Разработка и исследование адаптивной системы управления активной мощностью гидроагрегата ГЭС с поворотно-лопастной турбиной

Тема диссертации:

РАЗРАБОТКА И ИССЛЕДОВАНИЕ АДАПТИВНОЙ СИСТЕМЫ

УПРАВЛЕНИЯ АКТИВНОЙ МОЩНОСТЬЮ ГИДРОАГРЕГАТА  ГЭС    С ПОВОРОТНО-ЛОПАСТНОЙ ТУРБИНОЙ

СОДЕРЖАНИЕ

ВВЕДЕНИЕ. 6

1    Анализ существующей СИСТЕМЫ РЕГУЛИРОВАНИЯ АКТИВНОЙ МОЩНОСТИ ГИДРОАГРЕГАТОВ.. 12

1.1 Электрогидравлический регулятор активной мощности. 12

1.1.1 Задатчик мощности. 12

1.1.2 ПИ регулятор мощности. 14

1.1.3 Электронный формирователь комбинаторной зависимости. 16

1.2Анализ переходных процессов управления активной мощностью.. 17

1.3 Анализ систем и алгоритмов адаптивного управления многомерными объектами. 22

1.4 Постановка  задачи синтеза адаптивной системы управления. 37

2    ИДЕНТИФИКАЦИЯ МАТЕМАТИЧЕСКОЙ МОДЕЛИ ГИДРОАГРЕГАТА.. 39

2.1 Модель процесса формирования активной мощности. 39

2.2. Модель вертикальной вибрации гидроагрегата. 41

2.3 Математическая модель привода лопастей рабочего колеса и привода лопаток направляющего аппарата турбины.. 42

2.4 Обучаемая модель гидроагрегата. 45

2.5 Выводы.. 48

3    СИНТЕЗ алгоритмА УПРАВЛЕНИЯ ГИДРОАГРЕГАТОМ... 49

3.1 Постановка задачи управления активной мощностью.. 49

3.2 Алгоритм управления активной мощностью.. 52

3.3 Постановка задачи коррекции комбинаторной зависимости. 53

3.4 Алгоритм коррекции комбинаторной зависимости. 53

3.5 Выводы.. 53

4. Анализ СИСТЕМЫ АДАПТИВНОГО УПРАВЛЕНИЯ.. 53

4.1 Анализ алгоритма обучения модели привода лопастей РК.. 53

4.2 Анализ алгоритма обучения модели привода лопаток НА.. 57

4.3 Анализ алгоритма обучения модели формирования мощности. 58

ЗАКЛЮЧЕНИЕ. 61

Библиографический список. 53

Приложение A.. 54

Приложение B.. 55

Приложение C.. 56

ВВЕДЕНИЕ

Актуальность проблемы. Переход к рыночным принципам во взаимоотношениях между производителями и потребителями электрической энергии, необходимость оптимизации управления режимами работы ГЭС требуют применения научно-обоснованных методов и современных технических средств управления. При этом решение важнейших задач повышения технического уровня и конкурентоспособности отечественной электроэнергетики, выполнение требований, предъявляемых к синхронной параллельной работе с энергетическими объединениями Центральной и Западной Европы, можно обеспечить  уровнем и качеством автоматизации процессов регулирования частоты и мощности ГЭС.

Но в существующих системах технологического управления гидроагрегатами ГЭС используются технические решения 40-60 годов 20 века, базирующиеся на классических ПИД-регуляторах линейных объектов с постоянными параметрами. В системах управления гидроагрегатами с поворотно-лопастными турбинами синхронизацию углов поворота лопастей рабочего колеса (РК) турбины с положением лопаток направляющего аппарата (НА) осуществляют с помощью комбинаторной зависимости, которую определяют экспериментальными исследованиями макета гидротурбины на специальном гидродинамическом стенде. Но указанный макет существенно отличается от реальной турбины, а каждый агрегат имеет свои отличительные особенности, которые влияют на выбор оптимальных параметров системы управления и величину КПД.

Среди этих факторов следует выделить существенное отличие  конструкций водоводных трактов гидроагрегатов от трубопроводов экспериментального стенда, различие в зазорах между лопастями РК и камерой разных агрегатов, расхождение между расчетными и фактическими значениями положения лопаток НА и угла разворота лопастей РК. Кроме того, статические и  динамические характеристики синхронных генераторов зависят от величины нагрузки в сети. Поэтому существующие системы регулирования частоты и активной мощности гидроагрегатов обладают существенными (до 2%) статическими погрешностями регулирования. При этом углы установки лопаток НА изменяются с колебаниями, которые вызывают колебания давления в спиральной камере и в отсасывающей трубе, что приводит к появлению повышенной вибрации и кавитации.

С другой стороны развитие техники и технологий привело к поэтапной замене аналоговых систем управления гидроагрегатами ГЭС микропроцессорными системами. К настоящему времени разработаны эффективные алгоритмы и системы адаптивного управления, использующие обучаемые модели многомерных объектов управления (в том числе и нелинейные модели). Системы адаптивного управления с обучаемой моделью объекта управления обеспечивают существенное снижение затрат на управление и уменьшают погрешность регулирования.

Однако на рынках товаров и услуг систем адаптивного управления частотой и активной мощностью гидроагрегатов ГЭС нет. Существующие микропроцессорные системы управления гидроагрегатами ГЭС реализуют способы регулирования, разработанные для аналоговых систем, и, поэтому, не обеспечивают требуемое качество регулирования частоты и активной мощности.

Поэтому разработка и внедрение микропроцессорной адаптивной системы управления активной мощностью гидроагрегатов ГЭС являются важнейшими и неотложными задачами, обеспечивающими повышение технического уровня и усиление конкурентных позиций на мировом рынке отечественной электроэнергетики и отечественных производителей микропроцессорных систем управления гидроагрегатами ГЭС.