Условия устойчивости электроэнергетической системы при интегральном законе регулирования возбуждения синхронных генераторов
Аннотация
На сегодняшний день один из наиболее актуальных вопросов энергетики — устойчивость работы электроэнергетической системы. Проблема связана с изменением динамических характеристик энергосистемы в условиях развития распределенной генерации, объектов с возобновляемыми источниками энергии и установок с силовой электроникой. В связи с этим актуальны вопросы совершенствования и адаптации систем автоматического регулирования возбуждения синхронных генераторов для обеспечения устойчивости энергосистемы.
Рассмотрены вопросы применения интегрального закона регулирования возбуждения синхронного генератора. Объект исследования — синхронный генератор, оснащенный автоматическим регулятором возбуждения, подключенный к энергосистеме через повышающий трансформатор и передающий мощность по двухцепной линии электропередач. Приёмная энергосистема представлена шинами бесконечной мощности с неизменным по модулю, частоте и фазе напряжением. Исследованы условия устойчивости электроэнергетической системы с применением метода D-разбиения и критерия Михайлова. Апробация результатов исследования выполнена с помощью математической модели в программно-вычислительном комплексе (ПВК) MATLAB с применением пакета библиотеки Simulink. Приведен пример использования алгоритма выбора величины настроечного параметра интегрального регулятора для тестовых данных математической модели. Проанализировано изменение годографа Михайлова при различных значениях постоянной времени интегрирования. По результатам исследования сделаны выводы о возможности обеспечения статической апериодической и колебательной устойчивости синхронного генератора, оснащенного интегральным регулятором возбуждения и допустимости применения интегрального закона регулирования в энергосистеме.
Литература
2. Ziegler J.G., Nichols N.B., Rochester N.Y. Optimum Settings for Automatic Controllers // J. Fluids Eng. 1942. V. 11. Pp. 759—795.
3. Chien K.L., Hrones J.A., Reswick J.B. On Automatic Control of Generalized Passive Systems // Trans. ASME. 1952. V. 74. Pp. 175—185.
4. George R.G., Hasanien H.M., Badr M.A, Elgendy M.A. A Comparative Study among Different Algorithms Investigating Optimum Design of PID Controller in Automatic Voltage Regulator // Proc. 53rd Intern. Universities Power Eng. Conf. Glasgow, 2018
5. Kiyong K.R., Schaefer C. Tuning a PID Controller for a Digital Excitation Control System // IEEE Trans. Industry Appl. 2005. V. 41(2). Pp. 485—492.
6. Zimmer H., Niersbach B., Hanson J. Optimization of Power Plant AVR Parameters to Improve Transient Voltage Stability // Proc. XI IEEE Intern. Conf. Compatibility, Power Electronics and Power Eng. Cadiz, 2017. Pp. 71—76.
7. Devaraj D., Selvabala B. Real-coded Genetic Algorithm and Fuzzy Logic Approach for Real-time Tuning of Proportional–integral–derivative Controller in Automatic Voltage Regulator System // IET Generation, Transmission and Distribution. 2009. V. 3(7). Pp. 641—649.
8. Salih A.M., Humod A.T., Hasan F.A. Optimum Design for PID-ANN Controller for Automatic Voltage Regulator of Synchronous Generator // Proc. IV Sci. Intern. Conf. Al-Najef, 2019. Pp. 74—79.
9. Habbi F. e. a. Output Voltage Control of Synchronous Generator using Nelder–Mead Algorithm Based PI Controller // Proc. XVIII Intern. Multiconf. Systems, Signals & Devices. Monastir, 2021. Pp. 365—374.
10. Liuping Wang. PID Control System Design and Automatic Tuning using MATLAB/Simulink. Pt. 9. Automatic Tuning of PID Controllers. N.-Y.: Wiley-IEEE Press, 2020. Pp. 259—304.
11. Справочник по проектированию электрических сетей. М.: НЦ ЭНАС, 2005.
---
Для цитирования: Кузнецов О.Н., Каримов Н.А. Условия устойчивости электроэнергетической системы при интегральном законе регулирования возбуждения синхронных генераторов // Вестник МЭИ. 2025. № 4. С. 56—63. DOI: 10.24160/1993-6982-2025-4-56-63
---
Конфликт интересов: авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов
#
1. Denisenko V.V. PID Regulyatory: Voprosy Realizatsii. Sovremennye Tekhnologii Avtomatizatsii. 2006;4:66—74. (in Russian).
2. Ziegler J.G., Nichols N.B., Rochester N.Y. Optimum Settings for Automatic Controllers. J. Fluids Eng. 1942;11:759—795.
3. Chien K.L., Hrones J.A., Reswick J.B. On Automatic Control of Generalized Passive Systems. Trans. ASME. 1952;74:175—185.
4. George R.G., Hasanien H.M., Badr M.A, Elgendy M.A. A Comparative Study among Different Algorithms Investigating Optimum Design of PID Controller in Automatic Voltage Regulator. Proc. 53rd Intern. Universities Power Eng. Conf. Glasgow, 2018
5. Kiyong K.R., Schaefer C. Tuning a PID Controller for a Digital Excitation Control System. IEEE Trans. Industry Appl. 2005;41(2):485—492.
6. Zimmer H., Niersbach B., Hanson J. Optimization of Power Plant AVR Parameters to Improve Transient Voltage Stability. Proc. XI IEEE Intern. Conf. Compatibility, Power Electronics and Power Eng. Cadiz, 2017:71—76.
7. Devaraj D., Selvabala B. Real-coded Genetic Algorithm and Fuzzy Logic Approach for Real-time Tuning of Proportional–integral–derivative Controller in Automatic Voltage Regulator System. IET Generation, Transmission and Distribution. 2009;3(7):641—649.
8. Salih A.M., Humod A.T., Hasan F.A. Optimum Design for PID-ANN Controller for Automatic Voltage Regulator of Synchronous Generator. Proc. IV Sci. Intern. Conf. Al-Najef, 2019:74—79.
9. Habbi F. e. a. Output Voltage Control of Synchronous Generator using Nelder–Mead Algorithm Based PI Controller. Proc. XVIII Intern. Multiconf. Systems, Signals & Devices. Monastir, 2021:365—374.
10. Liuping Wang. PID Control System Design and Automatic Tuning using MATLAB/Simulink. Pt. 9. Automatic Tuning of PID Controllers. N.-Y.: Wiley-IEEE Press, 2020:259—304.
11. Spravochnik po Proektirovaniyu Elektricheskikh Setey. M.: NTS ENAS, 2005. (in Russian)
---
For citation: Kuznetsov O.N., Karimov N.A. Electric Power System Stability Conditions with the Integral Excitation Control of Synchronous Generators. Bulletin of MPEI. 2025;4:56—63. (in Russian). DOI: 10.24160/1993-6982-2025-4-56-63
---
Conflict of interests: the authors declare no conflict of interest
