Источник: Заболотный И.П., Гришанов С.А. Метод управления динамическим режимом синхронного генератора с использованием фазовых траекторий движения ротора // Журнал Електротехнiка i електромеханiка, №1. - Харьков. - 2007. - С. 21-25.
Запропонований метод управління перехідним режимом синхронного генератора, який заснований на використанні опису фазових траєкторій руху ротора. Можливості методу управління перевірені на моделі простої електроенергетичної системи. Отримані результати підтвердили його ефективність в порівнянні методами, які використовують функції Ляпунова або методи теорії розпізнавання образів.
Предложен метод управления переходным режимом синхронного генератора, основанный на использовании описания фазовых траекторий движения ротора. Возможности метода управления проверены на модели простейшей электроэнергетической системы. Полученные результаты подтвердили его эффективность по сравнению с методами, построенными с использованием функций Ляпунова или с использованием методов теории распознавания образов.
ВВЕДЕНИЕ
Для управления переходными режимами синхронных генераторов (СГ) в устройствах противоаварийной автоматики (ПА) автоматической системы управления используются алгоритмы, позволяющие оценить зону устойчивости электроэнергетической системы (ЭЭС) либо с помощью функций Ляпунова, либо путем использования уравнений классификационной функции (КФ), определяющей классы «эталонов» устойчивой и неустойчивой работы СГ [1-5]. Однако из-за ряда допущений полученная зона устойчивости меньше реальной, что существенно снижает эффективность управления. Кроме того, существующие методы не позволяет учитывать особенности стадий переходного процесса путем адаптации математической модели в пусковом органе устройства управления.
В [5] сопоставлены зоны устойчивости генератора типа ТВВ-1000/4, полученные с помощью функций Ляпунова и на основе нелинейного уравнения КФ .
Для распознавания классов ЭЭС используют либо линейное представление решающей функции [3-4], либо нелинейные зависимости от угла вылета ротора и его производных [5].
Реализация управления переходным процессом СГ включает в себя этап получения (процесс обучения) уравнения КФ. На этом этапе при использовании простейшей модели синхронного генератора выполняются расчеты переходных процессов в ЭЭС при различных величинах возмущений и параметров ис-ходного режима с последующим разделением полученного множества на классы устойчивой и неустойчивой работы СГ и получением параметров уравнения КФ.
Таким образом, на зоны устойчивости СГ влияют не только достоверность математической модели ЭЭС, но и погрешности получения параметров уравнения КФ. Однако преимущество прямых методов оценки устойчивости, удобное определение запасов устойчивости обуславливают их использование.
Как известно, структурная перестройка энергетики и внедрение энергетического рынка сопровождаются нарушением иерархических связей существующей системы управления ЭЭС и, как следствие, наблюдается значительный рост количества технологических задач при управлении электроэнергетическими объектами, их разнообразие и интеграция через динамические ситуации, которые необходимо анализировать. Внедрение микропроцессорной техники в разные системы управления и развитие новых информационных технологий создает условия для построения интегрированных (автоматизированная и автоматическая) систем управления энергетическими объектами. Уровень использования интеллектуальных методов в построении современных устройств ПА позволяет реализовать работу последних, как адаптируемых. Понятно, что эффективность цифровых устройств ПА, особенно обеспечение адаптации модели объекта к текущему состоянию и учету особенностей протекания переходного процесса во времени, в значительной степени зависит от реализованного метода оценки ситуации ЭЭС.
Таким образом, цель работы — совершенствование методов и математических моделей, как для пусковых органов цифровых устройств ПА, так и для информационноуправляющей системы является актуальной задачей.
ОСНОВНЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ МЕТОДА УПРАВЛЕНИЯ
Модель пускового органа устройства ПА может быть представлена в виде решающего правила, с по-мощью которого, не решая систему дифференциальных уравнений, которые описывают процесс в рассмотренной системе, определяются условия устойчивости ЭЭС при возникновении аварийной ситуации. Решающее правило являет собой некоторую аппроксимацию поверхности, которая разделяет в пространстве параметров, которые характеризуют исходный режим ЭЭС и аварийную ситуацию, области устойчивой и неустойчивой работы ЭЭС.
В соответствии с [6] анализ динамической устойчивости выполняется на основании метода площадей с использованием выражения для характеристики угловой мощности и схем замещения нормального, аварийного и послеаварийного режимов. Следует отметить, что уравнения могут быть записаны не только через переходную ЭДС генератора (учет АРВ пропорционального типа), а также через синхронную ЭДС (не учет АРВ) и напряжение на шинах генератора (учет АРВ сильного действия).
Для учета физических явлений в роторе генератора предлагается использовать зависимости для асинхронной мощности генератора [7]:
ВЫВОДЫ
1. Обеспечение параллельной работы электрических станций с электрической сетью является важной задачей повышения надежности ЭЭС в условиях фундаментальных изменений функционирования электроэнергетических систем. Решение этой задачи в значительной степени зависит от эффективности работы систем управления, которые должны в условиях, когда вероятность работы электроэнергетических объектов в непредусмотренных режимах значительно выросла, должны распознавать аварийные режимы и формировать соответствующие управляющие действия.
2. Алгоритм управления переходными процессами генератора, основанный на методах теории распознавания образов расширяет эффективность управления по сравнению с алгоритмами, использующими функции Ляпунова.
3. Зоны устойчивости и неустойчивости режимов, определенные при использовании разных моделей генератора, даже более простых по структуре ЭЭС отличаются.
Сложность выделения эталонов классов устойчивых и неустойчивых режимов с помощью распознавания образов значительно растет с ростом количества информативных параметров. Существующие методики построения классификационных функций отличаются сложностью даже при тех допущениях, которые вносят дополнительные погрешности. С помощью графического изображения гиперповерхности, разделяющей зоны устойчивой и неустойчивой работы ЭЭС, показано, что она не может быть описана с достаточной точностью линейной зависимостью.
4. Разработан метод управления переходным процессом генератора на основе фазовых траекторий движения ротора. Получение классификационной функции для выделения зон устойчивости и неустойчивости работы ЭЭС менее трудоемко и не требует принятия допущений по сравнению с существующими подходами, использующими теорию распознавания образов.
5. Методику получения классификационной функции целесообразно использовать для оценки допустимости использования НАПВ генераторов.
1. Wall E., Moe M. Generation of Ljapunov function to time varying nonlinear systems//IEEE Trans. – 1969. - N5. – P. 211-216.
2. Павелла М. От общей теории Ляпунова к практическому прямому методу анализа динамической устойчивости энергосистем // Электричество. - 2000. - №6. – С. 14-26.
3. Богатырев Л.Л. Распознавание аварийных ситуаций в электроэнергетических системах // Электричество. – 1978. - N6. - С. 9-14.
4. Александров Е.П. Применение теории распознавания образов для классификации режимов сложных электрических систем // Электричество.– 1978. - N9.- С. 76-77.
5. Денисюк П. Л., Дейнечин А. В. Алгоритм управления переходным режимом синхронного генератора / Вестник Киевского политехнического института: Электроэнергетика Киев. – 1990. – Вып. 27. – С. 26-29.
6. Веников В. А. Переходные электромеханические процессы в электрических системах: Учеб. для электроэнергет. спец. вузов. – М.: Высш. шк., 1985. – 536 с.
7. Заболотный И.П., Диа Ибрагим. Разработка минимальной сложности математической модели генератора для анализа длительных переходных процессов в энергосистемах // Сборник научных трудов ДонГТУ. Серия: Электротехника и энергетика. - Донецк: ДонГТУ. – 1998. – Вып. 2. – С. 181-188.
8. Релейная защита и автоматизация энергосистем. Схемы типовых устройств и методические указания. Свердловск, изд. УПИ им. С. М. Кирова, 1984. - 50 с.
Поступила 30.08.06