МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

Санкт-Петербургский государственный политехнический университет

Факультет технической кибернетики

Кафедра «Системный анализ и управление»

«РАБОТА ДОПУЩЕНА К ЗАЩИТЕ»

Зав. кафедрой, проф.

_________________В.Н. Козлов

«____» ______________ 20 __г.

ВЫПУСКНАЯ РАБОТА БАКАЛАВРА

на тему

«Анализ динамики систем управления энергообъектами»

Направление: 220100 – Системный анализ и управление

Выполнил: студент гр. 4082/11 Садовников Андрей Николаевич

Научный руководитель: д.т.н., проф. Козлов Владимир Николаевич

Санкт-Петербург

2011

Оглавление

Введение 3

1. Глава 1. Обзор существующих математических методов 5

1.1. Обзор существующих математических моделей и методов моделирования ЭЭО 5

1.2. Постановка задачи математического моделирования и исследования динамики энергетического объединения 7

1.3. Выводы 9

2. Глава 2. Исследование динамики ЭЭО 10

2.1. Математическая формулировка задачи исследования на основе позиционных моделей. 10

2.2. Математическая формулировка задачи исследования на основе полных моделей. 15

2.3. Результаты исследований на основе позиционных моделей. 22

2.4. Результаты исследований на основе полных моделей. 30

2.5. Выводы 38

3. Глава 3. Синтез САУ 39

3.1. Метод рекуррентных целевых неравенств 39

3.2. Синтез регулятора основного контура по методу рекуррентных целевых неравенств. 40

Заключение 42

Список литературы 43

Приложение 1 44

Приложение 2 45

Введение

Создание крупных энергосистем требует решения задач управления для обеспечения надежного функционирования и устойчивой работы системы. Энергосистемы обладают рядом специфических особенностей, которые наделяют систему определенными свойствами и задают требования к системе управления. Каждая часть объединенной энергосистемы находится во взаимодействии с другими ее частями, поэтому при изменении состояния одной системы все остальные ЭС будут попадать под ее воздействие. При авариях такая ситуация наиболее вероятна, и в этом случае необходимо регулировать параметры системы, перераспределяя мощности между станциями, задавая новые параметры системы. Все это находится в компетенции качественной системы управления, позволяющей оптимизировать затраты на управление электростанцией, при увеличении получаемого от нее полезного действия.

Технологические требования к режимам работы энергетических систем на этапе синтеза системы управления формулируются в виде ограничений на значения частоты, мощностей генерирующих станций, перетоков активной мощности по линиям электропередач. Целью управления является минимизация отклонения частоты, мощностей регулирующих станций и перетоков от исходных значений. Задачи данного типа традиционно решаются, как задачи квадратичного или линейного программирования, с использованием вычисления оптимальных значений на допустимых множествах, представляющих собой технологические ограничения системы.

Для решения перечисленных выше задач будут использованы методы вычислительной математики, системного анализа и теории автоматического управления.

1. Глава 1. Обзор существующих математических методов

   1. Обзор существующих математических моделей и методов моделирования ээо

Задача синтеза управления энергетическими объединениями является сложной и может быть декомпозирована на несколько составляющих: создание математической модели объекта управления и ее анализ, синтез системы автоматического управления, анализ свойств системы после построения регулятора.

Для адекватной реализации физических свойств системы в математической модели объекта, необходимо правильно выбирать компоненты вектора состояния, которые будут характеризовать свойства узлов сети и линий передачи. Некоторые сложные системы требуют применение принципа декомпозиции крупномасштабных энергообъединений.

Задачи управления энергетическими системами и их объединениями весьма разнообразны. Для некоторых систем достаточно применения регуляторов основного контура, которые с помощью обратной связи обеспечивают достаточную устойчивость свойств системы, в некоторых случаях требуется синтезировать адаптивные регуляторы, они являются надстройкой над регулятором основного контура, и с помощью алгоритмов идентификации параметров обеспечивают более надежную работу системы при случайных изменениях возмущений.

По мере расширения спектра задач требуется совершенствование алгоритмов автоматизации диспетчерского автоматизированного управления. К настоящему моменту времени разработан ряд методов синтеза. Получили широкое распространение следующие методы синтеза оптимального регулятора для ЭО: модального, локально-оптимального и оптимального управления. Каждый из которых может представляться в линейной и нелинейной форме. Эти регуляторы синтезируются на основе методов математического программирования.

Задача контура адаптации: идентификация параметров объекта управления в реальном времени. Адаптивное управление частотой, активной мощностью и перетоками должно учитывать существенные отличия оптимальной работы энергетических объединений в нормальном и возмущенном режимах. В нормальном: минимизировать вмешательство устройств в работу системы, в возмущенном: минимизировать время реакция САУ для предотвращения значительного отклонения частоты.

Анализ выбранной модели и синтезированной замкнутой, рассмотрение устойчивости, исследование грубости может быть проведено с помощью различных методов. К ним можно отнести: методы на основе частотного анализа и теории преобразований Лапласа (частотные критерии устойчивости), методы и критерии теории устойчивости Ляпунова, исследование асимптотической устойчивости методами функционального анализа, и прочие.

Только комплексный подход к синтезу системы управления энергообъединениями разных порядков обеспечит высокую надежность и работоспособность системы, независимо от сложности и порядка объекта управления.