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.
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).
1. 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.
2. Kolesnikov, A. A. Sinergeticheskaya teoriya upravleniya / A. A. Kolesnikov. - Moskva : Energoatomizdat, 1994. - 344 s.
3. 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.
4. 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.
5. Krstic, M. Nonlinear and Adaptive Control Design / M. Krstic, I. Kanellakopoulos, P. Kokotovic. New York : Wiley, 1995. - 563 p.
6. Ioannou, P. A. Robust Adaptive Control / P. A. Ioannou, J. Sun. - New York : Dover, 2012. - 848 p.
7. 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.
8. 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.
9. 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.
10. Fusco, G., Russo, M. Nonlinear control design for excitation controller and power system stabilizer. Control Engineering Practice. 2011, vol. 19, pp. 243-251.
11. 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.
12. 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.
13. Kuz´menko, A. A. Nelineynoe adaptivnoe upravlenie turbogeneratorom / A. A. Kuz´menko. Izvestiya RAN. Teoriya i sistemy upravleniya. - 2008. - № 1. - S. 112-119.
14. 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.
15. Anderson, P. M. Upravlenie energosistemami i ustoychivost´ / P. M. Anderson, A. A. Fuad. - Moskva : Energiya, 1980. - 568 s.
16. Kuznetsov, S. P. Dinamicheskiy khaos / S. P. Kuznetsov. - Moskva : Fizmatlit, 2006. - 356 s.
