CC BY
82
электронное
научно-техническое и з л а н и е
НАУКА и ОБРАЗОВАНИЕ
Эл № ФС 77 - 30569. Государственная регистрация №0421100025. ISSN 1994-0408
77-30569/244189 Вариант построения устройства регулирования возбуждения синхронного генератора
# 11, ноябрь 2011
авторы: Борзов А., Бумагин А. В., Гондарь А. В., Лихоеденко К. П., Сучков В. УДК 621.313.004.67.72
МГТУ им. Н.Э. Баумана [email protected] avb [email protected]
[email protected] [email protected] [email protected]
На энерговырабатывающих предприятиях существуют проблемы с обеспечением требуемого уровня качества и стабильности поставки электрической энергии, что подтверждается имеющими место инцидентами и отказами в работе энергооборудования. Достичь высоких качественных показателей электроэнергии, повышения к.п.д. и снижения затрат на ввод оборудования в эксплуатацию возможно только при повышении стабильности функционирования и снижении риска аварийности энергоустановок, электростанций и энергосистем в целом.
Как показали исследования, одной из основных причин нарушения стабильности поставки электроэнергии и снижения ее качества в локальном и глобальном масштабе являются электромеханические переходные процессы, возникающие в электрических генераторах вследствие локальных возмущений в энергосистемах. Электрические характеристики современных энергосистем находятся в процессе постоянной флуктуации: вводятся новые или отключаются постоянно действующие потребители, производится перевод мощностей на смежные сети, вводятся мощности и возникают локальные аварии. Стабильность работы и эффективность использования оборудования энерговырабатывающих предприятий, а также качество вырабатываемой электрической энергии в значительной степени определяются совершенством систем управления возбуждением синхронных генераторов, вырабатывающих электроэнергию. Величина и длительность переходных процессов в синхронном генераторе определяется точностью настройки параметров (коэффициентов) регулятора возбуждения.
В существующих системах управления возбуждением синхронных генераторов оптимизация параметров регулятора возбуждения производится исходя из состояния энергосистемы на момент настройки. При изменении электрических характеристик энергосистем параметры регулятора возбуждения утрачиваю оптимальность, ухудшаются параметры переходных процессов, сужается диапазон устойчивости регулирования вплоть до полной потери устойчивости и необходимости остановки оборудования. Предлагаемый вариант устройства направлен на решение задачи оптимизации характеристик переходных процессов, происходящих в электрических генераторах за счет адаптации параметров регулятора возбуждения к текущему состоянию энергосистемы.
Известно устройство «Регулятор возбуждения синхронного генератора» [1] того же назначения, что и предлагаемое устройство, содержащее датчик напряжения, аналого-цифровой преобразователь, нечеткий контроллер, цифроаналоговый преобразователь, усилитель мощности, датчик реактивного тока, блок осреднения, сумматор цифровых сигналов и нейросетевой контроллер, обученный выдаче необходимых сигналов в зависимости от входных значений для регулирования возбуждением генератора при неравномерной загрузке параллельно работающих генераторов, при этом датчик напряжения и датчик реактивного тока подключены к выходным зажимам синхронного генератора, выходы датчика напряжения через аналого-цифровой преобразователь подключены к входам нечеткого контроллера, выход датчика реактивного тока соединен с одним из входов блока осреднения реактивных токов и с первым входом нейросетевого контроллера, второй вход нейросетевого контроллера подключен к выходу блока осреднения реактивных токов, выходы нейросетевого и нечеткого контроллеров связаны с входами сумматора цифровых сигналов, выход которого через цифроаналоговый преобразователь подключен к входу усилителя мощности, а его выход соединен с клеммами обмотки возбуждения синхронного генератора.
Недостатком данного устройства является повышенные длительность и величина переходных процессов при изменении параметров энергосистемы благодаря отсутствию адаптации параметров канала регулирования по напряжению (нечеткого контроллера) к параметрам синхронного генератора и энергосистемы. Вторым недостатком данного устройства является низкая стабильность режима возбуждения синхронного генератора благодаря отсутствию в его составе канала регулирования по производной изменения тока обмотки возбуждения.
Известно устройство «Автоматический регулятор напряжения» ([2]), содержащее измеритель тока ротора с двумя входами для подачи тока и напряжения генератора, измеритель тока и напряжения статора со входами, совмещенными с одноименными входами
измерителя тока ротора, и блок обратной связи по току возбуждения, подключенные к операционному блоку, включающему формирователь уставки, выход которого подключен к первому входу первого сумматора, второй вход которого служит для подачи сигнала по напряжению измерителя тока и напряжения статора, выход указанного сумматора подключен к первому входу интегратора, первому входу второго сумматора и ко входу дифференциатора напряжения, причем второй вход интегратора служит для подачи сигнала по току измерителя тока и напряжения статора, выход интегратора подключен ко второму входу второго сумматора, выход которого подключен ко входу блока форсировки управляющего напряжения, выход данного блока подключен к первому входу усилителя-сумматора, ко второму и третьему входам которого подключены соответственно выходы второго сумматора и дифференциатора напряжения, четвертый вход усилителя-сумматора служит для подачи сигнала с выхода блока обратной связи по току возбуждения, к пятому входу - выход дифференциатора тока, вход которого служит для подачи сигнала измерителя тока ротора в операционный блок, а выход усилителя-сумматора является выходом операционного блока.
По схожести большинства признаков данное устройство принято за прототип. Недостаток прототипа заключается в ухудшении показателей регулирования возбуждения синхронного генератора при отклонении параметров энергосистемы от исходных значений, при которых настраивался регулятор; не ставится и не решается задача адаптации параметров регулятора к параметрам генератора и энергосистемы.
В настоящей статье предлагается вариант устройства регулирования возбуждения синхронного генератора, адаптирующееся к параметрам энергосистемы, функционирующее на основе метода нейросетевой идентификации и применяемое для широкого класса синхронных электрических генераторов.
Достигаемый технический результат заключается в существенном уменьшении величины и длительности переходных процессов, а также повышении скорости их гашения за счет автоматической настройки параметров регулятора при изменении состояния энергосистемы. Сравнение с другими техническими решениями показывает, что предлагаемое устройство обладает признаками, позволяющими производить адаптацию параметров операционного блока (регулятора) к параметрам энергосети посредством непрерывного дообучения в процессе функционирования. Операционный блок в каждый момент времени обладает параметрами, близкими к оптимальным с точки зрения величины и длительности переходных процессов, происходящих в энергосистеме.
Функциональная схема устройства регулирования возбуждения синхронного генератора приведена на рис. 1.
Рисунок 1 - Функциональная схема устройства регулирования возбуждения синхронного генератора
Устройство регулирования возбуждения синхронного генератора работает следующим образом. Измеритель 1 формирует аналоговый
I,
сигнал , пропорциональный току ротора синхронного генератора. На его вход поступают синусоидальные сигналы линейных
напряжения и тока статора [2]. Измеритель тока и напряжения статора 2 формирует аналоговые сигналы и ,
соответственно пропорциональные напряжению и реактивной составляющей тока статора синхронного генератора [2]. Блок обратной
/яр
связи 3 формирует аналоговый сигнал ^^ , пропорциональный току возбуждения возбудителя для реализации жесткой обратной связи, а также выполняет функции гальванической развязки цепей возбудителя генератора и устройства [2]. Измеритель активной
мощности 4 формирует аналоговый сигнал &, пропорциональный активной мощности, вырабатываемой генератором. Датчик 5
предназначен для измерения мгновенной частоты напряжения генератора и вырабатывает цифровой сигнал ™ , пропорциональный указанной величине.
Сигналы с измерителя тока ротора 1, измерителя тока и напряжения статора 2, блока обратной связи по току возбуждения 3 и
I г Г/ г / 7 р
измерителя активной мощности 4 (соответственно ■* , , * , , ) поступают в блок аналого-цифрового
преобразования 6, где производится их конвертация в цифровую форму (соответственно в сигналы ^ , , РР
Далее цифровые сигналы тока ротора ^ , напряжения реактивной составляющей тока статора и тока возбуждения
ву
возбудителя с выхода блока аналого-цифрового преобразования 6 поступают в операционный блок 7, который осуществляет
регулирование по напряжению статора, по изменению первой производной тока ротора и по изменению первой производной напряжения статора генератора с внутренними параметрами регулирования, задаваемыми блоком адаптации параметров 9, а также
77Д*
вырабатывает цифровой сигнал напряжения возбуждения , преобразуемый в аналоговую форму блоком цифро-аналогового
&Г
преобразования 8, с выхода которого снимается аналоговый сигнал * , подаваемый на возбудитель синхронного генератора.
Цифровые сигналы тока ротора ^^ , напряжения реактивной составляющей тока статора , сигналы активной мощности
рр f Tiff
генератора « и мгновенной частоты напряжения ■* , а также выходной сигнал операционного блока 7 ( ) подаются в блок
адаптации параметров 9, который на основании их нейросетевой обработки производит вычисление параметров регулирования
Ти.....................................
операционного блока 7: постоянной времени "" и коэффициента усиления "регулирования по напряжению статора, постоянной
ТА К-
времени и коэффициента усиления ™ регулирования по изменению первой производной тока ротора, постоянной времени
т ж
и коэффициента усиления регулирования по изменению первой производной напряжения статора генератора. Параметры
регулирования операционного блока 7 ( ^ , ; ^ ; "^Я ^ И ^ ^ непрерывн0 корректируются исходя из критерия
минимума величины и длительности переходных процессов посредством нейросетевой идентификации. Таким образом, операционный блок 7 содержит параметры регулирования, близкие к оптимальным, для текущего состояния энергосистемы и обеспечивает минимальную длительность и величину электромеханических переходных процессов, происходящих в управляемом синхронном генераторе.
Измеритель тока ротора 1 является известным устройством и может быть реализован, например, как датчик тока ротора, описанный в [2], стр. 96 и включающий фильтр напряжения, содержащий вход для подачи напряжения генератора, фильтр тока, содержащий вход для подачи тока генератора третий сумматор, последовательно соединенные выпрямитель, нелинейный блок, блок произведения, четвертый сумматор и частотно-зависимый фильтр, выход которого является выходом измерителя тока ротора, причем выход фильтра напряжения подключен первому входу третьего сумматора, выход которого подключен ко второму входу блока произведения и входу выпрямителя, выход фильтра тока подключен ко второму входу третьего сумматора и второму входу четвертого сумматора.
Измеритель тока и напряжения статора 2 является известным устройством и может быть реализован, например, как измерительный блок, описанный в [2], стр. 95 и включающий три синхронных фильтра, сигнальные входы которых объединены со входом для подачи входного напряжения измерителя тока и напряжения статора, фазочувствительный выпрямитель, сигнальный вход которого является входом для подачи входного тока измерителя тока и напряжения статора, три компаратора, сигнальные входы каждого из которых подключены к источникам трех фазных напряжений, опорные входы - к источникам нулевых сигналов, а выходы - к управляющим входам каждого из синхронных фильтров, выходы которых подключены ко входам пятого сумматора, выход которого является выходом измерителя тока и напряжения статора по напряжению, причем выход первого компаратора подключен к управляющему входу фазочувствительного выпрямителя, выход которого является выходом измерителя тока и напряжения статора по току.
Блок обратной связи по току возбуждения 3 является известным устройством и может быть реализован, например, как блок обратной связи, описанный в [2], стр. 97 и включающий генератор и последовательно соединенные модулятор, сигнальный вход которого является входом блока обратной связи по току возбуждения, усилитель, демодулятор и фильтр, выход которого является выходом блока обратной связи по току возбуждения, выход генератора подсоединен к опорным входам модулятора и демодулятора.
Измеритель активной мощности 4 является известным устройством и может быть реализован, например, как устройство, содержащее последовательно соединенные векторный умножитель, первый вход которого является входом измерителя активной мощности для подачи тока генератора, второй вход которого является входом измерителя активной мощности для подачи напряжения генератора, и интегратор, выход которого является выходом измерителя активной мощности.
Измеритель частоты напряжения генератора 5 является известным устройством и может состоять, например, из фазовращателя на 90 градусов, вход которого является входом измерителя частоты напряжения и совмещен со входом первого дифференциатора и вторым входом второго умножителя, выход которого подключен к первому входу первого умножителя, выход которого соединен с инвертирующим входом сумматора, причем выход фазовращателя подключен ко второму входу первого умножителя и входу второго дифференциатора, выход которого подключен к первому входу второго умножителя, выход которого подсоединен к неинвертирующему входу сумматора, выход которого является выходом измерителя частоты напряжения.
Операционный блок устройства (рис. 2) выполнен цифровым и предназначен для выработки сигнала управления возбуждением синхронного генератора посредством обработки сигналов, поступающих с измерителя тока ротора 1, измерителя тока и напряжения статора 2, блока обратной связи 3 с использованием параметров, определяемых блоком 9.
Рисунок 2 - Функциональная схема операционного блока устройства
(10 -формирователь уставки, 11 - первый сумматор, 12 - интегратора, 13 - второго сумматора, 14 - дифференциатор напряжения,
15 - дифференциатор тока,
16 - блок форсировки, 17 - усилитель-сумматор)
П7 rjfZ
Операционный блок работает следующим образом. На вход блока поступают цифровые сигналы тока ротора , напряжения ,
реактивной составляющей тока статора и ТОка возбуждения возбудителя ¡ОС , формируемые блоком аналого-цифрового преобразования 6. Формирователь уставки 10 вырабатывает уставку напряжения статора генератора. Первый сумматор 11
TfCr
осуществляет алгебраическое сложение сигнала уставки с сигналом напряжения статора *"*[2]. На выходе сумматора формируется
ГА?
напряжение, пропорциональное отклонению напряжения генератора от уставки, которое затем подается на группу устройств, состоящую из второго сумматора 13, интегратора 12 и дифференциатора напряжения 14, реализующую стандартный широко известный ПИД- регулятор по отклонению напряжения и по изменению первой производной напряжения статора [2].
Регулирование по изменению первой производной тока ротора производится посредством дифференциатора тока 15. Блок форсировки 16 предназначен для выработки напряжения возбуждения при авариях в энергосистеме, вызывающих снижение напряжение на шинах
ТМг
генератора [2]. При уменьшении напряжения статора генератора относительно установленного значения блок форсировки 16 выдает сигнал форсирования независимо от других каналов. Усилитель-сумматор 17 выполняет функцию формирования суммарного канала регулирования и масштабного усиления сигнала возбуждения UF.
Интегратор 12, дифференциаторы: напряжения 14 тока 15 (в отличие от одноименных узлов схожего назначения у прототипа) обладают перестраиваемыми параметрами регулирования - коэффициентами усиления и постоянными времени, соответственно ( ,
Тп Гш Kfj]
) - для интегратора 12, ( , ) - для дифференциатора тока 15, ( , ) - для дифференциатора напряжения 14.
Параметры регулирования вырабатываются в блоке адаптации параметров 9 (рис. 1).
Интегратор 12 является стандартным радиотехническим звеном - фильтром с управляемыми коэффициентами и может быть реализован, например, в виде рекурсивного цифрового фильтра с уравнением
где
т
- входной и выходной сигналы фильтра на " -ом шаге; -период дискретизации сигналов;
Ъ К
коэффициенты фильтра, рассчитываемые по формулам:
в зависимости от параметров регулирования, которые вырабатываются в блоке адаптации
Е5
параметров 9; - период дискретизации величин.
Дифференциаторы: напряжения 14 тока 15 выполнены аналогично, являются стандартными цифровыми радиотехническими устройствами - фильтрами с управляемыми коэффициентами и могут быть реализованы, например, в виде рекурсивных цифровых
фильтров с уравнением:
X,
I ЦП -ГГЦ/1 I."
которые вырабатываются в блоке адаптации параметров 9.
— X]
■ входной и выходной сигналы фильтра на ® -ом шаге;
Т.+ТГ^)
Аг^тцлС«-1]' И = (^цЛ) + З^ул)
где
коэффициенты фильтра, вычисляемые в зависимости от параметров регулирования,
Функциональная схема блока адаптации параметров приведена на рис. 3. Блок адаптации параметров 9 работает по принципу нейросетевой идентификации следующим образом. Блок нейросетевой идентификации 19, блок задержки 18, блок вычисления ошибки нейросетевого предсказания 21, блок коррекции весовых коэффициентов 22 и блок памяти коэффициентов 20 образуют систему нейросетевой идентификации для управления динамическим объектом с внешними входами, описанную в [3], стр. 108-110.
Блок нейросетевой идентификации 19 совместно с блоком задержки 18 при этом являются параметрической моделью динамического объекта, включающего синхронный генератор, первичный двигатель, систему возбуждения и энергосеть. Параметрами модели являются весовые коэффициенты нейросети "[п].
Последовательность операций в блоке адаптации параметров 9 следующая (рис. 3). На входы блока адаптации параметров 9 подаются следующие данные:
на первый - дискретный отсчет сигнала оценки тока ротора генератора
на третии - дискретныи отсчет сигнала оценки реактивнои составляющей тока статора
[»]
на пятый -задержанный дискретный отсчет сигнала оценки активной мощности генератора
на четвертый -дискретный отсчет сигнала частоты напряжения генератора
/ =
[»]
на второй - дискретный отсчет сигнала напряжения статора
на шестой - дискретный отсчет сигнала напряжения возбуждения генератора
-номер такта.
На сигнальные входы блока нейросетевой идентификации 19 подаются входные цифровые сигналы, образующие входной вектор нейросети X _ причем
х=
, где
- задержанный дискретный отсчет сигнала оценки тока ротора генератора с первого выхода блока задержки 18;
- задержанный дискретный отсчет сигнала оценки реактивной составляющей тока статора со второго выхода блока
задержки 18;
1]
18;
- задержанный дискретный отсчет сигнала оценки активной мощности генератора с третьего выхода блока задержки
18;
- задержанный дискретный отсчет сигнала частоты напряжения генератора с четвертого выхода блока задержки
- задержанный дискретный отсчет сигнала напряжения статора с пятого выхода блока задержки 18;
задержки 18.
задержанный дискретный отсчет сигнала напряжения возбуждения генератора, с шестого выхода блока
Блок нейросетевой идентификации 19 производит непрерывное вычисление дискретных отсчетов сигналов: оценки тока ротора генератора ^ ^ - на первом выходе, реактивной составляющей тока статора ^ ^ - на втором
выходе и активной мощности генератора ^ ^ - на третьем выходе блока, по величине приближенным к сигналам
генератора: тока ротора ^ , реактивной составляющей тока статора и оценки активной мощности ЯР посредством расчета отклика многослойной нейросети с весовыми коэффициентами "[п], извлекаемыми из блока памяти весовых коэффициентов 20.
Рисунок 3 - Функциональная схема блока адаптации параметров
(18 - блок задержки, 19 - блок нейросетевой идентификации, 20 - блок памяти коэффициентов, 21 - блок вычисления ошибки нейросетевого предсказания, 22 - блок коррекции весовых коэффициентов, 23 - блок вычисления коэффициентов регулятора, 24 - блок усреднения, 25 - блок регистрации переходного процесса)
Блок 18 служит для задержки входных данных, поступающих на сигнальные входы блока нейросетевой идентификации с первого по
шестой на один такт частоты дискретизации. Выходные сигналы блока нейросетевой идентификации 19 ( , ,
) _ в блоке вычисления ошибки нейросетевого предсказания 21 сравниваются с действующими величинами выходных
сигналов генератора (соответственно
■ на первом сигнальном входе,
-на втором сигнальном входе
М.
и - на третьем сигнальном входе блока вычисления ошибки нейросетевого предсказания 21), на выходе которого
формируется вектор ошибки Е (несовпадения) последних с входными сигналами, вычисленными нейросетью в блоке 19 и
подаваемыми на опорные входы блока вычисления ошибки нейросетевого предсказания 21:
РР\л]
на первый,
второй и
на третий.
на
Вектор ошибки Е далее поступает в блок коррекции весовых коэффициентов 22, в который одновременно подаются весовые
коэффициенты W[n], хранящиеся в блоке 20, и входной вектор нейросети ^ . При регистрации начала переходного процесса напряжения генератора блоком 25 на выходе последнего формируется логический сигнал Enable, предназначенный для разрешения и запуска операций по коррекции весовых коэффициентов в одноименном блоке 22. После прекращения переходного процесса сигнал Enable снимается.
Блок коррекции весовых коэффициентов 22 при наличии сигнала Enable на входе разрешения изменяет значения весовых
и
коэффициентов W[n] в сторону уменьшения величины вектора ошибки пропорционально его абсолютной величине посредством заложенных в него линейных вычислительных операций, являющихся алгоритмом обучения нейросети. После чего вновь вычисленные весовые коэффициенты W[n+1] подаются в блок памяти коэффициентов 20 и на следующей итерации будут использоваться для расчета
1+1]
PPtn+l]
блоком нейросетевой идентификации 19. Далее процесс
Ш Ш РР
непрерывно повторяется для последующих отсчетов входных сигналов , и . При величине вектора ошибки Е, близкой к нулю и при отсутствии переходного процесса на шинах генератора значения весовых коэффициентов нейросети "[п] остаются постоянными. Блок вычисления коэффициентов регулятора 23 для каждого набора поступающих на его вход весовых коэффициентов
\У[п] выбирает заранее рассчитанные параметры регулирования ( и обеспечивающие минимальную величину и длительность переходных процессов.
Тт
ьт
), близкие к оптимальным
Блок усреднения 24 предназначен для подавления шума и резких изменений параметров регулирования (
) посредством интегрирования каждого из них. С выхода блока снимаются усредненные значения параметров
îp ^л ^я in
регулирования (,,,,, ), которые далее подаются на вход блока адаптации параметров 9.
Блок задержки 18 состоит из набора шести идентичных цифровых регистров, являющихся известными устройствами. Блок нейросетевой идентификации 19 является многослойным персептроном - общеизвестным устройством, описанным в [3], стр. 26 с количеством слоев не менее трех. Блок вычисления ошибки нейросетевого предсказания 21 производит покомпонентное вычитание
сигналов на сигнальных входах (
PPfn]
1 -1, "--"и *--и)из сигналов на опорных входах ( *■ л , *■ л и ) и может быть реализован в виде известного устройства - векторного вычитателя. Вектор ошибки на выходе устройства
и
Блок коррекции весовых коэффициентов может быть реализован в виде процессора, работающего по общеизвестному алгоритму обратного распространения ошибки обучения, приведенному в [2], стр. 32 и в принятых терминах и обозначениях настоящего описания может быть реализован следующим образом.
Шаг 1. Присвоить начальные случайные значения величинам
7\ I
Р9*
trld-Il
л
7ЫI
\ I
, причем
' ^ -где- ^ ' ^ ^
коэффициенты первого, ..., ^ 1-го (скрытого) и ^ -го (выходного) слоя многослойного персептрона соответственно
¿=1,-^-2 * гг ъл д/
неиронов в -ном слое, - количество входов неиросети; - количество слоев неиросети.
количество
Шаг 2. Вычислить отклики скрытых слоев нейросети с первого по ^-й:
и величину коррекции весовых коэффициентов выходного слоя нейросети:
, где
компонент
вектора ошибки нейросетевого предсказания
Е . *
й компонент ^ -го (выходного) вектора нейросети;
■ активационная функция нейросети, одинаковая для всех нейронов ^ слоев;
элементы входного вектора нейросети
Шаг 3. Вычислить величины коррекции коэффициентов ^^ -го слоя нейросети
гу |п+д _ т!8мОма + а£9¥м
нейросети: коэффициент; " - номер итерации
и откорректировать весовые коэффициенты выходного слоя коэффициент скорости обучения; в 1 - фильтрующий
Шаг 4. Вычислить коэффициент коррекции весовых коэффициентов ^ 1 -го (скрытого) слоя нейросети в соответствии с формулой:
5?1 =
О '
3
ЧЬ " к/
к=1
■ (1)
Шаг 5. Вычислить величины коррекции:
РГ
и откорректировать весовые коэффициенты ^ 1-го (скрытого) слоя нейросети в соответствии с формулой:
. (3)
ъж
Далее шаги 4 и 5 повторить для всех оставшихся слоев нейросети с первого по ™ * -й, используя рекуррентные формулы (1) - (3)
и учитывая, что
9 9
Шаг 6. Перейти к шагу 2 для следующего, " -го вектора входных данных.
Блок вычисления коэффициентов регулятора 23 может быть реализован, например, в виде постоянного запоминающего устройства, на
входы адреса которого подаются значения коэффициентов нейросети "[п], а с выхода данных - параметры регулирования (
Ки Ка Гт Кт
, , , , ), которые рассчитаны заранее.
т„
Блок усреднения 24 может быть реализован из набора шести идентичных цифровых интеграторов, являющихся общеизвестными устройствами, причем входы блока усреднения с первого по шестой являются входами, а выходы - выходами каждого из интеграторов.
Блок регистрации переходного процесса может быть реализован, например, в виде последовательно соединенных дифференциатора, вход которого является входом блока, устройства вычисления модуля и компаратора, выход которого является выходом блока, а опорный вход которого соединен с источником опорной величины. Источник опорной величины формирует постоянный положительный сигнал, величина которого определяет чувствительность блока. Блок работает следующим образом. При возникновении переходного процесса производная напряжения статора генератора, вычисленная дифференциатором, станет отлична от нуля и на выходе устройства вычисления модуля примет положительную величину, которая поступает на компаратор, служащий для выработки выходного сигнала разрешения Enable и фильтрации медленных флуктуаций напряжения статора, не являющихся переходными процессами.
При изменении параметров энергосистемы, например, напряжения или импеданса энергосети, что имеет место при подключении новых или отключении действующих потребителей, коротких замыканиях, перенапряжениях и других возмущениях, величина вектора ошибки Е станет отличной от нуля вследствие того, что при действующих параметрах нейросети - весовых коэффициентах W[n] изменятся параметры моделируемой ею энергосистемы. Расхождение оценочных сигналов нейросетевой модели и действующих сигналов, снимаемых с генератора, будет скомпенсировано согласно изложенной последовательности операций.
Таким образом, для каждого текущего состояния энергосистемы могут быть определены весовые коэффициенты W[n], содержащие
Ти ТА Кй
информацию о состоянии энергосистемы, для которой рассчитываются параметры регулирования ( , ,
^^ , близкие к оптимальным и обеспечивающие минимальную величину и длительность переходных процессов в
энергосистеме.
Процесс коррекции весовых коэффициентов (обучение) многослойного персептрона в блоке нейросетевой идентификации 19 и, следовательно, происходит только во время действия даже незначительных по величине переходных процессов, по сигналу Enable.
Коррекция весовых коэффициентов при этом производится на малые величины, пропорциональные скорости обучения ^, в результате чего происходит постепенное итеративное уточнение коэффициентов регулятора, отслеживающее медленные изменения параметров энергосистемы.
Следовательно, в предлагаемом устройстве производится адаптация параметров операционного блока (регулятора) к параметрам энергосети в процессе функционирования, и последний в каждый момент времени обладает параметрами, близкими к оптимальным с точки зрения величины и длительности переходных процессов, происходящих в энергосистеме. За счет этого достигается существенное уменьшение величины и длительности переходных процессов, а также повышении скорости их гашения при изменении состояния энергосистемы.
В представленной реализации Устройства регулирования возбуждения синхронного генератора блок нейросетевой идентификации 19 является трехслойным персептроном с количеством нейронов в первом слое - 50, во втором слое - 50, в третьем (выходном) слое - 9, наблюдается сокращение величины и длительности переходного процесса при изменении напряжения сети в виде ступенчатой функции - более, чем в 2 раза.
Разработанное устройство может быть использовано для управления возбуждением генератора с целью ослабления вредных влияний перегрузок или переходных процессов, например при внезапном подключении, снятии или изменении нагрузки, и может быть реализовано в составе оборудования для управления синхронными генераторами на предприятиях, вырабатывающих электрическую энергию. Достигаемый технический результат заключается в существенном уменьшении величины и длительности переходных процессов, а также повышении скорости их гашения за счет автоматической настройки параметров регулятора при изменении состояния энергосистемы.
Результаты исследований, приведенные в статье, получены в процессе выполнения НИР «Исследование и разработка информационной системы управления генерирующим оборудованием локальных энергетических установок» по ГК № 07.514.11.4098 в рамках мероприятия 1.4 федеральной целевой программы «Исследования и разработки по приоритетным направлениям развития научно-технологического комплекса России на 2007-2013 годы».
Списоклитературы
1. Регулятор возбуждения синхронного генератора: Патент на полезную модель № 65317 (РФ) / Г.Н. Утляков, Д.С. Дильмухаметов, Р.Ф. Нуруллин, А.Р. Валеев, В.М. Асадуллин. Опубл. 27.07.2007. Бюл. № 21.
2. Юрганов А.А., Кожевников В.А. Регулирование возбуждения синхронных генераторов. - СПб.: Наука, 1996. - 138 с.
3. Сигеру Омату, Марзуки Халид, Рубия Юсоф. Нейроуправление и его приложения. Кн. 2. - М.: ИПРЖР, 2000. - 272 с.
