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

Федеральное государственное автономное образовательное учреждениевысшего образования«Санкт-Петербургский политехнический университет Петра Великого»На правах рукописиСедойкин Дмитрий НиколаевичРАЗРАБОТКА СТРУКТУРЫ АДАПТИВНЫХ СИСТЕМ ВОЗБУЖДЕНИЯСИНХРОННЫХ ГЕНЕРАТОРОВ ДЛЯ ДЕМПФИРОВАНИЯ КОЛЕБАНИЙ ВЭЛЕКТРОЭНЕРГЕТИЧЕСКИХ СИСТЕМАХСпециальность 05.14.02 – Электрические станции и электроэнергетическиесистемыДИССЕРТАЦИЯна соискание ученой степеникандидата технических наукНаучный руководительдоктор технических наук,профессор А.А.

ЮргановСанкт-Петербург 20182ОГЛАВЛЕНИЕВВЕДЕНИЕ……………………………………………………………………...4ГЛАВА 1. СОВРЕМЕННЫЕ СИСТЕМЫ АВТОМАТИЧЕСКОГОУПРАЛЕНИЯ ВОЗБУЖДЕНИЕМ СИНХРОННЫХ ГЕНЕРАТОРОВ….....131.1 Функции современных систем управления возбуждением синхронныхгенераторов……………………………………………………………………. 131.2 Реализация системных функций в современных российских АРВ…….151.3 Выводы по главе 1………………………………………………………… 23ГЛАВА 2. МАТЕМАТИЧЕСКАЯ МОДЕЛЬ ЭНЕРГОБЛОКА В СОСТАВЕЭЛЕКТРОЭНЕРГЕТИЧЕСКОЙ СИСТЕМЫ...................................................252.1 Основные методы моделирования синхронного генератора,работающего в энергосистеме………………………………………………...252.2 Моделирование первичного двигателя.……………………………..........272.3 Основные допущения, принимаемые при исследовании электрическихмашин…………………………………………………………………………...292.4 Модель генератора, работающего в энергосистеме……………………...302.5 Выводы по главе 2………………………………………………………… 37ГЛАВА 3.

НЕЧЕТКИЕ СИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ………………………...383.1 Основные понятия теории нечеткой логики……………………………...383.2 Основные принципы построения нечетких систем управления………...433.3 Основные типы нечетких моделей………………………………………..473.4 Статический нечеткий регулятор возбуждения………………………….493.5 Выводы по главе 3………………………………………………………….55ГЛАВА 4. АДАПТИВНАЯ САУВ НА ОСНОВЕ НЕЧЕТКОГОАППРОКСИМАТОРА…………………………………………………………574.1 Постановка задачи ….……………………………………………….……574.2 Метод построения адаптивной САУВ на основе нечеткогоаппроксиматора……………………………………………………………..….5834.3 Адаптивный «идеализированный» АРВ……………………………….…654.3.1 Понятие «идеализированный» АРВ……………………………….……654.3.2 Синтез нечеткого аппроксиматора………………………………….…..664.3.3 Входная и выходная коррекция нечеткого аппроксиматора………….724.3.4 Оценка эффективности адаптивной системы управления сидеализированным АРВ………………………………………………………..754.4 Сравнение адаптивного АРВ на основе нечеткой логики с цифровымрегулятором АРВ-РЭМ700…………………………………………………….844.5 Выводы по главе 4……………………………………………………….…89ГЛАВА 5.

ИССЛЕДОВАНИЕ ЦИФРОВЫХ АДАПТИВНЫХАВТОМАТИЧЕСКИХ РЕГУЛЯТОРОВ ВОЗБУЖДЕНИЯ……………..…..925.1 Постановка задачи…………………………………………………….……925.2 Метод определения частоты напряжения на шинах генератора…….….935.3 Адаптивный цифровой АРВ со статическим регуляторомнапряжения…………………………………………………………………..….955.4 Адаптивный цифровой АРВ с астатическим регуляторомнапряжения………………………………………………………………….…1035.5 Сравнительный анализ адаптивных систем управления…………….…1125.6 Проблема практической реализации адаптивных САУВ………………1155.7 Выводы по главе 5………………………………………………………...116ЗАКЛЮЧЕНИЕ ..……………………………………………………….........118СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ……..……………………………………………...121ПРИЛОЖЕНИЕ………………………………………………………….……1314ВВЕДЕНИЕАктуальность темы исследования.Электроэнергетическая система (ЭЭС) принадлежит к классу сложныхнестационарных систем, которые изменяются как во времени, так и впространстве и характеризуются разветвленной структурой и значительнымколичеством взаимосвязанных и взаимодействующих элементов и подсистем.Связи между ее элементами и событиями носят вероятностный характер исуществуют в виде вероятностных закономерностей.

Способность системыкомпенсировать внешние или внутренние воздействия, направленные нанарушение её функционирования или на переход в необратимое состояние,определяет понятие ее устойчивости. В свою очередь, структурная устойчивостьтаких сложных нестационарных систем будет определяться наименьшейустойчивостью ее составных элементов. Этот закон носит общий характер иотноситсяковсемсистемам:физическим,психическим,социально-экономическим и другим.Одной из основных задач обеспечения надежного функционирования ЭЭСявляется устойчивая работа генерирующих агрегатов.

В свою очередь, она взначительной степени определяется их системой управления возбуждением.К числу первых работ, являющихся основой теории устойчивостиэнергетических 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 этихработах придается большое значение системам регулирования возбуждения какодному из основных средств повышения устойчивости энергосистем [49].

Наоснове этих трудов начинает формироваться идеология построения системрегулирования возбуждения. На начальных этапах своего развития регулированиевозбуждения велось по отклонению статорного напряжения с возможностьюрелейной форсировки возбуждения, позволяющей увеличить динамическуюустойчивость при тяжелых авариях. Однако такое построение структурырегулирования возбуждением не позволяло решить проблему эффективного5демпфирования синхронных качаний. Качественный скачок в развитии системрегулирования возбуждения связан с разработкой автоматических регулятороввозбуждения (АРВ) сильного действия. Введение стабилизирующих каналов попроизводным режимных параметров позволило повысить точность регулированиянапряжения,обеспечитьвысокиепределыстатическойидинамическойустойчивости за счет более эффективного демпфирования электромеханическихколебаний.

Концепция сильного регулирования, разработанная в середине 50 - хгодов, не потеряла своей актуальности и на сегодняшний день, более того, всесовременные российские и зарубежные системы автоматического управлениявозбуждением (САУВ) строятся именно по этим принципам. Основное различиесовременных систем заключается в их аппаратной реализации. Переход отаналоговой к цифровой аппаратной базе позволил не только улучшить качествореализации уже разработанных алгоритмов управления, но и открыл возможностидля создания и развития новых направлений совершенствования автоматическихрегуляторов возбуждения.Наряду с проблемой улучшения качества регулирования возбуждениемстоит проблема его сохранения при изменении схемно-режимных условий работыгенератора. Обеспечение инвариантности системы управления к изменениюпараметров объекта управления реализуется применением адаптивных законоврегулирования.Степеньразработанности.Существующиесистемыуправлениявозбуждением, характеризующиеся жесткой структурой с фиксированнымизначениямикоэффициентовАРВ,непозволяютрешитьпроблемуинвариантности.Одним из перспективных направлений в области создания адаптивныхрегуляторов возбуждения является использование методов нечеткой логики.Аппаратнечеткойлогикипозволяетрешатьпроблемы,связанныеснелинейностью такого объекта управления как синхронный генератор (СГ).Необходимость разработки новых систем регулирования возбуждениемвызвана не только повышением требований к качеству регулирования.

Выход на6российский рынок зарубежных производителей систем возбуждения такжезаставляет искать новые, оптимальные алгоритмы управления. В настоящее времясовременные системы регулирования возбуждением российского производства нетолько не уступают зарубежным, но даже превосходят их. Тем не менеевозрастающая конкуренция со стороны зарубежных компаний вскоре можетизменить ситуацию и негативно образом отразиться на научно-техническомуровне российской энергетики.Цель и задачи.Основной целью диссертационной работы являлась разработка методовпроектирования принципиально новых структур управления возбуждением СГ,которые при переходе на цифровые технологии позволят повысить надежность ибезопасность энергосистем в нормальных и чрезвычайных ситуациях.

Реализацияэтой цели связана с комплексным решением задач улучшения качестварегулирования возбуждения и сохранения его вне зависимости от схемнорежимных условий работы СГ.Объектом исследования являлся СГ в различных схемно-режимныхусловиях его работы в энергосистеме.Предметом исследования являлись методы и алгоритмы управлениявозбуждением СГ в различных схемно-режимных условиях его работы,обеспечивающиеоптимальноерегулированиенапряженияиинтенсивноедемпфирование электромеханических колебаний.В соответствии с целью были поставлены следующие задачи:1.