Содержание к диссертации
Введение
1. АНАЛИЗ СВОЙСТВ ЭДМ КАК ОБЪЕКТА УПРАВЛЕНИЯ И РАЗРАБОТКА ТРЕБОВАНИЙ К СИСТЕМЕ УПРАШЕНИЯ
1.1. Основные задачи системы управления экспериментом на электродинамической модели 10
1.2. Выбор структуры системы управления электродинамической моделью ЕЭС СССР 15
1.3. Об управляемости моделирующей схемы при наличии ограничений по условиям устойчивости 21
2. РАЗРАБОТКА И ИССЛЕДОВАНИЕ СВОЙСТВ АСТАТИЧЕСКОГО
РЕГУЛЯТОРА МОЩНОСТИ МОДЕЛИРУЮЩЕГО ГЕНЕРАТОРА . 31
2.1. Выбор принципа астатического регулятора . 31
2.2. Методика настройки системы управления мощностью 41
2.3. Анализ возможности автоматическоро выставления предельных по устойчивости режимов 46
2.4. Исследование влияния стационарных случайных воздействий на работу регулятора мощности 51
3. УПРАШЕНИЕ СТАЦИОНАРНЫМИ РЕЖИМАМИ МОДЕЛИРУЮЩЕЙ СХЕМЫ 61
3.1. Цели и задачи алгоритмов управления 61
3.2. Оптимизация контроля стохастического процесса набора режима 66
3.3. Вторичное регулирование при управлении стационарными режимами 77
4. РАЗРАБОТКА ПРОГРАММНОГО ОБЕСПЕЧЕНИЯ СИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ ЭКСПЕРИМЕНТОМ НА ЭДМ 95
4.1. Обоснование выбора принципов построения алгоритмов управления экспериментом 95
4.2. Программная реализация алгоритмов управления 333
4.3. Мультипрограммные соглашения 115
5. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ПРОШРКА РЕЗУЛЬТАТОВ ИССЛЕДОВАНИЙ
И РАЗРАБОТОК 119
5.1. Характеристика экспериментальной установки и технических средств
5.2. Анализ экспериментов по набору режима . 123
5.3. Анализ экспериментов по ресинхронизации моделирующей схемы 133
ВЫВОДЫ 142
ЛИТЕРАТУРА 145
ПРИЛОЖЕНИЯ 158
- Основные задачи системы управления экспериментом на электродинамической модели
- Выбор принципа астатического регулятора
- Оптимизация контроля стохастического процесса набора режима
- Обоснование выбора принципов построения алгоритмов управления экспериментом
- Характеристика экспериментальной установки и технических средств
Основные задачи системы управления экспериментом на электродинамической модели
Электродинамические модели /7, 8, 59/, развивавшиеся на протяжении 30 б0 х годов по пути совместного использование физических и аналоговых моделей элементов электроэнергетических систем, получили с развитием цифровой вычислительной техники качественно новую элементную базу. Это привело к распространению за последние 10-15 лет так называемых цифро-аналого-физических комплексов (ЦАФК), в которых управляющие вычислительные машины являются неотъемлемой частью ЭДМ наряду с традиционными аналого-физическими моделями. В таких комплексах цифровая техника используется не только для математического моделирования элементов энергосистем, но и для целей управления7 моделирующей установкой. На этой базе оказалось возможным приступить к автоматизации экспериментальных исследований на электродинамических моделях. Автоматизация эксперимента является важнейшей задачей особенно для научно-исследовательских организаций, специализирующихся на решении вопросов формирования, развития и эксплуатации крупных энергообъединений, требующих проведения массовых экспериментов в моделирующих схемах большого объема.
Вопросу автоматизации эксперимента уделялось значительное внимание и до начала использования УВМ /39,42/. Однако тогда дело ограничивалось созданием отдельных автономных устройств, автоматизирующих ту или иную фазу экспериментальных работ, например программное устройство для выдачи возмущающих воздействий. Основными задачами автоматизации считались:
- обеспечение многократной повторимости одного и того же цикла экспериментов,
- измерение большого числа параметров,
- обработка большого количества результатов экспериментов.
По мере развития комплексов технических средств, расширения их функциональных возможностей расширялось, приобретало комплексный характер и представление об автоматизации, которая теперь распространяется на все этапы экспериментальных исследований /15,16,25/:
- подготовка эксперимента (выбор модельного оборудования, эквивалентные преобразования исходной расчетной схемы, расчет параметров эквивалентной схемы),
- тестовые испытания (определение действительных характеристик настроенного модельного оборудования и моделирующей схемы в шлом) /45/»
- собственно эксперимент (целенаправленное управление моделирующей схемой в реальном времени, фиксация и накапливание результатов измерений, выдача возмущающих воздействий, фиксация реакции схемы на возмущение и т.д.).
- обработка результатов экспериментов (распечатка таблиц, вывод графиков и т.д.).
class2 РАЗРАБОТКА И ИССЛЕДОВАНИЕ СВОЙСТВ АСТАТИЧЕСКОГО
РЕГУЛЯТОРА МОЩНОСТИ МОДЕЛИРУЮЩЕГО ГЕНЕРАТОРА . class2
Выбор принципа астатического регулятора
Регулирование активной мощности моделирующего генератора может быть осуществлено путем создания вторичного замкнутого контура, включающего первичный регулятор скорости, турбину и генератор, аналогично тому, как это осуществляется в натурной системе автоматического регулирования частоты и обменной мощности (АРЧИ). Однако, как было показано выше, при этом должны быть обеспечены требования равенства законов изменения мощности и отсутствия перерегулирования при всех возможных сочетаниях параметров и характеристик моделирующих звеньев, включенных в контур регулирования. Так, например, применяемые на ЭДМ простейшие "модели регулятора скорости" (МРС)Х в варианте для турбогенератора содержат лишь одно звено первого порядка, а в варианте для гидрогенератора, кроме него имеют изод-ромную обратную связь и звено, отображающее явление гидроудара. Следовательно даже в упрощенных системах привода моделирующих генераторов передаточные функции не одинаковы. Однако и при одинаковости передаточных функций могут иметь место существенно разные условия регулирования из-за различия в параметрах звеньев. В особенности это относится к крутизне угловой характеристики электромагнитной мощности, которая определяется тяжестью режима и "жесткостью" связи генератора с остальной частью энергосистемы: малая синхронизирующая мощность при слабых связях и при режимах близких к предельным значительно МРС отображают обобщенные характеристики не только натурных регуляторов скорости, но и некоторых элементов системы управления турбиной (приложение 2). ухудшает условия регулирования.
Простейшим способом достижения в этих условиях одинаковых (с заданной точностью) законов изменения мощности и отсутствия (или заданной малости) перерегулирования является искусственное замедление скорости регулирования. Однако при попытке обеспечить указанные требования таким способом во всем диапазоне характеристик и режимов пришлось бы устанавливать настолько малые скорости набора режима, что никакого выигрыша от автоматизации процесса выставления режима получить бы не удалось.
Оптимизация контроля стохастического процесса набора режима
Характерной особенностью режимов в моделирующих- схемах, так же как и в реальных энергосистемах, является наличие случайных колебаний режимных параметров. Природа этих колебаний различна. Если в моделирующих схемах они порождаются шумами в системах регулирования отдельных узлов, то в реальных энергосистемах преобладающим источником является случайные колебания нагрузок потребителей. Несмотря на различие природы, многие качественные характеристики этих колебаний схожи. Прежде всего это относится к стационарности случайных процессов.
Как известно, основными характеристиками стационарных случайных процессов являются математическое ожидание, дисперсия и корреляционная функция. Это же относится и к процессу набора режима каждым узлом, поскольку его можно представить как процесс приводимый к стационарной случайной функции вида /69/: (неслучайная) составляющая. Однако в процессе набора режима контролируемым параметром является норма вектора ошибки, рассчитываемая с некоторой дискретностью. Учитывая, что количество регулируемых параметров может быть велико и что большинство из них обладают слабыми взаимными корреляционными связями, норму вектора ошибки можно характеризовать, как случайную величину с изменяющимися во времени числовыми характеристиками. Соответственно удобным оказывается рассматривать как случайные величины и компоненты, участвующие в формировании нормы вектора ошибки. Принимая это положение, будем считать, что случайная величина - результат измерения регулируемого параметра при наборе режима - распределена по закону, характеризующему ее в установившемся режиме. Исследование законов распределения результатов измерения независимых параметров в установившемся режиме проводились с помощью программы статистических испытаний, которая обеспечивает формирований статистического ряда и расчет основных числовых характеристик закона распределения на основании 10000 измерений сигнала с интервалом около I мс. На рис.3.1 представлены некоторые гистограммы плотности распределения сигналов с выхо-довдатчиков мощности в установившемся режиме.
Обоснование выбора принципов построения алгоритмов управления экспериментом
Одним из основных условий успешной разработки программного обеспечения для подобных автоматизированных систем научных исследований является максимальная формализация методики проведения эксперимента. Однако исчерпывающая формализация здесь, как правило, невозможна, т.к. любое исследование содержит элемент творчества, которое основывается на интуиции и опыте исследователя. Поэтому полностью автоматизировать процесс экспериментальных исследований чрезвычайно трудно.
Удовлетворительные результаты здесь дают интерактивные системы реального времени.которые позволяют оперативно планировать стратегию эксперимента в режиме диалога с исследователем /3D9/. В таких системах имеется ряд формализованных функциональных блоков, обеспечивающих выполнение характерных действий, а взаимодействие этих блоков обеспечивается командами исследователя, контролирующего ход эксперимента. В некоторых случаях, когда стратегию эксперимента можно формализовать полностью, взаимодействие функциональных блоков могло бы определяться не командами исследователя, а командами программы более высокого уровня в которой эта стратегия задана. Такая возможность тоже должна быть предусмотрена, чтобы наиболее полно использовать возможности автоматизированной системы управления.
Вассмотрим с этих позиций структуру наиболее часто проводимых экспериментальных исследований. Большинство из них можно представить в виде совокупности следующих функциональных блоков:
1. Набор режима однозначно определенного уставками регулируемых параметров.
2. Ресинхронизация с последующим выставлением исходного режима в случае если заданный режим оказался неустойчивым.
3. Опрос всех датчиков имеющихся в моделирующей схеме (запись режима).
4. Распечатка или вывод на экран дисплея всех или части результатов опроса.
5. Выдача возмущающих воздействий.
6. Регистрация реакции моделирующей схемы на возмущающие воздействия.
7. Запись результатов проведенного эксперимента на внешнее запоминающее устройство (ВЗУ).
8. Считывание с ВЗУ ранее подготовленных условий проведения очередного эксперимента.
9. Подготовка данных, определяющих условия проведения эксперимента (серии экспериментов).
class5 ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ПРОШРКА РЕЗУЛЬТАТОВ ИССЛЕДОВАНИЙ
И РАЗРАБОТОК class5
Характеристика экспериментальной установки и технических средств
Практическая проверка результатов данной работы осуществлялась на моделирующей схеме ЕЭС СССР. В это время (10.1982-6.1983) на ЭДМ НИИПТ проводился очередной этап исследований надежности и живучести ЕЭС СССР на уровне 1987-1990 гг. развития. Моделирующая схема ЕЭС СССР, реализующая расчетную схему ЕЭС СССР, выпущенную Энергосеть проектом, включала в себя 37 генераторных узлов, 64 комбинированные: нагрузки и 137 линий (рис.5.Г).
Основные генераторные узлы, определяющие режим в каждой ОЭС и по всем межсистемным связям (общим числом В), были оснащены ж обходимой аппаратурой и подключены к УВМ Благодаря этому оказалось возможным осуществлять автоматизированное воздействие на режим практически без ограничений во всем диапазоне исследуемых режимов межсистемных связей.
Информационное обеспечение системы управления составляли комплекты датчиков трехфазной активной мощности, напряжения и отклонения частоты, которыми были оснащены все управляемые генераторы. Кроме того, датчики мощности были установлены во всех линиях, образующих сечения Северо-Запад-Юг, Северо-Запад-Центр и Центр-Юг. Таким образом; общее число датчиков в системе измерений составило.
