Підвищення якості електроенергії гідрогенераторних установок шляхом удосконалення систем регулювання

We have solved an important scientific-technical task on improving the quality of electric energy produced by hydrogenerator units. The relevance of this topic is predetermined by the fact that existing systems that control frequency and power of hydrogenerator plants do not fully meet international standards regarding the quality of electric energy. The set task is resolved based on the structural-parametric synthesis and optimization of automated systems that control rotation frequency and power based on solving inverse problems on the dynamics of a hydrogenerator unit with the improved system of metrological assurance. In order to analyze and synthesize a precision controller, we have refined a mathematical model of the hydrogenerator and the controlling element of an electro-hydraulic regulating system. The improvement makes it possible to register leaks, overflows, as well as the non-linearity in characteristics of the servomotor.A structural diagram of the astatic controller is represented, which corresponds to the improved mathematical model, as well as the numerical values for parameters of the structural diagram, defined based on the results of experimental study. We have applied the principle of multiple control. This has made it possible to simplify the structures, parametric synthesis, and parameter setting of the controller. The paper shows the analysis of experimental studies carried out at the operating equipment of hydroelectric power stations (Bajtun, Panama). We give a comparative analysis of work of controllers, based on the principles of PID control, a controller made by Emerson company, and a regulator built on solving the inverse problems of dynamics. The proposed system of automated control over hydrogenerator plants ensures a two-fold increase in the accuracy of control over rotation frequency and power, which improves the quality of electric energy that is generated at hydroelectric power plantsРешена актуальная научно-техническая задача повышения качества электроэнергии, которая вырабатывается гидрогенераторными установками. Актуальность темы обусловлена тем, что существующие системы регулирования частоты и мощности гидрогенераторных установок не в полной мере отвечают международным стандартам относительно качества электроэнергии. Поставленная задача решается на основе структурно-параметрического синтеза и оптимизации систем автоматического регулирования частоты вращения и мощности на основе решения обратных задач динамики гидрагенераторной установки с усовершенствованной системой метрологического обеспечения. Для анализа и синтеза прецизионного регулятора усовершенствована математическая модель гидрогенератора и исполнительного механизма электрогидравлической системы регулирования. Усовершенствование заключается в учете утечек, перетечек и нелинейности характеристик сервомотора.Приведена структурная схема астатического регулятора, который соответствует усовершенствованной математической модели, а также численные значения параметров структурной схемы, идентифицированные по результатам экспериментальных исследований. Использован принцип мультипликативного управления. Это позволило упростить структуры, параметрический синтез и настройку параметров регулятора. Показан анализ экспериментальных исследований, которые проводились на действующем оборудовании гидроэлектростанций (Байтун, Панама). Приведен сравнительный анализ работы регуляторов, построенных на принципах ПИД-регулирования, регулятора фирмы Эмерсон и регулятора, построенного на решении обратных задач динамики. Предложенная система автоматического регулирования гидрогенераторных установок обеспечивает повышение точности регулирования частоты вращения и мощности в два раза, что повышает качество электроэнергии, которая вырабатывается на гидроэлектростанцияхВирішена актуальна науково-технічна задача підвищення якості електроенергії, яка виробляється гідрогенераторними установками. Актуальність теми обумовлена тим, що існуючі системи регулювання частоти та потужності гідрогенераторних установок не в повній мірі відповідають міжнародним стандартам щодо якості електроенергії. Поставлене завдання вирішується на основі структурно-параметричного синтезу та оптимізації систем автоматичного регулювання частоти обертання та потужності на основі рішення зворотних задач динаміки гідрогенераторної установки з удосконаленою системою метрологічного забезпечення. Для аналізу та синтезу прецизійного регулятора удосконалено математичні моделі гідрогенератора і виконавчого механізму електрогідравлічної системи регулювання. Удосконалення полягає в обліку протічок, перетічок та нелінійності характеристик сервомотору.Наведено структурну схему астатичного регулятора, що відповідає удосконаленій математичній моделі, а також чисельні значення параметрів структурної схеми, ідентифіковані за результатами експериментальних досліджень. Використано принцип мультиплікативного керування. Це дозволить спростити структури, параметричний синтез і настроювання параметрів регулятора. Показано аналіз експериментальних досліджень, які проводились на діючому обладнанні гідроелектростанцій (Байтун, Панама). Наведено порівняльний аналіз роботи регуляторів, побудованих на принципах ПІД-регулювання, регулятора фірми Емерсон та регулятора, побудованого на рішенні зворотних задач динаміки. Запропонована система автоматичного регулювання гідрогенераторних установок забезпечує підвищення точності регулювання частоти обертання та потужності майже в два рази, що підвищує якість електроенергії, яка виробляється на гідроелектростанція