Новые разработки автоматических регуляторов возбуждения синхронных генераторов

2.10.1. Робастные регуляторы

Робастность можно интерпретировать как способность регулятора поддерживать устойчивость и качество функционирования системы в различных режимных условиях, несмотря на неопределенность в описаний модели управляемого объекта. Неопределенность модели с учетом границ этой неопределенности учитывается при синтезе робастных регуляторов на базе теории робастного управления (robust control).

Синхронный генератор (СГ), работающий на энергосистему, как объект управления является существенно нелинейным и нестационарным в основных режимах его работы: номинальном, недовозбуждения и перевозбуждения. Поэтому динамика СГ с традиционным АРВ СД в режимах недовозбуждения и перевозбуждения приобретает неудовлетворительный (сильно колебательный) характер. Более эффективным является робастный регулятор (РР), демпфирующий колебания во всех режимах.

По структуре РР представляет собой динамическое звено с постоянными параметрами, описываемое передаточной функцией не выше пятого порядка. В качестве входного параметра режима используется только один, позволяющий демпфировать электромеханические процессы: отклонение частоты напряжения генератора ∆f или производная тока возбуждения или отклонение активной мощности ∆Р. Возможно построение РР с использованием ∆U, U’. Работает РР параллельно с АРВ-СД (рис.2.23).

Рис.2.24. Функциональная схема системы управления возбуждением

синхронного генератора

Программа синтеза робастного регулятора возбуждения разработана СПбГЭУ и АО «Электросила».

2.10.2. Агрегированный регулятор

Агрегированный регулятор является комплексным двухканальным устройством, согласованно управляющим возбуждением генератора и механической мощностью турбины с учетом их нелинейности, многомерности, многосвязности.

На основе разработанного в ТРТУ метода АКАР (аналитическое конструирование агрегированных регуляторов), использующего синергетический * подход, синтезированы законы управления, реализуемые двухканальным регулятором турбогенератора, работающего на сеть большой или ограниченной мощности и при работе группы турбогенераторов на соответствующую сеть.

Например, законы управления при работе турбогенератора на сеть большой мощности имеют вид:

* синергетика занимается изучением процессов совместного поведения и явлений самоорганизации в сложных нелинейных динамических системах произвольной природы – живых, технических, экономических, социальных и др.

;

,

где и – управляющие воздействия по каналу возбуждения и по каналу мощности,

– угол поворота ротора относительно синхронной оси;

– скольжение СГ;

– синхронная ЭДС СГ;

– механическая мощность турбины;

ост. – константы.

Агрегированный регулятор предотвращает системные колебания, явление электромеханического резонанса, нарушение устойчивости, обеспечивает апериодический характер переходных процессов, что проверено моделированием на ЭВМ.

2.10.3. Синергетическая модификация АРВ сильного действия

Внедрение агрегированных регуляторов – сложный процесс. Наиболее простой путь внедрения синергетических алгоритмов в энергетику – это применение синергетической модификации традиционного алгоритма АРВ сильного действия.

Суть предложенной ТРТИ(ныне ЮФУ) модификации заключается в формировании по синергетическому алгоритму управления дополнительного сигнала на систему возбуждения , суммирующегося с сигналом традиционного АРВ сильного действия:

Для турбогенератора (СГ), работающего через линию электропередачи на шины бесконечной мощности (неизменного напряжения):

где

- синхронная ЭДС СГ; угол поворота ротора относительно синхронной оси вращения; - скольжение; частота вращения СГ; - синхронная частота вращения: - отклонение напряжения СГ; - напряжение сети(шин большой мощности); - модуль собственной проводимости турбогенератора; - модуль взаимной проводимости СГ с шинами постоянного напряжения ; - углы, дополняющие до аргументы собственных и взаимных проводимостей соответственно; - постоянная времени обмотки возбуждения СГ; синхронное и переходное сопротивления СГ по оси d; параметры синергетического регулятора.

Как показали результаты моделирования системы с модифицированным алгоритмом управления возбуждением, при действии кусочно-постоянного возмущения (наброс и сброс мощности) обеспечивается стабилизация частоты вращения =0 и выходного напряжения СГ