качества переходных процессов цифровыхадаптивных САУВ по сравнению с идеализированной структурой обусловленозаменой входных переменных системного стабилизатора, а именномеханической частоты вращения на частоту напряжения, а также,применительно к структуре со статическим регулятором напряжения,амплитудно-фазовымиискажениямистабилизирующегосигналапоотклонению частоты.Предложен метод оценки эффективности параметрической адаптациисистем управления с применением теории нечетких множеств.

Для этогопредлагается ввести такой показатель как «степень адаптивности», которыйхарактеризует соответствие обеспечиваемых критериев качества переходныхпроцессов заданным при различных параметрах объекта управления.Количественная оценка степени адаптивности САУВ к изменению параметровобъекта управления проведена на основе функций принадлежности полученныхпереходных процессов к множеству «монотонный переходный процесс». Вклассической интерпретации монотонными переходными процессами называюттакие процессы, когда производная регулируемой величины на протяжениивсего переходного процесса не изменяет свой знак.