Vestnik of Don State Technical University Vestnik of Don State Technical University Вестник Донского государственного технического университета 1992-5980 2007 10.12737/3514 Технические науки Technical sciences Технические науки Robust nonlinear synchronous generator excitation system: integral adaptation Робастная нелинейная система возбуждения синхронного генератора: интегральная адаптация Кузьменко Андрей Александрович Kuzmenko Andrey Александрович aakuzmenko@sfedu.ru Синицын Александр Сергеевич Sinitsyn Aleksandr Сергеевич axeom18@gmail.com 07 04 2014 07 04 2014 14 1 154 161 https://zh-szf.ru/en/nauka/article/2007/view

Показано применение нового системно-кибернетического подхода к управлению синхронными генераторами энергосистем с учётом их нелинейностей, многомерности и многосвязности. Основным объектом исследования данной работы является нелинейная модель синхронного генератора, работающего на сеть большой мощности. Представлен синергетический синтез нелинейного адаптивного закона управления возбуждением синхронного генератора энергосистемы в соответствии с принципом интегральной адаптации синергетической теории управления. Синтезированный закон управления обеспечивает выполнение технологических инвариантов — стабилизацию терминального напряжения и синхронную работу с сетью, подавление пара- метрического возмущения (параметрическую робастность). Полученные результаты показали свою эффективность в задаче повышения устойчивости энергосистемы. Сравнительный анализ области устойчивости с синергетическим законом и с традиционным регулятором возбуждения синхронного генератора проиллюстрировал существенное преимущество синергетического подхода.

The application of a new system-cybernetic approach to the power system synchronous generator control with regard to their nonlinearity, multidimensionality, and multicoupling, is shown. The main study subject is a nonlinear model of the synchronous generator operating for a high power network. A synergistic synthesis procedure of the nonlinear adaptive control law for power system synchronous generator excitation in accordance with the principle of the integrated adaptation of synergetic control theory is presented. The synthesized control law provides the implementation of technological invariants, i.e. stabilization of terminal voltage, and a synchronous operation with the network, suppression of parametric perturbation (parametric robustness). The obtained results have shown their efficiency in improving power system stability problem. A comparative analysis of the stability area with the synergistic law, and with the conventional synchronous generator excitation controller has illustrated the significant advantage of the synergetic approach.

 синхронный генератор система возбуждения параметрическая неопределённость интегральная адаптация синергетическая теория управления synchronous generator excitation system parametric uncertainty integral adaptation synergetic control theory

Введение. Постиндустриальному обществу для надёжного функционирования необходимо большое количество ресурсов и энергии. В настоящее время основным видом используемой энергии по-прежнему является электроэнергия. В связи с ростом её потребления увеличивается размер энергосистем и их структурная и динамическая сложность. Это обуславливает необходимость применения вместо традиционных принципов и методов управления объектами энергосистем принципиально новых — синерго-кибернетических. Они характеризуются использованием наиболее полных нелинейных многомерных и многосвязных моделей, обеспечивают в управляемой системе выполнение желаемых технологических инвариантов — аттракторов, повышение устойчивости (технологической безопасности) энергосистем [1‒4]. О важности последнего свидетельствует крупная авария в энергосистеме США летом 2005 г.Современные сложные технические объекты и системы функционируют в условиях существенной неопределённости внутренней и внешней среды. Более того, эти условия могут носить экстремальный характер, угрожающий нормальному функционированию соответствующего технического объекта или его подсистем. К таким объектам, в частности, относятся синхронные генераторы (СГ) энергосистем. На СГ постоянно действуют внешние возмущения, зачастую выводящие систему далеко от номинального режима. Например, резкие скачки потребляемой мощности, замыкания на линиях электропередач или их обрыв и т. п. В СГ неопределённость внутренней среды связана с текущим изменением параметров его подсистем. Указанные параметры могут изменяться как в определённых интервалах, не приводящих к нарушению технологических режимов объектов, так и выходить за допустимые диапазоны, приводящие к аварийным условиям функционирования указанных сложных объектов и их подсистем. Это приводит нас к пониманию проблемы синтеза робастных законов управления и определяет необходимость построения адаптивных систем управления с целью повышения устойчивости системы возбуждения СГ за счёт уменьшения неопределённостей реального процесса (адаптивности к изменению параметров и действию внешних возмущений).

Колесников, А. А. Новые технологии проектирования современных систем управления процессами генерации электроэнергии / А. А. Колесников, Г. Е. Веселов, А. А. Кузьменко. - Москва : Издательский дом МЭИ, 2011. - 280 с. Kolesnikov, A. A. Novye tekhnologii proektirovaniya sovremennykh sistem upravleniya protsessami generatsii elektroenergii / A. A. Kolesnikov, G. E. Veselov, A. A. Kuz´menko. - Moskva : Izdatel´skiy dom MEI, 2011. - 280 s. Колесников, А. А. Синергетическая теория управления / А. А. Колесников. - Москва : Энергоатомиздат, 1994. - 344 с. Kolesnikov, A. A. Sinergeticheskaya teoriya upravleniya / A. A. Kolesnikov. - Moskva : Energoatomizdat, 1994. - 344 s. Современная прикладная теория управления : в 3 частях. Ч. II. Синергетический подход в теории управления / под. ред. А. А. Колесникова. - Москва ; Таганрог : Изд-во ТРТУ, 2000. - 559 c. Sovremennaya prikladnaya teoriya upravleniya : v 3 chastyakh. Ch. II. Sinergeticheskiy podkhod v teorii upravleniya / pod. red. A. A. Kolesnikova. - Moskva ; Taganrog : Izd-vo TRTU, 2000. - 559 c. Колесников, А. А. Синергетические методы управления сложными системами : Теория системного синтеза / А. А. Колесников. - 2-е изд., испр. - Москва : Книжный дом «ЛИБРОКОМ», 2012. - 240 с. Kolesnikov, A. A. Sinergeticheskie metody upravleniya slozhnymi sistemami : Teoriya sistemnogo sinteza / A. A. Kolesnikov. - 2-e izd., ispr. - Moskva : Knizhnyy dom «LIBROKOM», 2012. - 240 s. Krstic, M. Nonlinear and Adaptive Control Design / M. Krstic, I. Kanellakopoulos, P. Kokotovic. New York : Wiley, 1995. - 563 p. Krstic, M. Nonlinear and Adaptive Control Design / M. Krstic, I. Kanellakopoulos, P. Kokotovic. New York : Wiley, 1995. - 563 p. Ioannou, P. A. Robust Adaptive Control / P. A. Ioannou, J. Sun. - New York : Dover, 2012. - 848 p. Ioannou, P. A. Robust Adaptive Control / P. A. Ioannou, J. Sun. - New York : Dover, 2012. - 848 p. Narendra, K. S., Parthasarathy, K. Identification and control of dynamical systems using neural networks. IEEE Trans. Neural Networks. 1990, vol. 1, no. 1, pp. 4-27. Narendra, K. S., Parthasarathy, K. Identification and control of dynamical systems using neural networks. IEEE Trans. Neural Networks. 1990, vol. 1, no. 1, pp. 4-27. Shuzhi, S. S., Ge, S. S., Wang C. Direct adaptive control of a class of nonlinear systems. IEEE Trans. Neural Networks. 2002, vol. 13, no. 1, pp. 214-221. Shuzhi, S. S., Ge, S. S., Wang C. Direct adaptive control of a class of nonlinear systems. IEEE Trans. Neural Networks. 2002, vol. 13, no. 1, pp. 214-221. Huerta, H., Loukianov, A. G., Canedo, J. M. Robust multi-machine power systems control via high order sliding modes. Electric Power Systems Research. 2011, vol. 81, iss. 7, pp. 1602-1609. Huerta, H., Loukianov, A. G., Canedo, J. M. Robust multi-machine power systems control via high order sliding modes. Electric Power Systems Research. 2011, vol. 81, iss. 7, pp. 1602-1609. Fusco, G., Russo, M. Nonlinear control design for excitation controller and power system stabilizer. Control Engineering Practice. 2011, vol. 19, pp. 243-251. Fusco, G., Russo, M. Nonlinear control design for excitation controller and power system stabilizer. Control Engineering Practice. 2011, vol. 19, pp. 243-251. Ле Чан Тханг. Синтез нелинейных регуляторов переменной структуры для одного класса нелинейных объектов / Ле Чан Тханг // Вестник Дон. гос. техн. ун-та. - 2007. - Т. 7, № 4 (35). - С. 104-111. Le Chan Tkhang. Sintez nelineynykh regulyatorov peremennoy struktury dlya odnogo klassa nelineynykh ob´´ektov / Le Chan Tkhang. Vestnik Don. gos. tekhn. un-ta. - 2007. - T. 7, № 4 (35). - S. 104-111. Атрощенко, О. И. Синергетический синтез управлений для нелинейного объекта управления / О. И. Атрощенко // Вестник Дон. гос. техн. ун-та. - 2008. - Т. 8, № 3 (38). - С. 245-251. Atroshchenko, O. I. Sinergeticheskiy sintez upravleniy dlya nelineynogo ob´´ekta upravleniya / O. I. Atroshchenko. Vestnik Don. gos. tekhn. un-ta. - 2008. - T. 8, № 3 (38). - S. 245-251. Кузьменко, А. А. Нелинейное адаптивное управление турбогенератором / А. А. Кузьменко // Известия РАН. Теория и системы управления. - 2008. - № 1. - С. 112-119. Kuz´menko, A. A. Nelineynoe adaptivnoe upravlenie turbogeneratorom / A. A. Kuz´menko. Izvestiya RAN. Teoriya i sistemy upravleniya. - 2008. - № 1. - S. 112-119. Кузьменко, А. А. Нелинейные адаптивные законы управления турбиной судовой энергоустановки / А. А. Кузьменко // Известия РАН. Теория и системы управления. - 2012. - № 4. - С. 38-51. Kuz´menko, A. A. Nelineynye adaptivnye zakony upravleniya turbinoy sudovoy energoustanovki / A. A. Kuz´menko. Izvestiya RAN. Teoriya i sistemy upravleniya. - 2012. - № 4. - S. 38-51. Андерсон, П. М. Управление энергосистемами и устойчивость / П. М. Андерсон, А. А. Фуад. - Москва : Энергия, 1980. - 568 с. Anderson, P. M. Upravlenie energosistemami i ustoychivost´ / P. M. Anderson, A. A. Fuad. - Moskva : Energiya, 1980. - 568 s. Кузнецов, С. П. Динамический хаос / С. П. Кузнецов. - Москва : Физматлит, 2006. - 356 с. Kuznetsov, S. P. Dinamicheskiy khaos / S. P. Kuznetsov. - Moskva : Fizmatlit, 2006. - 356 s.