Автоматическая настройка регуляторов частоты и обменной мощности в энергосистемах малой мощности

Цель – разработка алгоритмов самонастройки регулятора мощности в режиме нормальной эксплуатации энергоблоков локальных энергосистем с малой синхронной генерацией, способных работать как в автономном режиме, так и в параллельном режиме с внешней электрической сетью. Настройка регулятора мощности энергоблока происходит в ходе нормальной эксплуатации по показателям качества регистрируемых переходных процессов при нескольких коммутациях нагрузок с вариацией коэффициента усиления. Корректировка коэффициентов усиления по каждому из каналов регулирования осуществляется в результате его оптимизации по функции, аппроксимирующей зависимость показателя качества переходного процесса от значения коэффициента усиления с учетом разнохарактерности процессов и разномасштабности возмущений режима при набросе/сбросе мощности. В качестве показателя качества процесса используется сумма взвешенных значений перерегулирования и продолжительности процесса. Благодаря адаптации, с течением времени регулятор автоматически настраивается и качество регулирования повышается. Представлены алгоритмы самонастройки регулятора мощности при регулировании частоты в режиме изолированной работы и для регулирования обменного перетока в режиме параллельной работы MiniGrid. В отличие от самонастройки регулятора частоты, при самонастройке регулятора обменного перетока мощности по переходным функциям, связанным с коммутациями нагрузки, алгоритмом производится фильтрация высокочастотных изменений мощности в результате электромеханических колебаний. Приводятся результаты моделирования процессов самонастройки регулятора мощности для простейшей схемы с одним генератором, подтверждающие работоспособность и эффективность представленных метода и алгоритмов. Предложенный метод самонастройки регуляторов частоты и обменного перетока является перспективным для технологической доработки и использования в системах регулирования мощности MiniGrid.

1. Chen Liuyang, Chen Qing, Zhang Zhiming, Xie Ranran. Cable fault characteristics of energy storage in DC microgrids // 5th Asia Conference on Power and Electrical Engineering. 2020. https://doi.org/10.1109/ACPEE48638. 2020.9136207.

2. Zhou Xuesong, Guo Tie, Ma Youjie. An overview on microgrid technology // International Conference on Mechatronics and Automation (Beijing, 2–5 August 2015). Beijing: IEEE, 2015. P. 76–81. https://doi.org/10.1109/ICMA.2015.7237460.

3. Баринов В. А. Перспективы развития электроэнергетики России на период до 2030 г. // Анализ и прогноз. Журнал ИМЭМО РАН. 2010. № 3. С. 13–20.

4. Коломыцев В. Г., Рустамханова Г. И. Модификация временного метода Зиглера–Никольса и оптимизация параметров ПИД-регуляторов средствами Matlab // Фундаментальные исследования. 2016. № 11-3. С. 526–531.

5. Фишов А. Г., Ивкин Е. С., Гилев О. В., Какоша Ю. В. Режимы и автоматика Минигрид, работающих в составе распределительных электрических сетей ЕЭС // Релейная защита и автоматизация. 2021. № 3. С. 22–37.

6. Пат. № 2065067, Российская Федерация, F02D 31/00. Устройство для настройки регулятора частоты вращения дизель генератора / Б. А. Усик, В. Ф. Терехов; заявитель и патентообладатель Серпуховское высшее военное командно-инженерное училище ракетных войск. Заявл. 30.07.1991; опубл. 10.08.1996.

7. Пат. № 2714567, Российская Федерация, G05B 13/00. Способ автоматической настройки регулятора / С. В. Тарарыкин, А. А. Анисимов, А. И. Терехов, К. Е. Соколов; заявитель и патентообладатель Ивановский государственный энергетический университет им. В. И Ленина. Заявл. 06.05.2019; опубл. 18.02.2020.

8. Datta A., Konar S., Singa L. J., Singh K. M., Lalfakzuala A. A study on load frequency control for a hybrid power plant // Second International Conference on Electrical, Computer and Communication Technologies. 2017. https://doi.org/10.1109/ICECCT.2017.8117975.

9. Shaker H. K., Zoghby H. E., Bahgat M. E., Abdel Ghany A. M. Advanced control techniques for an interconnected multi area power system for load frequency control // 21st International Middle East Power Systems Conference (Cairo, 17–19 December 2019). Cairo: IEEE, 2019. P. 710–715. https://doi.org/10.1109/MEPCON47431.2019.9008158.

10. Karimi H., Beheshti M. T. H., Ramezani A. Decentralized voltage and frequency control in an autonomous ac microgrid using gain scheduling tuning approach // 24th Iranian Conference on Electrical Engineering (Shiraz, 10– 12 May 2016). Shiraz: IEEE, 2016. P. 1597–1602. https://doi.org/10.1109/IranianCEE.2016.7585776.

11. Satapathy P., Debnath M. K., Singh M. B., Mohanty P. K. Design of FPI controller for load frequency control of a nonlinear power system // Technologies for Smart-City Energy Security and Power. 2018. https://doi.org/10.1109/ICSESP.2018.8376681.

12. Abubakr H., Mohamed T. H., Hussein M. M., Shabib G. ESO-based selftuning frequency control design for isolated microgrid system // 21st International Middle East Power Systems Conference (Cairo, 17–19 December 2019). Cairo: IEEE, 2019. P. 589–593. https://doi.org/10.1109/MEPCON47431.2019.9008042.

13. Tripathy S., Debnath M. K., Kar S. K. Jaya algorithm tuned FO-PID controller with first order filter for optimum frequency control // 1st Odisha International Conference on Electrical Power Engineering, Communication and Computing Technology. 2021. https://doi.org/10.1109/ODICON50556.2021.9428959.

14. Patel N. C., Debnath M. K., Bagarty D. P., Das P. Load frequency control of a non-linear power system with optimal PID controller with derivative filter // IEEE International Conference on Power, Control, Signals and Instrumentation Engineering (Chennai, 21–22 September 2017). Chennai: IEEE, 2017. P. 1515–1520. https://doi.org/10.1109/ICPCSI.2017.8391964.

15. Mishra S., Nayak P. C., Prusty U. C., Prusty R. C. Model predictive controller based load frequency control of isolated microgrid system integrated to plugged-in electric vehicle // 1st Odisha International Conference on Electrical Power Engineering, Communication and Computing Technology. 2021. https://doi.org/10.1109/ODICON50556.2021.9428956.

16. Zaidi A., Cheng Qi. Online and offline load frequency controller design // IEEE Texas Power and Energy Conference. 2017. https://doi.org/10.1109/TPEC.2017.7868283.

17. Mohamed T. H., Hussein M. M. Online gain tuning of conventional load frequency controller for Microgrid power system // Twentieth International Middle East Power Systems Conference (Cairo, 18–20 December 2018). Cairo: IEEE, 2018. Р. 424–428. https://doi.org/10.1109/MEPCON.2018.8635107.

18. Ali M., Djalal M. R., Fakhrurozi M., Kadaryono, Budiman. Optimal design capacitive energy storage (CES) for load frequency control in micro hydro power plant using flower pollination algorithm // Electrical Power, Electronics, Communications, Controls and Informatics Seminar (Batu, 9–11 October 2018). Batu: IEEE, 2018. P. 21–26. https://doi.org/10.1109/EECCIS.2018.8692997.

19. Седойкин Д. Н., Юрганов А. А. Адаптивный автоматический регулятор возбуждения на основе нечеткого аппроксиматора в режиме недовозбуждения синхронной машины // Научно-технические ведомости Санкт-Петербургского политехнического университета. Серия: Естественные и инженерные науки. 2018. Т. 24. № 2. С. 22–29. https://doi.org/10.18721/JEST.240202.

20. Булатов Ю. Н., Игнатьев И. В., Попик В. А. Методика выбора оптимальных настроек систем АРЧВ генераторов электростанций // Современные технологии. Системный анализ. Моделирование. 2011. № 1. С. 192–198.

21. Булатов Ю. Н., Крюков А. В., Чан Зюй Хынг. Интеллектуальные регуляторы для установок распределенной генерации // Современные технологии. Системный анализ. Моделирование. 2015. № 2. С. 83–95.