Введение к работе
Актуальность проблемы. Необходимость изменения характеристик, в частности, параметров автоматического регулятора возбуждения (АРВ) при изменении условий работы синхронного генератора (СГ) в энергосистеме (ЭС) объясняет неослабевающий интерес исследователей к построению грубого регулятора, гарантирующего устойчивость и удовлетворительное качество демпфирования электромеханических колебаний. Дополнительное требование - расширение области устойчивости в режиме недовозбуждения. Расчет области статической устойчивости ЭС является одной из важных проблем энергетики. Для ее решения обычно используются анализ характера решений систем дифференциальных уравнений, частотные методы, D-разбиение, определение комплексных амплитуд переменных, непосредственный расчет корней характеристического уравнения и различные модификации этих методов. Все они доступны только очень квалифицированным исследователям, требует специальной математической подготовки и весьма трудоемки. Кроме этого, при изменении режима ЭС расчеты нужно повторять. Поэтому в начале семидесятых годов в энергосистемах Западной Европы и бывшего СССР были предприняты значительные усилия по улучшению динамических характеристик систем регулирования возбуждения, расширению их функций и совершенствованию регуляторов возбуждения.
Существующие разработки в России и за рубежом основаны на применение цифровых контроллеров, тем не менее идеология осталась прежня, идущая от аналоговых разработок (АРВ-СД).
В настоящей работе ставится актуальная задача разработки робастного (от англ. Robust - грубый) АРВ для синхронных генераторов. Для этой цели использована теория робастного управления поскольку:
неопределенность управляемого объекта закладывается в расчет робастного регулятора;
робастный регулятор представляет собой структуру звена с постоянными параметрами;
достаточно использования измеренных реальных переменных (напряжение, частота, ток возбуждения и активная мощность) в процедуре синтеза робастного регулятора.
Важность указанной проблемы привела к необходимости проведения работ при финансовой поддержке по гранту MEI № 01980007015 и АО "Электросила" по разработке АРВ нового поколения.
Цель диссертационной работы состоит в совершенствовании систем автоматического регулирования возбуждения на основе разработки достаточно простого и в то же время надежного робастного регулятора для синхронного генератора, работающего в сложной энергосистеме.
Для достижения поставленной цели в диссертации сформулированы и решены следующие задачи:
разработка принципов построения робастных АРВ;
разработка практически реализуемых структур в виде семейства робастных АРВ и их исследование моделированием;
реализация и особенности применения семейства робастных регуляторов.
Объектом исследования является система возбуждения синхронного генератора.
Методы исследования. Теоретические и прикладные разделы диссертации разработаны с применением теории робастного управления, функционального анализа, методов теории линейных систем и процедуры построения робастных регуляторов на основе Н* - оптимизации в среде TOOLBOX Robust Control, MATLAB.
Экспериментальные исследования робастных АРВ проводятся в АО "Электросила" с целью создания цифровых регуляторов возбуждения синхронных генераторов нового поколения.
Научные положения, выносимые на защиту:
-
модели синхронного генератора с учетом возмущений;
-
децентрализованный подход в построении робастных регуляторов;
-
методика построения робастных регуляторов;
-
семейство робастных регуляторов.
Новые научные результаты, подтверждающие научные положения:
принципиально показана возможность использования теории построения централизованных регуляторов для представленного в работе децентрализованного подхода;
разработаны принципы построения робастных АРВ на основе децентрализованного подхода с построением одномерных робастных регуляторов;
разработано семейство робастных регуляторов;
разработана методика построения робастных регуляторов в среде MATLAB;
выбран метод весовых функций, который для одномерных робастных регуляторов дает наиболее простые решения. Представлена процедура построения робастного регулятора.
Практическая ценность работы.
-
Полученные в диссертационной работе результаты доведены до инженерных методик расчета робастных регуляторов возбуждения в виде типовых программ в среде MATLAB.
-
Предложено семейство практически реализуемых робастных регуляторов, включаемых параллельно системным стабилизаторам отечественного (СС) и зарубежного (PSS) типов. Кроме того, типовые программы позволяют реализовать самостоятельные робастные регуляторы для АРВ, не содержащих стандартные системные стабилизаторы.
-
Проведены исследования моделированием в среде MATLAB по устойчивости и качеству робастной стабилизации различных представителей из семейства робастных регуляторов и даны рекомендации к применению при создании новых робастных промышленных АРВ.
Внедрение результатов.
Результаты диссертационной работы использовались при выполнении на кафедре Систем Автоматического Управления курсового проекта по дисциплине "Современные методы теории управления" (для магистров) а также АО "Электросила" в разработке АРВ нового поколения. Практическое применение результатов диссертационной работы подтверждается соответствующими актами о внедрении.
Апробация работы. Основные положения и результаты диссертационной работы докладывались и обсуждались на третьей ассамблее молодых ученых и специалистов (Санкт-Петербург, 1998г.), на I - й международной конференции по мехатронике и робототехнике МиР 2000, Санкт-Петербург, 29.05 - 02.06.00 и на ежегодных научно-технических конференциях профессорско-преподавательского состава ТЭТУ (Санкт-Петербург, 1997-2000 гг.).
Публикации. По теме диссертации опубликованы 2 научные работы, из них одна статья, а другая - тезисы доклада на научной конференции. 2 работы находятся в печати.
Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, списка литературы, включающего 67 наименований, и трех приложений. Основная часть работы изложена на 138 страницах машинописного текста. Работа содержит 52 рисунка и 4 таблиц. СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ Во введении обоснована актуальность темы диссертационной работы, сформулированы цели и задачи исследований, приводится краткое содержание работы по главам.
Похожие диссертации на Разработка и исследование робастных автоматических регуляторов возбуждения для синхронных генераторов
