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.
синхронный генератор, система возбуждения, параметрическая неопределённость, интегральная адаптация, синергетическая теория управления
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. 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.
2. Колесников, А. А. Синергетическая теория управления / А. А. Колесников. - Москва : Энергоатомиздат, 1994. - 344 с.
3. 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.
4. 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.
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. 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.
12. 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.
13. Кузьменко, А. А. Нелинейное адаптивное управление турбогенератором / А. А. Кузьменко // Известия РАН. Теория и системы управления. - 2008. - № 1. - С. 112-119.
14. Кузьменко, А. А. Нелинейные адаптивные законы управления турбиной судовой энергоустановки / А. А. Кузьменко // Известия РАН. Теория и системы управления. - 2012. - № 4. - С. 38-51.
15. Андерсон, П. М. Управление энергосистемами и устойчивость / П. М. Андерсон, А. А. Фуад. - Москва : Энергия, 1980. - 568 с.
16. Кузнецов, С. П. Динамический хаос / С. П. Кузнецов. - Москва : Физматлит, 2006. - 356 с.
