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

Провести анализ современных САУВ, который предполагает изучениеосновных принципов их построения и функционирования, с цельювыявления достоинств и недостатков.2. На основе проведенного анализа сформулировать основные причиныили выявить основные факторы, оказывающие негативное влияние накачество переходных процессов.73. Выбрать метод моделирования, тип модели объекта управления,обеспечить адекватность и эффективность модели для реализациипоставленной цели.4. Рассмотретьперспективныенаправлениясовершенствованияавтоматических регуляторов возбуждения и методы их построения.5. На основе новых перспективных методов разработать новую, болееэффективную, или усовершенствовать существующую САУВ, чтобыулучшить качество регулирования возбуждения и сохранить его внезависимости от схемно-режимных условий работы СГ.6.

ПровестиисследованиеразработаннойСАУВ,оценитьееэффективность и соответствие поставленной цели.Научная новизна.1. Предлагаемый в диссертационной работе метод проектирования САУВявляетсядальнейшимразвитиемсистемуправленияспараметрическойадаптацией на основе табличной модели. Главным недостатком адаптивныхсистем на основе табличной модели является дискретность выбора настройки.Соответственно, в таких системах качество переходного процесса будет менятьсяв зависимости от того, насколько текущий режим близок к табличному.Адаптивные системы, спроектированные на основе представленного в даннойработе метода, лишены этого недостатка. В состав таких систем управлениявходитнечеткаямодель,осуществляющаяпараметрическуюадаптациюавтоматического регулятора, который в общем случае может быть, как линейным,так и нелинейным. По существу, экспертная база знаний нечеткой моделипредставляет собой таблицу оптимальных настроек для определенных, конечныхпо своему числу, состояний объекта управления.

Применительно к системамуправления возбуждением состояние объекта управления будет определятьсяпараметрами генератора и схемно-режимными условиями его работы. Методытеории нечетких множеств позволяют провести аппроксимацию, результатомкоторой являются поверхности или пространства вывода, и тем самым перейти от8конечного числа настроек к бесконечному. Другими словами, дискретная таблицанастроек трансформируется в непрерывные поверхности или пространства.2. Предложенный метод позволил спроектировать САУВ, которая не толькоадаптируется к изменениям схемно-режимных условий, но и решает задачуадаптации АРВ к различным типам генераторов [51, 53, 89].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 заключается вснижении амплитудно-фазовых искажений сигналов АРВ, обусловленныхметодами их измерения и обработки.4. Разработанный блок адаптации, представляющий собой нечеткийаппроксиматор, позволил выявить закономерности, связывающие коэффициентыАРВ с параметрами эквивалентной схемы «генератор-линия-шины бесконечноймощности (ШБМ)», при соблюдении которых обеспечивается оптимальноерегулирование, характеризуемое отсутствием перерегулирования в переходномпроцессестаторногонапряженияиединичнойстепеньюзатуханияэлектромеханических колебаний.5.

Применение нечеткого аппроксиматора не ограничивается адаптивнымисистемами,онможетприменятьсяотдельновкачествесредстваавтоматизированного расчета параметров АРВ для ЭЭС «генератор-линия-ШБМ».6. Для цифровых САУВ разработан быстродействующий метод расчетачастоты по мгновенным значениям статорного напряжения.7. Разработаны модели цифровых адаптивных САУВ с возможностью ихреализации на практике.8.Предложенметод,позволяющийоценитьэффективностьпараметрической адаптации.

Метод основан на расчете значения функциипринадлежности переходного процесса, оцениваемой адаптивной системой, кмножеству «эталонный переходный процесс». Для этого предлагается ввеститакойпоказателькак«степеньадаптивности»,которыйхарактеризует9соответствиеобеспечиваемыхкритериевкачествапереходныхпроцессовзаданным при различных параметрах объекта.Теоретическая и практическая значимость работы.Теоретическаязначимостьдиссертационнойработызаключаетсявразработке структуры нового класса адаптивных систем управления, в составкоторых входит нечеткая модель, позволяющая осуществлять параметрическуюадаптациюнаосновеинформацииосостоянииобъектауправления.Разработанный метод позволяет трансформировать дискретную таблицу настроекв непрерывные поверхности или пространства, что ставит под сомнениецелесообразность дальнейшего применения адаптивных систем/регуляторов стабличной моделью.

Применение данного метода не ограничивается системамиуправлениявозбуждениемгенераторов,онможетиспользоватьсядляавтоматизации управления различными процессами.Показано преимущество применения методов теории нечетких множествпри решении задачи поиска оптимальных коэффициентов для заданной структурырегулятора. Это преимущество становится более очевидным при сравнении этихметодов с широко распространенным методом D-разбиения в плоскости двухпараметров, который предполагает проведение исследования в строго заданнойплоскости.

Результатом метода D-разбиения является набор точек срезаповерхности.Дляполучениясамойкривойсрезаихнеобходимоаппроксимировать. Теория нечетких множеств позволяет с легкостью создаватьмногомерные пространства и оперировать ими, т.е. позволяет связывать междусобой n-ое количество параметров.В работе поднимается проблема правильного применения методовнечеткого управления.

Теория нечетких множеств предлагает бесконечное числовариантов реализации нелинейных ПИД законов регулирования, но не решаетпроблему выбора оптимального варианта. При этом увеличивается числостепеней свободы в настройке регулятора. На примере «идеализированного АРВ»продемонстрировано, что линейные регуляторы при соблюдении определенных10условий обеспечивают монотонность переходных процессов. В данном случаепод определенными условиями следует понимать отсутствие амплитуднофазовых искажений сигналов, характеризующих состояние объекта управления.Поскольку нечеткие регуляторы не решают проблему минимизации этихискажений,тоихприменениевсистемахуправлениявозбуждениемнецелесообразно.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. Преимущества применения частотынапряжения в САУВ для энергоблоков с ярко выраженной многомассовойструктуройочевидны.Носуществуютсистемы«первичныйдвигатель-генератор», где эффект скручивания вала незначителен и его можно не учитывать.Вданнойработепоказано,что«идеализированныйАРВ»стакимстабилизирующими величинами, как механическое скольжение и ее производная,способен обеспечить монотонный характер переходных процессов.Предложенный метод определения частоты напряжения по мгновеннымзначениям статорного напряжения применен в электроприводах с зависимыминвертором тока, выпускаемых ООО НПП «ЭКРА» (г.

Чебоксары).Говоряопрактическойзначимостиработы,необходимоотметитьследующее. В работе неоднократно повторяется, что адаптивные системыпозволяют сохранить заданное качество переходных процессов вне зависимостиот схемно-режимных условий работы СГ. При этом предполагается, чтоэквивалентирование внешней электрической сети проведено и значение внешнегоиндуктивного сопротивления линии известно.На практике дело обстоит иначе. Эквивалентирование внешней сетисогласно методу, предложенному А.А.

Юргановым и В.А. Кожевниковым,является длительным процессом. Поиск быстродействующих эффективныхалгоритмов эквивалентирования ведется как у нас, так и за рубежом, но наданный момент эта проблема окончательно не решена. Следовательно, внедрение11адаптивных САУВ будет в первую очередь зависеть от результатов этихисследований. До тех пор, пока не решена эта проблема, нечеткий аппроксиматорможет применяться в качестве средства автоматизированного расчета параметровсистемы регулирования.Методология и методы исследования.Для решения поставленных в диссертационной работе задач использовалисьметоды теории автоматического управления, теории нечетких множеств и теорииэлектрических машин.В качестве основного метода исследования использовалось компьютерноемоделирование с применением численных методов решения нелинейныхдифференциальных уравнений.Положения, выносимые на защиту.На защиту выносятся следующие положения:1.

Метод построения адаптивных систем управления на основенечеткого аппроксиматора.2. Выявленные закономерности, связывающие коэффициенты АРВ спараметрами эквивалентной схемы «генератор-линия-ШБМ», присоблюдении которых обеспечивается оптимальное регулирование,характеризуемое отсутствием перерегулированияв переходномпроцессе статорного напряжения и единичной степенью затуханияэлектромеханических 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.12Степень достоверности и апробация результатов.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.Теоретические и практические результаты работы докладывались иобсуждались на: VIIМеждународном 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-практической конференции«Современные проблемы науки, технологий, инновационной деятельности» (г.Белгород, 2017 г.), на заседаниях кафедры «Электрические системы и сети»Санкт-Петербургского государственного политехнического университета имениПетра Великого.По теме диссертации опубликовано 7 печатных работ, из них 4 – визданиях, рекомендованных перечнем ВАК.