Details

Данная работа посвящена синтезу проекционного регулятора для управления перетоками активной мощности в энергообъединениях, обеспечивающего выполнение технологических ограничений в нормальных режимах работы. Задачи, которые решались в ходе исследования: 1) Обзор существующих методов управления перетоками активной мощности. 2) Разработка математической модели энергообъединения как объекта управления. 3) Синтез проекционного регулятора для управления перетоками активной мощности в энергообъединении. 4) Проведение вычислительного эксперимента для анализа динамики перетоков активной мощности, а также работоспособности и эффективности проекционного регулятора. 5) Формулировка выводов и рекомендаций по применению результатов работы. Работа выполнена в Высшей школе компьютерных технологий и информационных систем Санкт-Петербургского политехнического университета Петра Великого. Теоретическую базу составил монографии и научные статьи в области управления энергетическими системами, теории автоматического управления и методов оптимизации. В работе использованы методы теории линейных систем, дискретного управления, квадратичного программирования, проекционного метода конечномерной оптимизации, а также метод функций Ляпунова для анализа устойчивости. В результате исследования: 1. Разработана линеаризованная дискретная модель энергообъединения в форме «вход–состояние–выход» и сформулирована задача управления перетоками активной мощности как задача квадратичного программирования с тремя группами ограничений. 2. Выполнена редукция задачи к геометрической задаче вычисления проекции точки на допустимое множество и получено её аналитическое решение. 3. Синтезирован проекционный регулятор, обеспечивающий при отсутствии активных ограничений переход к линейному оптимальному регулятору по состоянию. 4. Проведён вычислительный эксперимент на трёх сценариях (базовый, средний, тяжёлый), моделирующих различные степени отклонения режима от планового. Разработанный проекционный регулятор сравнивался с классическим ПИ-регулятором АРЧМ. Экспериментально установлено: • снижение расхода регулировочного ресурса в 569–700 раз по сравнению с ПИ-регулятором; • уменьшение интегральной меры нарушения ограничений по перетокам на 17–48 % в сценариях с активацией ограничений; • отсутствие насыщения управляющих воздействий по регулировочным диапазонам станций во всех сценариях. Для достижения результатов использованы: язык программирования Python, библиотеки NumPy, SciPy, Matplotlib.

The given work is devoted to the synthesis of a projection controller for active power flow management in power system interconnections, ensuring compliance with technological constraints in normal operating conditions. The research set the following goals: 1) Reviewing existing methods of active power flow control. 2) Developing a mathematical model of the power system interconnection as a control plant. 3) Synthesizing a projection controller for active power flow management in a power system interconnection. 4) Conducting a computational experiment for analyzing the dynamics of active power flows, as well as the operability and efficiency of the projection controller. 5) Formulating conclusions and recommendations for the application of the research results. The work was carried out at the Higher School of Computer Technologies and Information Systems, Peter the Great St. Petersburg Polytechnic University. The theoretical basis comprised monographs and scientific articles in the fields of power system control, automatic control theory, and optimization methods. The research employed methods of linear systems theory, discrete-time control, quadratic programming, projection methods for finite-dimensional optimization, and Lyapunov function methods for stability analysis. The study yielded the following results: 1. A linearized discrete-time state-space model of the power system interconnection in the form «input–state–output» has been developed, and the active power flow control problem has been formulated as a quadratic programming problem with three groups of constraints. 2. The problem has been reduced to a geometric problem of projecting a point onto a feasible set, and its analytical solution has been obtained. 3. A projection controller has been synthesized, which degenerates into a linear optimal state-feedback controller when no constraints are active. 4. A computational experiment was conducted for three scenarios (baseline, medium, severe) simulating different degrees of deviation from the planned operating point. The developed projection controller was compared with a classical PI AGC controller. The experimental results demonstrate: • a 569–700 fold reduction in regulation resource consumption compared to the PI controller; • a 17–48 % reduction in the integral measure of flow constraint violations in scenarios where constraints become active; • no saturation of control actions on station regulation ranges across all scenarios. To achieve these results, the following tools were used: Python programming language, NumPy, SciPy, and Matplotlib libraries.