Исследование работы самонастраивающегося прогностического регулятора скорости вращения ротора синхронного генератора на киберфизической модели турбогенераторной установки

Abstract

В условиях интеграции вычислительных ресурсов в физические процессы можно говорить о киберфизических системах электроснабжения (КФСЭ). В КФСЭ, как правило, используются установки распределенной генерации (РГ). В связи с изменениями нагрузок и топологии сети необходимо проводить оптимизацию настроек регуляторов РГ для всех режимов работы. Ввиду значительной трудоемкости таких процедур более эффективный подход может быть реализован на основе регуляторов с прогнозирующим звеном. В работе представлено описание киберфизической модели установки РГ и приводится описание самонастраивающегося прогностического регулятора скорости вращения ротора синхронного генератора. Моделирование выполнено в пакете Simulink системы MatLab. Исследовалась эффективность предлагаемого регулятора в нормальных и аварийных режимах. Результаты проведенных экспериментов показали его преимущества и эффективность в сравнении с типовым: провал скорости ротора снижался в среднем на 34 %, перерегулирование уменьшалось на 32 %; при подключении мощной нагрузки перерегулирование напряжения уменьшалось на 21 %; при отключении нагрузки провал напряжения снижался на 13 %; в режиме кратковременного короткого замыкания провал скорости вращения ротора генератора уменьшался в 1,3 раза и в 2,6 раза снижалось перерегулирование этой величины

Under the conditions of integration of computing resources into physical processes, we can talk about cyber-physical power supply systems (CPPS). In CPPS, as a rule, distributed generation (DG) plants are used. Due to changes in loads and network topology, it is necessary to optimize the settings of the DG regulators for all operating modes. Due to the significant laboriousness of such procedures, a more efficient approach can be implemented on the basis of controllers with a predictive link. The paper presents a description of the cyber-physical model of the DG plant and a description of a self-adjusting predictive controller for the rotor speed of a synchronous generator. The simulation was performed in the Simulink package of the MatLab system. The effectiveness of the proposed regulator in normal and emergency modes was studied. The results of the experiments showed the advantages and effectiveness of the proposed regulator in comparison with the standard one: the generator rotor speed dip decreased by an average of 34 %, the overshoot decreased by an average of 32 %; when a powerful load was connected, the voltage overshoot decreased by 21 %; when the load was disconnected, the voltage dip decreased by 13 %; in the mode of a short-term short circuit, the dip in the rotation speed of the generator rotor decreased by 1.3 times and the overshoot of this value decreased by 2.6 times