Кulinchenko, H., Panych, A., Masliennikov, A., & Leontiev, P.
(2024).
Research of the regulator of an expander-generator unit.
Machinery & Energetics,
15(3),
33-46.
https://doi.org/10.31548/machinery/3.2024.33
Актуальність дослідження визначається завданнями підвищення ефективності енергоустановок альтернативної та відновлюваної енергетики. Мета роботи полягає в розробці методики координації налаштувань автоматичних регуляторів збудження і швидкості обертання ротора генератора з вихрової установки детандер-генераторного агрегату, що входить до складу автономної мережі електроспоживання. Для досягнення поставленої мети використовувалися методи математичного моделювання у середовищі MATLAB, фізичного моделювання, обробки експериментальних даних, теорії автоматичного керування, теорії магнітного поля, теорії електричних машин, програмування мікропроцесорних пристроїв. Зважаючи на необхідність розширення бази альтернативних енергоджерел, розглядалася задача керування енергетичною установкою утилізації надлишкового тиску газотранспортних мереж. Дослідження регулятора детандер-генераторного агрегату ґрунтувалося на моделі, що відображає взаємодію процесів механічної та електричної природи. Опису цих процесів відповідала сукупність нелінійних диференційних рівнянь. Точне врахування нелінійностей об’єкта керування, що розглядався, ускладнює реалізацію відповідної мікропроцесорної систем керування. Моделювання спрямоване на досягнення компромісу між необхідною точністю регулювання об’єктом та можливостями спрощення структури керування об’єктом. Використання експериментальних і паспортних даних пристроїв дозволило оцінити динаміку обертання турбіни та генерації напруги, формуючи чинники розв’язки контурів керування. Застосування MATLAB з опцією Lookup Table дозволило здійснити багатоточкову лінеаризацію нелінійного опису процесу, прискоривши моделювання і налаштування регулятора. Це важливо для координації налаштувань контурів керування частотою обертання та вихідною напругою, зважаючи на протиріччя між швидкодією регулятора та мінімізацією коливань частоти генерації. За отриманими результатами розроблено регулятор детандер-генераторного агрегату, який забезпечує стабілізацію вихідних параметрів агрегату в умовах дії збурень електричного навантаження. На практиці отримані дані можна використати в інтеграції відновлюваних джерел енергії до загальної енергосистеми через оптимізацію роботи генераторів
вихрова турбіна, частота обертання, координація налаштувань, нелінійна модель, синхронний генератор, регулятор збудження
[1] Baliuta, S., Kuievda, V., & Kuievda, Iu. (2019). Robust interconnected automated control system for improving reliability of the turbine-generator unit shaft in food industry enterprises. In Proceedings of the 7th International Specialized Scientific and Practical Conference (pp. 12-17). Kyiv: NUFT. doi: 10.24263/RES-2019-4.
[2] Baliuta, S., & Kuievda, Iu. (2017). Robust systems for interrelated control of turbogenerators under uncertainty conditions. Scientific Works of VNTU, 4, 1-4.
[3] Bjork, J., Pombo, D., & Johansson, K. (2022). Variable-speed wind turbine control designed for coordinated fast frequency reserves. IEEE Transactions on Power Systems, 37(2), 1471-1481. 10.1109/TPWRS.2021.3104905.
[4] Boiko, S., Gorodny, O., Kasatkina, I., Doludarieva, Y., & Vershniak, L. (2021). Wind power complex for loading of storage batteries. Technical Sciences and Technology, 4(22), 156-162. doi: 10.25140/2411-5363-2020-4(22)-156-162.
[5] Denysiuk, S., & Boiko, І. (2021). Increasing microgrid energy efficiency with diesel generators. Power Engineering: Economics, Technique, Ecology, 2, 19-32. doi: 10.20535/1813-5420.2. 2021.247354.
[6] Dulaua, M., & Bica, D. (2014). Simulation of speed steam turbine control system. Procedia Technology, 12, 716-722. doi: 10.1016/j.protcy.2013.12.554.
[7] Gurskiy, A.A., Goncharenko, A.E., & Dubna, S.M. (2019). The development of the turbojet model on the basis of data received as a result of the recalculation of the turbo compressor characteristics. Refrigeration Engineering and Technology, 55(2), 132-140. doi: 10.15673/ret.v55i2.1362.
[8] Gurskiy, A.A., Goncharenko, A.E., & Dubna, S.M. (2020). Algorithms for tuning of the coordinating automatic control systems. Radio Electronics, Computer Science, Control, 1, 190-199. doi: 10.15588/1607-3274-2020-1-19.
[9] Hasiuk, O. (2023). Hydro turbine speed control system. Bulletin of the National Technical University “KhPI”. Series: Hydraulic Machines and Hydraulic Unit, 1, 43-48. doi: 10.20998/2411-3441.2023.1.07.
[10] Hrytsiuk, Ya., Konoval, V., & Moroz, V. (2017). The impact analysis of the type excitation system of offline synchronous generator on his transient response. Bulletin of Lviv Polytechnic National University. Series of Electrical Power and Electromechanical Systems, 870, 27-34.
[11] IEEE guide for test procedures for synchronous machines including acceptance and performance testing and parameter determination for dynamic analysis. (2020). Piscataway: IEEE. doi: 10.1109/IEEESTD.2020.9050934.
[12] Khan, I.A., Mokhlis, H., Mansor, N., Illias, H., Awalin, L., & Wang, L. (2023). New trends and future directions in load frequency control and flexible power system. Alexandria Engineering Journal, 71, 263-308, doi: 10.1016/j.aej.2023.03.040.
[13] Kulinchenko, H., Zhurba, V., Panych, A., & Leontiev, P. (2023a). Development of the method of constructing the expander turbine rotation speed regulator. Eastern-European Journal of Enterprise Technologies, 2(122), 44-52. doi: 10.15587/1729-4061.2023.276587.
[14] Kulіnchenko, H.V., Panych, A.O., Zhurba, V.O., & Sokolov, S.V. (2023b). SCADA system of disposal plantgas excess pressure. Systems and Technologies, 65(1), 32-38. doi: 10.32782/2521-6643-2023.1-65.4.
[15] Levinskyi, M., & Levinskyi, V. (2023). Parametric identification of the control object model based on the results of an active experiment. Automation of Technological and Business Processes, 15(2), 35-40. doi: 10.15673/atbp.v15i2.2523.
[16] Melkebeek, J.A. (2018). Electrical machines and drives fundamentals and advanced modelling. Cham: Springer.
[17] Mezerya, A., & Pridvorov, S. (2023). Аnalysis of qualitative indicators of the use of different types of generators at mini HPP. Engineering, 31, 60-70. doi: 10.32820/2079-1747-2023-31-61-70.
[18] Michna, M., Kutt, F., Racewicz, S., & Ronkowski, M. (2014). Nonlinear model of synchronous generator for autonomous electrical power systems analysis. In IEEE 23rd International Symposium on Industrial Electronics (ISIE), (pp. 853-858). doi: 10.1109/ISIE.2014.6864723.
[19] Quadri, Q.H., Nuzzo, S., Rashed, M., Gerada, C.H., & Galea, M. (2019). Modelling of classical synchronous generators using size-efficient Lookup Tables with skewing effect. IEEE ACCESS, 7, 174551-174561. doi: 10.1109/ACCESS.2019.2957102.
[20] Rajamand, S. (2020). Synchronous generator control concept and modified droop for frequency and voltage stability of microgrid including inverter-based DGs. Journal of Electrical Engineering & Technology, 15, 1035-1044. doi: 10.1007/s42835-020-00383-z.
[21] Severin, V.P., Nikulina, Ye.N., Chernai, V.F., & Godlevskaia, K.B. (2016). Multi-objective synthesis of nonlinear control systems of steam turbine of atomic plant on direct quality indixes. Energy Saving. Power Engineering. Energy Audit, 8(144), 140-144.
[22] Spoljaric, Z, Miklosevic, K., & Jerkovic, V. (2010). Synchronous generator modelling using MATLAB. In SIP 2010 28th International Conference Science in Practice (pp. 147-154). Subotica: Subotica Tech-College of Applied Sciences.
[23] Vaneev, S.M., Miroshnichenko, D.V., Zhurba, V.O., Znamenshchykov, Ya.V., Baga, V.N., & Rodymchenko, T.S. (2019). Stand for investigation of low power expansion turbomashines and units on their basis. Refrigeration Engineering and Technology, 55(1), 15-21. doi: 10.15673/ret.v55i1.1348.
[24] Vasko, P. (2020). Approximate substitution electrical еquivalent circuit of explicit pole synchronous generator for analysis of loading operating modes autonomous wind-electric and hydroelectric installations. Vidnovluvana Energetika, 3(62), 51-61. doi: 10.36296/1819-8058.2020.3(62).51-61.
[25] Zenovych, O., Kliushnikov, I., Elіseev, E., & Stepanko, O. (2020). Nonlinear Simulink-model of synchronous generator as a voltage regulation object. Scientific Works of Kharkiv National Air Force University, 3(65), 106-112. doi: 10.30748/zhups.2020.65.16.