Робастное управление электрическим генератором с гарантией нахождения частоты вращения ротора в заданных ограничениях

Рассмотрено решение задачи управления электрическим генератором, подсоединенным к электроэнергетической сети с гарантией нахождения частоты вращения ротора в заданных разработчиком пределах. Для решения задачи используются два метода. Первый метод связан с компенсацией возмущений и позволяет выделить, а также скомпенсировать параметрическую неопределенность и возмущения в электроэнергетической сети. Параметрическая неопределенность может быть связана с неизвестными параметрами генератора и характеристиками элементов в сети (сопротивление линий электропередач, параметры трансформатора и т. п.). Возмущения связаны с внезапным изменением сопротивления в сети при изменении нагрузки в ней (включение или отключение части генераторов в сети, суточные работы на предприятиях и т. п.) или коротким замыканием в линии электропередач. Показано, что метод компенсации возмущений гарантирует нахождение частоты генератора в заданном множестве только в установившемся режиме, в то время как в переходном режиме перерегулирование может быть произвольным. При большом перерегулировании могут возникнуть аварийные ситуации, связанные с превышением частоты вращения ротора в сети тех значений, которые указаны в соответствующем техническом регламенте. Также при большом значении перерегулирования система безопасности может отключить работающий участок энергосети, не дождавшись окончания переходного режима в работающей системе управления. Для решения данной задачи дополнительно используется метод нелинейного преобразования координат, позволяющий свести задачу с ограничениями к задаче без ограничений. В дальнейшем предлагается использовать закон управления в новых координатах путем применения метода компенсации возмущений. Обратное преобразование координат гарантирует выполнение поставленной цели. Результаты моделирования подтверждают теоретические выводы.

1. Дорофеев В. В., Макаров А. А. Активно-адаптивная сеть — новое качество ЕЭС России // Энергоэксперт. 2009. № 4. С. 28—34.

2. Кобец Б. Б., Волкова И. О., Окороков В. Р. Smart grid как концепция инновационного развития электроэнергетики за рубежом // Энергоэксперт. 2010. № 2. С. 52—58.

3. Butler F. А Call to Order a Regulatory Perspective on the Smart Grid // IEEE Power & Energy Magazine. March/April. 2009. P. 16—93.

4. Farhangi Н. The Path of the Smart Grid // IEEE Power & Energy Magazine. January/February. 2010. P. 18—28.

5. Liserre M., Sauter T., Hung Y. J. Future Energy Systems // IEEE Industrial Electronics Magazine. March. 2010. P. 18—37.

6. Parks N. Energy Efficiency and the Smart Grid // Environmental Science & Technology. May. 2009. P. 2999—3000.

7. Wang J., Huang A. Q., Sung W. et al. Smart Grid Technologies // IEEE Industrial Electronics Magazine. June. 2009. P. 16—23.

8. Anderson P. M., Fouad А. Power System Control and Stability. 2nd Edition. Wiley-Interscience, IEEE Press, 2003.

9. Guo Y., Hill D. J., Wang Y. Global Transient Stability and Voltage Regulation for Power Systems // IEEE Trans. on Power Systems. 2001. Vol. 16, N. 4. P. 678—688.

10. Wang Y., Xie L., Hill D. J., Middleton R. H. Robust Nonlinear Controller Design for Transient Stability Enhancement of Power Systems // Proc. of the 31st Conf. on Decision and Control. Arizona. 1992. P. 1117—1122.

11. Astolfi A., Galaz M., Ortega R. et al. Transient Stabilization of Multimachine Power Systems with Nontrivial Transfer Conductance // IEEE Trans. on Automatic Control. 2005. Vol. 50, N. 1. P. 60—75.

12. Кузьменко А. А. Нелинейное адаптивное управление турбогенератором // Изв. РАН. ТиСУ. 2008. № 1. С. 112—119.

13. Беляев А. Н., Смоловик С. В., Фрадков А. Л., Фуртат И. Б. Робастное управление электрическим генератором при нестационарной механической мощности // Известия РАН. Теория и системы управления. 2013. № 5. С. 78—86.

14. Фуртат И. Б. Дивергентные условия устойчивости динамических систем // Автоматика и телемеханика. 2020. № 2. С. 62—75.

15. Фуртат И. Б. Робастное управление электрическим генератором с компенсацией возмущений // Изв. РАН. ТиСУ. 2011. № 5. С. 102—108.

16. Furtat I. B., Fradkov А. L. Robust control of multimachine power systems with compensation of disturbances // International Journal of Electrical Power & Energy Systems. 2015. Vol. 73. P. 584—590.

17. Павлов Г. М., Меркурьев Г. В. Автоматика энергосистем. СПб: Издание Центра подготовки кадров РАО "ЕЭС России", 2001.

18. Фуртат И. Б., Гущин П. А. Управление динамическими объектами с гарантией нахождения регулируемого сигнала в заданном множестве // Автоматика и телемеханика. 2021. № 4. С. 121—139.

19. Фуртат И. Б. Плотностные системы. Анализ и управление // Автоматика и телемеханика. 2023. № 11. С. 55—76.

20. Furtat I. B., Gushchin P. A., Nguyen В. H. Nonlinear control providing the plant inputs and outputs in given sets // European Journal of Control. 2024. Vol. 76. P. 100944. URL: https://doi.org/10.1016/j.ejcon.2023.100944

21. Фуртат И. Б. Алгоритм динамической компенсации возмущений с обеспечением сигнала управления в заданном множестве // Управление большими системами. 2016. URL: https://ubs.mtas.ru/forum/index.php?PAGE_NAME=message&FID=4&TID=1058&MID=6280#message6280