автореферат диссертации по электротехнике, 05.09.03, диссертация на тему:Разработка и исследование адаптивной взаимосвязанной системы управления турбогенератором

РГ6 од

■ Санкт-Петербургский государственный электротехнический университет имени В.И.Ульянова(Ленина)

На правах рукописи

Мохаммед Ид АОдельэзиз Салем

РАЗРАБОТКА И ИССЛЕДОВАНИЕ АДАПТИВНОЙ ВЗАИМОСВЯЗАННОЙ СИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ ТУРБОГЕНЕРАТОРОМ

Специальность: 05.09.03 - Электротехнические комплексы и системы

включая их: управление и регулирование

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Санкт-Петербург - 1993

Работа выполнена в Санкт-Петербургском-государственном электротехническом университете

Научный руководитель - заслуженный деятель науки и техники РФ, доктор технических наук профессор Борцов Ю.А.

Официальные оппоненты:

доктор технических наук профессор Имаев Д.Х.

кандидат технических наук доцент Корженевский-Яковлев О.В.

Ведущая организация - ВНИИ электромашиностроения (Санкт-Петербург

Защита состоится 29 октября 1993 г. в час е

заседании специализированного совета К 063.36.08 Санкт-Петербург ского государственного электротехнического университета ш В.И.Ульянова(Ленина) по адресу: 197376, Санкт-Петербург, ул. Пра| Попова, 5.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке университета. Автореферат разослан "/£ " октября 1993 г.

Ученый секретарь специализированного совета

Балабух'" А. И.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность проблемы. Главной задачей автоматического гравления в крупных энергосистемах является надежное снабжение этребителей электроэнергией нормированного качества. Управление фбогенераторами, работающими в составе этих систем, направлено в грвую очередь на обеспечение соответствия между потребляемой и юизводимой мощностями при одновременном поддержании с необ-)димой точностью заданных уровней частоты и напряжения переменно тока. Это достигается регулированием возбуждения синхронных шераторов, а также мощности и частоты вращения турбоагрегатов.

Особое значение для надежной работы энергосистем имеет 5еспечение их устойчивости. Этой проблеме посвящены работы многих 1еных, в том числе А.А.Горева, П.С.Жданова, М.П.Костенко, .А.Веникова, Г.Р.Герценберга, И.А.Груздева (СССР), Э.Кимбарка, .Крэрц, П.Андерсона (США), С.Шарафа, А.Фуада (Египет) и др. В юрии электроэнергетических систем различают в основном два типа 5т0йчив0сти: статическую и динамическую. Им в теории автоматичного управления соответствуют понятия устойчивости в малом и в >льшом'(целом). ■ В Советском Союзе были разработаны наиболее Зфективные по своим системным функциям автоматические регуляторы шбуждения сильного действия. Они обеспечивают-повышение пределов гатичеекой и динамической устойчивости и достаточно хорошее ¡мпфирование электромеханических колебаний.

Вместе с тем известно, что рост мощностей современных грбогенераторов до значений порядка тысячи мегаватт сопровождайся неблагоприятный с точки зрения статической устойчивости ¡менением их электромагнитных параметров. С другой стороны, запас :тойчивости меняется с изменением ре гам а электропередачи шример, с изменением активной мощности. В связи с этим в гществующих регуляторах возбуждения применяются компромиссные ютройки из области, общей по условиям статической устойчивости ш различных режимов. Это в ряде случаев может приводить к ¡удовлетворительному демпфированию колебаний в системе.

Анализ этой проблемы и применяемых в настоящее время средств ! решения показал, что требованиям, предъявляемым к работе энер-юистем, наиболее полно удовлетворяют системы управления турбо-лераторами, обладающие в той или иной мере адаптивными свойст-

ваш. Разработке адаптивных систем управления турбогенератора» посвящен ряд работ зарубежных и отечественных ученых, в том чис. В.Г.Любарского, В.С.Образцова, А.А.Юрганова.

Необходимо отметить, что разработки в этой области носят по! в основном теоретический характер и относятся к управлен турбогенераторами почти исключительно через возбужден (управление турбогенератором в аварийных режимах - отдельн вопрос, не рассматриваемый в диссертации). Для регулирован скорости паровой турбины в нормальных режимах применяется толь: простейший пропорциональный закон управления, причем при анали статической устойчивости турбина обычно рассматривается к нерегулируемая в силу своей значительной инерционности, а иногда наличия люфтов и трения в регулирующих органах.

Однако инерционности турбины и обмотки возбуждения генерато в современных мощных агрегатах вполне сопоставимы, и уже ч сейч разрабатываются быстродействующие регуляторы скорости вращени улучшающие оба типа устойчивости. В связи с этим в данн диссертационной работе была рассмотрена возможность шлплексно быстродействующего адаптивного управления турбогенератор одновременным воздействием на возбуждение генератора и на мощное турбины с использованием успешно зарекомендовавших- себя промышленных электромеханических системах методов адаптивно управления, разработанных на кафедре систем автоматическс управления Санкт-Петербургского электротехнического университет

Целью диссертационной работы являются разработка исследование адаптивной системы управления турбогенератора предусматривающей одновременное воздействие . на возбужде! синхронной машины и на мощность первичного двигателя обеспечивающей сохранение статической устойчивости электроперед* в мощную энергосистему и высокое, достаточно стабильное качес; демпфирования электромеханических переходных процессов в услов: изменения параметров турбогенератора, обусловленных изменен! режима электропередачи.

• Методы исследования. При разработке ' математической мода турбогенератора применялись математические методы электромехан и теории автоматического управления (методы пространства состоя .чий, логарифмических частотных характеристик), а также машин методы понижения порядка шредаточных функций и нахождения кор]

гояиномов (с помощью пакета прикладных программ АРДИС). Синтез ¡аконов управления выполнялся на базе методов модального управ-¡екия, адаптивного управления, теории восстановления состояния данамических систем. Моделирование электромеханических переходных [роцессов во взаимосвязанной системе управления турбогенератором ¡ыголнялось с помощью системы моделирования СИАМ на IBM PC.

Научная новизна работы определяется' следующими результатами.

1. В отличие от применяемых в настоящее время при анализе юрмальных режимов электропередачи математических моделей турбо-■енератора, 'не учитывающих или упрощенно учитывающих регулирование [ервичного двигателя, в диссертационной работе разработана ли-[ейная математическая модель турбогенератора как взаимосвязанной истемы, достаточно полно отражающая существенные особенности ¡инамики турбины. Эта модель (в ' полном и упрощенном вариантах) :озволяет выполнять анализ статической устойчивости электро-:ередачи и производить синтез необходимых законов управления.

2. Впервые предложена общая структура комплексной системы уп-1авления турбогенератором, предусматривающая одновременное воздействие на возбуждение синхронного генератора и на мощность первич-:ого двигателя и' реализующая принципы модального и адаптивного правления.

3. Впервые разработаны модальные и адаптивные регулпоры (с талонной и ■ настраиваемой моделями) для локальных систем правления напряжением генератора и угловой скоростью урбогенератора, обеспечивающие необходимый запас статической стойчивости электропередачи и эффективное демпфирование лектромеханических процессов, а также стабильность динамических Войств системы при изменении режима электропередачи.

Практическая ценность и реализация результатов работы. азработанные алгоритмы и структуры адаптивного управления урбогенератором доведены до конкретных технических решений - схем одальных и адаптивных регуляторв, включая средства получения едостающей измерительной информации; произведен также расчет казанннх регуляторов для конкретной системы управления.

■Апробация работы и публикации. Результаты диссертационной аботц неоднократно обсуждались на научно-технических семинарах афедры систем автоматического управления Санкт-Петербургского эсударотвенного электротехнического универсиаета в 1992-1993 гг.

- 4 - .

По теме диссертации опубликована одна статья.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, списка литературы, включающего 6? наименований, и приложения. Основная часть работы изложена на 10? страницах машинописного текста. Работа содержит 58 рисунков.

КРАТКОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении отражено состояние разработок и исследований I области управления турбогенераторами, определена проблема у охарактеризована новизна постановки задачи. Сформулирована цел! диссертационной работы и перечислены основные научные результаты, выносимые на защиту.

Первая глава посвящена разработке математических моделер синхронного генератора и приводящей его ьо вращение парово:е турбины, а также анализу существующих подходов к управления турбогенераторами, работающими в составе мощных электроэнергетических систем (ЭЭС), на основе технических требований, предъявляемые к работе этих систем.

Следуя В.А.Веникову, выделяются 4 группы таких требований: • 1) качество электроэнергии; оно характеризуется главны* образом значением и частотой напряжения потребителя и допустимым! отклонениями этих величин от нормальных значений (от -5 до +10 3 для напряжения и ±0,1 Гц для частоты); 2) надежность снабжения потребителей электроэнергией; 3) живучесть ЭЭС; 4) экономичность производства и пёредачи электроэнергии.

Важнейшим условием обеспечения надежного снабжения потребителей электроэнергией нормированного качества является устойчивость ЭЭС. Обеспечение статической устойчивости традиционно - возлагается на системы управления возбуждением синхронных генераторов, в тс время как динамическую устойчивость обеспечивают управлением как возбуждением генераторов, так и моментом первичных двигателей. Статическая устойчивость должна сохраняться .при всех возможных изменениях режим г) работы ЭЭС и ее структуры. Понятие качества электроэнергии кроме требований к точности поддержания напряжения и частоты включает в себя также качество переходных процессов, щэевде всего электромеханических. Необходимо, чтобы они протекали с небольшим числом колебаний и заканчивались достаточно быстро как

- 5 -

при малых, так и при больших возмущениях.

Поддержание с требуемой точностью частоты напряжения переменного тока - задача системы автоматического регулирования частоты и мощности. К системам регулирования угловой скорости турбин предъявляются более слабые требования: чтобы обеспечить возможность оптимального распределения активной мощности между параллельно работающими агрегатами, статизм моментно-скоростной характеристики турбины должен составлять 4...5Ж от номинальной скорости вращения.

Типовой схемой электропередачи для электрических станций, оснащенных мощными (сотни магаватт) турбогенераторами, является схема, в которой турбогенератор через трансформатор и достаточно длинную линию электропередачи связан с концентрированной энергосистемой большой мощности ("шинами бесконечной мощности").

В соответствии с расчетной схемой в диссертации приведены эсновные • уравнения нерегулируемой синхронной машины в форме Парка-Горева в Именованных и относительных единицах, после чего выполнена их линеаризация. Далее произведено упрощение модели при следующих широко применяемых допущениях:

1. Демпферные контуры учитываются путем увеличения «ээффициента демпфирования в уравнении механического движения.

2. Активное сопротивление обмотки статора пренебрежимо мало.

3. Трансформаторная ЭДС и ЭДС скольжения не учитываются, так сак они почти компенсируют друг друга.

4. Члены вида шФ в уравнениях машины принимаются равными сон® ;шн - номинальная угловая скорость). Это не относится к уравнению 1вханического движения турбогенератора, где используется шювенное значение угловой скорости.

5. Рассматриваются симметричные режимы.

6. Влияние насыщения магнитной цепи машины не учитывается.

В результате упрощенная линейная модель синхронного 'енератора вместе с возбудителем в относительных единицах редставляется следующими уравнениями:

8 = ш-1, Е„ = кГ'Е" + т'Е' + к fi,

ÍP 3 q do q 4

Т.ш = M - М - D (0, и = к б f к Е\

J т г 1 ' г 5 6 q

М = к a t к Е\ Г„ £„п + Е._ = к_ и ,

Г 1 2 q Е fD fD . Б р.в

которых коэффициенты ^...к определяются выражениями

- б -

= ^КаоК^^о^' + (^+Хе)С08(бо-а)] +

= к1{Е,аОйе + +

кГ * 1 +

к4 = - НеСОЗ(бо^)]"

к5 = ^.{К^о^го]^08^-«) " ~

~ [*, ЧИ^го)[<14+Хе>С0В<°<Га> + Нвв1п<в0-а)]} •

к6 = Ко^гоЛ^кЛ^а^е)] ~ Ко/иго]к1хЛ' к2 = 1/ш= + (хч+Хе)(^+хе)3,

индексом "О" обозначены значения переменных в рабочей точке.

' В приведенных уравнениях переменные (в отклонениях) и параме тры имеют следующий смысл: б - угол нагрузки; ш - угловая скорост ротора; Мт- вращающий момент турбины; М - электромагнитный момег

генератора; (^-напряжение на выводах генератора; е^=У&/2 0)^8)^/1 - ЭДС статора, пропорциональная основному потоку, охватывающее

статор; Е1Г)=У§/2 (^М^/г, - ЭДС статора, соответствующая напряже нию возбуждения иг; ир в - выходное напряжение регулятор возбуждения; Т<т - момент инерции агрегата; - коэффицие? демпфирования; Тв - коэффициент передачи и постоянная времен возбудителя; В^,, - активное сопротивление и индуктивность лит электропередачи; остальные обозначения имеют общепринятый смысл.

При анализе динамики системы генератор-щины назначение мате матической модели паровой турбины состоит в адекватном отображен! влияния управляющего сигнала регулятора скорости на момент, рас виваемый турбиной. При исследовании электромеханических перехода, процессов регулирование режима котла не учитывается и давлен* свежего пара перед регулирующим клапаном считается постоянным.

В качестве исходной математической модели турбины взята наиболее детальная нелинейная модель Е.А.Любана и Г.А.Дорошенко. В диссертации она дополнена и уточнена следующим образом:

- учтены особенности, вносимые построением усилительно-исполнительной части современных турбин как электрогидрй'влической, а не чисто гидравлической (весьма перспективным считается применение в качестве электромеханического привода бесконтактного моментного привода на базе вентильного двигателя, работающего в режиме двигателя постоянного тока);

- учтены моментно-скоростная характеристика турбины и механические демпфирующие факторы.

Линеаризация этой модели выполнена при следующих допущениях:

а) турбина работает при полной нагрузке, в силу чего клапан цилиндра среднего давления полностью открыт и регулирование мощности (момента) .осуществляется только клапаном цилиндра высокого давления (ЦВД);

б) механизмы управления клапанами турбины не обладают сколько-нибудь заметной зоной нечувствительности, что справедливо для многих турбин; в дальнейшем влияние зоны нечувствительности исследовалось специально.

Для построения эффективного и простого закона управления турбиной необходимо' выявить наиболее существенные особенности (доминирующую динамику) ее математической модели. С этой целью построена асимптотическая логарифмическая амплитудная, частотная характеристика (ЛАХ) линеаризованной модели. При построении использована методика Г.В.Суворова приближенного построения ЛАХ сложных динамических систем. По результирующей ЛАХ составлена эквивалентная передаточная функция турбины по каналу С - Рт (С -управляющее воздействие регулятора скорости, Р - мощность турбины)

к.

Ит(р) т-------------------•

<Т84рИ)(ТвзрИ)<Та1рИ)(Тр1рИ)

Здесь Т - постоянная времени ЦВД, Тд1 - постоянная времени сервомотора ЦВД, Твз - постоянная времени гидроусилителя; Тз4 -эквивалентная постоянная времени электромеханического привода, . - доля мощности ЦВД. Последнее выражение показывает, что динамика турбины (здесь пока без учета механической инерции агрегата) при заботе с полной нагрузкой определяется динамикой части высокого

- 8 - _

давления и при этом главным образом наибольшей постоянной времеш Т , в связи с чем при синтезе управления передаточная функцш WT(p) может быть эквивалентирована звеньями более низкого порядка вплоть до первого. В дальнейшем принято Wt(р) * кт/(Тгр+1), гд< к =к,; Т = = í ,...(Т , + Т , t í , + I ,).

Т 1 Т р1 р1 S4 S3 S1

Глава завершается обзором концепций и алгоритмов управлешь турбогенераторами. Из нетрадиционных решений упор сделан на разработки, использующие принципы адаптивного управления и близкие i ним (робастное управление, системы с переменной структурой И др.)

Во второй главе на основе полученных в 1 главе моделей син хронного генератора и паровой турбины разработана линейная матема тическая модель турбогенератора в относительных единицах,позволяю щая исследовать статическую устойчивость работы генератора на сет бесконечной мощности, а также (в упрощенном варианте) 'выполнит синтез законов управления. С учетом моментно-скоростной характе ристики турбины Mt=Pt-D2ü), где Da=1, уравнение механического дви

жения агрегата принимает вид Т^ы + ш = ки(Мт-Мг), где Th=Tj/D ku=1/D, D=D1+D2. Выполнен расчет параметров конкретного турбогене ратора для двух режимов, отличающихся значениями активной мощност генератора (Р=1 и Р=1,2), и исходя из требований к точности систе мы рассчитаны простейшие пропорциональные регуляторы возбуждения (напряжения) и скорости. Полученная математическая модел регулируемого турбогенератора представляет собой взаимосвязанно систему, содержащую локальные, системы регулирования напряжения скорости, связанные между собой через механический объект.

Анализ взаимосвязанной системы, направленный на выявлен! динамических свойств локальных систем и степени их взаимосвяза! ности, показал следующее.

1. В нерегулируемом турбогенераторе переходные процессы, boj никаицие при малых изменениях нагрузки, носят сильно колебател! ный характер. Это обусловлено наличием в характеристичен полиноме взаимосвязанной системы пары комплексно-сопряжент корней с большой колебательностью. Выявлена динамическая подси< тема, являющаяся источником данного эффекта (контур из блоков передачами км/(Тир+1), ыб/р и к, на рис. 1).

2. Переходные процессы при изменении ЭДС возбуждения име1 чеТко выраженный апериодический характер. Это связано с тем, Ч' передаточная Функция генератора по напряжению содержит в числите.

чару комплексных корней, близких к комплексным корням характеристического полинома (последние, таким образом, "плохо управляемы" со стороны регулятора возбуждения). - В силу этого при синтезе управления данная передаточная функция может быть довольно точно аппроксимирована звеном первого порядка №а(р) = к0/(Тар+1 ); параметры ка, Т0 при изменении режима меняются на 30...50% .

3. Применение для управления возбуждением и скоростью простых пропорциональных законов не позволяет устранить колебательный характер динамических процессов при изменениях нагрузки генератора. Другая проблема нестационарность математической модели генератора: например, при изменении йктивной мощности, коэффициенты модели. изменяются в 1,5...5 раз. В системе с П-регулятором возбуждения это приводит к значительным вариациям запаса статической устойчивости.

В связи с этим возникает задача синтеза более эффективного управления взаимосвязанной системой. Его цель состоит в обеспечении требуемой точности.стабилизации напряжения и скорости, высокого качества демпфирования переходных процессов, достаточного быстродействия системы, а также сохранения указанных свойств при режимных вариациях параметров объекта управления.

Анализ структуры. и динамических свойств взаимосвязанной системы позволил в каждой локальной системе выделить объект управления таким образом, чтобы осуществлялось разделение целей управления. В контуре напряжения управление в основном должно быть направлено на компенсации "тяжелой" динамики "хорошо управляемой" части генератора, характеризуемой большой постоянной времени Т0; в контуре скорости основной задачей является управление комплексными корнями характеристического полинома для обеспечения хорошего демпфирования процессов и достаточной степени устойчивости. * Цель управления взаимосвязанной системой рассматривается как объединение целей управления локальными системами.

В диссертационной работе в качестве наиболее простого и эффективного средства достижения цели управления предложено применить модальное управление в обеих локальных системах. Рассчитанные модальные регуляторы возбуждения и скорости не только обеспечивают требуемые динамические свойства системы, но и в значительной мере снижают чувствительность динамики к вариациям параметров объекта управления. Огрубляющее дей^'вие примененных

законов управления усиливается с повышением быстродействия локальных систем. Последнее, однако, ограничено - например, для контура скорости требованием "мягкости" механической характеристики. Если для конкретного агрегата грубость к параметрическим возмущениям по этой причине окажется недостаточной, необходимо использовать адаптивные методы управления.

Функционирование локальных модальных регуляторов во. взаимосвязанной системе благодаря разделению целей управления приводит к сложению эффектов от каждого из регуляторов в отдельности.

Было проведено сравнение синтезированного закона управления с модальным регулятором, действующим только на возбуждение (по этому принципу действуют современные автоматические регуляторы возбуждения сильного действия - АРВ-СД). Анализ переходных процессов при изменении нагрузки показал, что система с регулятором типа АРВ-СД гораздо более колебательна. Это объясняется тем, что при использовании одного управляющего входа полином числителя передаточной функции по возмущению оказывается менее благопр^~тным.

В третьей главе на основании анализа алгоритмов адаптивного управления, используемых в электромеханических системах, .для применения в системе управления турбогенератора отобраны алгоритмы беспоисковой адаптации с эталонной и настраиваемой моделями. При этом в контуре регулирования напряжения может быть применена схема адаптации с эталонной моделью, а в контуре регулирования скорости целесообразно применение схемы с настраиваемой моделью, оказывающей щадящее влияние на исполнительные органы турбины.

Синтез адаптивной системы с эталонной моделью и комбинированной адаптацией для контура регулирования напряжения был выполнен для упрощенной Модели генератора, когда генератор и возбудитель представлены звеньями первого порядка. Моделирование системы показало ее хорошую работоспособность: при использовании параметрической, сигнальной и комбинированной адаптации ошибка по напряжению относительно эталонной модели, вызванная двукратным изменением постоянной времени генератора 1'0, уменьшается в 9-50 раз. Одновременно выяснилось, что при относительно нешироких диапазонах изменения параметров генератора сигнальная адаптация успешно справляется с параметрическими возмущениями. Поэтому в окончательном варианте адаптивная система управления возбуждением имеет более простую структуру (рис. 1), в которой используется

- 1t -

u

р.в

т ^ шб

р

3

-»G-

ГК1

ex-

рг-

T¡píT

JÍD

VicW

W1

+ и

-ю-

X

-о*-

т

к

tL

81

1 н

FT

-ку-

ак

-ю-

-о«-

211

+ О'—

к

+

- 12 -

адаптация только сигнального типа.

Адаптивный регулятор скорости с настраиваемой моделью был рассчитан и первоначально исследован в предположении, что все переменные состояния объекта измеряются ("идеальный" объект). Конкретный алгоритм адаптации был отобран из ряда известных путем сравнительного анализа. Обоснование алгоритмач в литературе отсутствующее, было дано в диссертационной работе на основе теории гиперустойчивости. При переходе к реальному объекту получение производной и интеграла от скорости и было организовано, как на рис. 2. Модальный регулятор также использует реальные производные. Сходимость оценок, вырабатываемых настраиваемой моделью (наблюдателем), к истинным, зйачёниям, обеспечивается знаковым алгоритмом адаптации. • ВкХодной сигнал релейного элемента, усредненный фильтром с малой постоянной времени г, обеспечивает адаптацию объекта. Исследование системы с "идеальным" объектом показало, что ошибка Ш скорости относительно эталонного движения при отработке начально возмущения угла нагру^. и двукратном изменении Параметров объекта по сравнению с .. номинальными уменьшается благодаря адаптации на порядок.

Четвертая гяэёе! посвящена исследованию- на ЭВМ разработанных адаптивных локалы&х бистем во взаимосвязанной системе, управления турбогенератором: КажД^й из адаптивных регуляторов (возбуждения и скорости) исследо'вался при наихудшем (по степени искажения формы переходной хар'ёк^ёристики) сочетании коэффициентов К1.. .кБ математической Модели генератора; в другой локальной системе использовался бс'Йоёной (модальный) регулятор.

На рис. 3 Нсйсазаны графики ошибки отработки взаимосвязанной системой с адаптивным регулятором возбуждения скачка задающего воздействия по напряжению. Включение регулятора уменьшает максимальную ошибку более чем в 30 раз. Аналогичные результаты были получены для адаптивного регулятора скорости. Было проведено также дополнительное исследование возможностей этого регулятора. Анализировался случай, когда органы управления турбиной обладают заметной зоной нечувствительности. Ее- ширина была установлена исходя из уровня отклонения частоты +0,15 Гц. Как видно из графиков угла нагрузки (рис. 4), в процессах, происходящих в системе' без адаптивного регулятора, появляются колебания. однако с введе1шем адаптации их амплитуда резко снижается.

(Т,р»1 )(Тар»1 ) ое (1,1*1 )(т2р+1)

0,037225800 0,033503300 0,029780600 0,026058100 0.022335600 0.018612900 0.014890400 0.011167700 0.007445170 0,003722580 0,0 .е.....................................................

.........bfiH.................. ......... ......... .....V"

.........f.../... ..¡.........i.....v,j.........j......... ......... .....;•••

il ! i ■ ¡I i ; ; ........' .........

i 1 i i" ' •

p>fe¿\ адаптации-. i tt\ « 1 « . 1

/ : i i ¡ - j ••

/ j \.ç сЦкзпфаццфй !

/J*---í : ! ¡ 1 t ч

OOOOOOû&Oo 00 0000000o 0000000000 -. 0 H fi ri t В « N в" в S

Рис. 3

0.087078300 0,07415(600 0.061234900 ' 0.048313200 0,035391500 0.022469800 0,009548100 -0.003373610 -0,016235300 -0,029217000

й..............:.............................:.......:..................;.........

! ! ! i.......!.......J.........!........J.......:.!......,..

'Vi "i...... 1 \ .........1......... ; ' ¡ i j .........i.........i.......

1 v¡ ■ •• !• ..y í......... ! í . i

j /fe) аде nmi i .........!......... 1 .........í.........j.........

■Хм- i Г\ (........¡/' Д'" ......y 'i' ! ........j^"—¡.........

.....W......1-.Ц.........i......... -^ГтТГ- .........i.........i......."i.........!........

§ 8 8 8 8 8 8 § § ОЮОйОВОЙОв ó ó i ; « d ó в t t

Рис. 4

Таким образом, отмеченные ранее достоинства разработанных регуляторов в полной мере проявились в реальной взаимосвязанной системе: каждый из адаптивных регуляторов обеспечивает высокую точность следования за эталонным движением, задаваемым эталонной или неявной эталонной моделью, при характерных ' задающих воздействиях и возмущениях по нагрузке и наличии параметрических возмущений, а также нечувствительности сервопривода турбины.

В приложении к диссертации приведен расчет параметров математической модели синхронного генератора мощностью 160 МВА.

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ И РЕЗУЛЬТАТЫ

1. В настоящей работе представлены результаты разработки и исследования системы управления, турбогенератором, работающим в составе мощной ЭЭС, предусматривающей, с целью придания системе определенных динамических свойств (в том числе адаптивных),-воздействие как на возбуждение синхронного генератора, так и на вращающий момент, развиваемый турбиной. Такой подход является перспективным, хотя и отличается от традиционного, при котором воздействие на турбину с'штается технически оправданным лишь при значительных отклонениях от нормального режима. В работе сделана попытка учесть наиболее существенные факторы, служившие обоснованием такой точки зрения. В результате учета динамики турбины турбогенератор в целом рассматривается как взаимосвязанная динамическая система, содержащая локальные системы регулирования напряжения и скорости, связанные между собой через механический объект.

2. В диссертации разработана линейная математическая модель турбогенератора как взаимосвязанной системы, пригодная для анализа электромеханических переходных процессов, статической устойчивости к синтеза управления. При синтезе законов управления для локальных систем был использован упрощенный вариант этой модели. Проведенные предварительные исследования динамики . объекта управления подтвердили имевшиеся в литературе данные о колебательных свойствах турбогенератора (и косвенно подтвердили адекватность принятой математической модели).

3. Предложена общая структура комплексной системы управления турбогенератором, реализующая принципы модального и адаптивного управления. Е контуре регулирования напряжения может быть

применена схема адаптации с эталонной моделью, а в контуре регулирования скорости целесообразно применение схемы с настраиваемой моделью. На основе теории гиперустойчивости дано обоснование (отсутствующее в литературе) используемого варианта алгоритма адаптации с настраиваемой моделью.

4. Разработаны структуры и рассчитаны модальный и адаптивный регуляторы (с эталонной и настраиваемой моделями) для локальных систем управления напряжением генератора и угловой скоростью турбоагрегата. Как показало их всестороннее исследование, разработанные средства управления обеспечивают необходимый запас статической устойчивости электропередачи, эффективное демпфирование электромеханических переходных процессов, а.также стабильность динамических свойств системы при изменении параметров турбогенератора, обусловленном изменением режима электропередачи. =

5. Выяснено, что синтезированный основной закон управления (комбинация модальных регуляторов возбуждения и скорости) обеспечивает более эффективное демпфирование колебаний в системе, чем модальный регулятор, действующий по врш. "Т/, современных регуляторов типа АРВ-СД. Обеспечивается также достаточная грубость достигаемых показателей качества к параметрическим возмущениям.'

6. Применение адаптивных регуляторов возбуждения и скорости не только обеспечивает еще большее снижение чувствительности системы к изменению ее параметров, но и гарантирует сохранение предписанной динамики системы при наличии не учитывавшихся при синтезе (и вообще трудно учитываемых) факторов - таких, например, как зона нечувствительности регулирующих органов турбины. Это позволяет говорить о том, что адаптивное управление придает системе повышенную функциональную надежность.

ПУБЛИКАЦИИ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ .

Второв В.Б., Мохаммед Ид. Об адаптивном управлении возбуждением и скоростью мощных турбогенераторов // Изв.С.-Пб.ЭТИ:: Сб. науч. тр. - С.-Пб.: 1992. - Вып. 453. - С. 68-76.

Подо. 12.10.93 г. Формат 60x84 1/16. Офсетная печать.

Печ.л. 1,0, уч.-изд.л. 1,0. Тираж 100 экз. Заказ N 228

Ротапринт С.-ПбГЭТУ 197376, Санкт-Петербург, ул. Проф.Попова, 5