Влияние интегральной составляющей закона регулирования возбуждения на условия устойчивости синхронного генератора в ЭЭС
DOI:
https://doi.org/10.24160/0013-5380-2026-8-29-40Ключевые слова:
интегральное регулирование, автоматическое регулирование возбуждения, устойчивость, электроэнергетическая система, регулирование напряженияАннотация
В статье приведены результаты исследования условий устойчивости синхронного генератора, оснащенного автоматическим регулятором возбуждения (АРВ) с интегральным законом регулирования напряжения. Актуальность работы обусловлена необходимостью фундаментального анализа и формализации границ применимости классических законов регулирования в современных энергосистемах, характеризующихся изменением динамических характеристик. Для анализа устойчивости применены методы исследования корней характеристического уравнения, Д-разбиения и критерий Михайлова. В качестве основного критерия использовано условие сохранения колебательной статической устойчивости. Получены области допустимых значений настроечного параметра интегрального регулятора. Установлена зависимость предельного значения настроечного параметра от угла электропередачи и постоянной времени возбудителя. Проведен анализ параметров электрического режима и устойчивости при возмущениях, соответствующих сертификационным испытаниям АРВ. Выявлено, что границы интегрального закона регулирования существенно зависят от схемно-режимной ситуации, а также используемого типа системы возбуждения. Определены зависимости предельного значения настроечного параметра коэффициента интегрального усиления регулятора напряжения, соответствующего условию сохранения колебательной статической устойчивости, в виде угловой характеристики электропередачи при различных значениях постоянной времени возбудителя.
Библиографические ссылки
1. Денисенко В.В. ПИД регуляторы: вопросы реализации. Ч.1. – Современные технологии автоматизации, 2007, № 4, c. 86–97.
2. Wang L. Automatic Tuning of PID Controllers. – PID Control System Design and Automatic Tuning Using MATLAB/Simulink, 2020, Ch. 9, pp. 269–304.
3. Kim K., Schaefer R.C. Tuning a PID Controller for a Digital Excitation Control System. – IEEE Transactions on Industry Applications, 2005, vol. 41, No. 2, pp. 485–492, DOI: 10.1109/TIA.2005.844368.
4. Türksoy Ö., Türksoy A. A Fast and Robust Sliding Mode Controller for Automatic Voltage Regulators in Electrical Power Systems. – Engineering Science and Technology, an International Journal, 2024, vol. 53, DOI: 10.1016/j.jestch.2024.101697.
5. Amin M.S. et al. Development of AVR Controller Performance Using Exponential Distribution and Transit Search Optimization Techniques. – Frontiers in Energy Research, 2024, vol. 12, DOI: 10.3389/fenrg.2024.1356978.
6. Altınkaya H., Ekmekci D. Tuning of PID Controller in PLC-Based Automatic Voltage Regulator System Using Adaptive Artificial Bee Colony–Fuzzy Logic Algorithm. – Electronics, 2024, vol. 13, No. 24, DOI: 10.3390/electronics13245039.
7. Gopi P. et al. Performance and Robustness Analysis of V-Tiger PID Tuning for Automatic Voltage Regulator (AVR) System. – Scientific Reports, 2024, vol. 14, DOI: 10.1038/s41598-024-58481-1.
8. Zamani M. et al. Design of a Fractional Order PID Controller for an AVR Using Particle Swarm Optimization. – Control Engineering Practice, 2009, vol. 17, No. 12, pp. 1380–1387, DOI: 10.1016/j.conengprac.2009.07.005.
9. Shouran M., Alenezi M. Automatic Voltage Regulator Better-ment Based on a New Fuzzy FOPI+FOPD Tuned by TLBO. – Fractal and Fractional, 2025, vol. 9, No. 1, DOI: 10.3390/fractalfract9010021.
10. Signe R.K., Motto F.B. Fuzzy-PID Controller Based Sliding-Mode for Suppressing Low Frequency Oscillations of the Synchronous Generator. – Heliyon, 2024, vol. 10, No. 15, DOI: 10.1016/j.heliyon.2024.e35035.
11. Tumari M.Z.M. et al. Optimizing PID Controller Parameters for Robust Automatic Voltage Regulator System Through Indirect Design Approach-2. – Global Energy Interconnection, 2024, vol. 7, No. 5, pp. 682–696, DOI: 10.1016/j.gloei.2024.10.009.
12. Izci D., Ekinci S., Zeynelgil H.L. Controlling an Automatic Voltage Regulator Using Harris Hawks Optimization and Simulated Annealing. – Adaptive Control and Signal Processing, 2024, vol. 6, No. 2, DOI: 10.1002/adc2.121.
13. Obari J.A. et al. A Tunable Stabilizing Loop-Based Automatic Voltage Regulation System for Overshoot Reduction. – Journal of Mechanical Engineering, Automation and Control Systems, 2025, vol. 6, No. 1, pp. 38–57, DOI: 10.21595/jmeacs.2025.24865.
14. Справочник по проектированию электрических сетей / под ред. Д.Л. Файбисовича. М.: НЦ ЭНАС, 2005, 320 с.
15. Системы управления электрическими машинами. НПП «РУСЭЛПРОМ-Электромаш» [Электрон. ресурс], URL: https://www.ruselprom.ru/products/sistemy-upravleniya-elektricheskimi-mashinami/ (дата обращения 15.11.2025).
16. Статический тиристорный шкаф возбуждением СТС для турбогенераторов и гидрогенераторов средней мощности. ГК "Энергия" [Электрон. ресурс], URL: https://www.energy-gc.ru/energetika/systemy-vozbuzdeniyac/systemy-vozbuzdeniyac-stat/systemy-generators/sts-systemy-generators.html (дата обращения 16.09.2025).
17. Системы статические тиристорные самовозбуждения с естественным воздушным и водяным охлаждением тиристоров типа СТС и СТСГ. Портал технических характеристик промышленного оборудования [Электрон. ресурс], URL: https://electro.mashinform.ru/lampy-ksenonovye/sistemy-staticheskie-tiristornye-samovozbuzhdenija-s-estestvennym-vozdushnym-i-vodjanym-ohlazhdeniem-tiristorov-tipa-sts-i-stsg-obj2189.html (дата обращения 16.11.2025).
18. IEEE Std 421.5-2016 (Revision of IEEE Std 421.5-2005). IEEE Recommended Practice for Excitation System Models for Power System Stability Studies. 2016, 207 p., DOI: 10.1109/IEEESTD.2016.7553421.
19. ГОСТ Р 70609-2022. Единая энергетическая система и изолированно работающие энергосистемы. Релейная защита и автоматика. Автоматические регуляторы возбуждения сильного действия синхронных генераторов. Испытания и проверка параметров настройки. М.: Российский институт стандартизации, 2023, 113 с.
#
1. Denisenko V.V. Sovremennye tekhnologii avtomatizatsii – in Russ. (Modern Automation Technologies), 2007, No. 4, pp. 86–97.
2. Wang L. Automatic Tuning of PID Controllers. – PID Control System Design and Automatic Tuning Using MATLAB/Simulink, 2020, Ch. 9, pp. 269–304.
3. Kim K., Schaefer R.C. Tuning a PID Controller for a Digital Excitation Control System. – IEEE Transactions on Industry Applications, 2005, vol. 41, No. 2, pp. 485–492, DOI: 10.1109/TIA.2005.844368.
4. Türksoy Ö., Türksoy A. A Fast and Robust Sliding Mode Controller for Automatic Voltage Regulators in Electrical Power Systems. – Engineering Science and Technology, an International Journal, 2024, vol. 53, DOI: 10.1016/j.jestch.2024.101697.
5. Amin M.S. et al. Development of AVR Controller Performance Using Exponential Distribution and Transit Search Optimization Techniques. – Frontiers in Energy Research, 2024, vol. 12, DOI: 10.3389/fenrg.2024.1356978.
6. Altınkaya H., Ekmekci D. Tuning of PID Controller in PLC-Based Automatic Voltage Regulator System Using Adaptive Artificial Bee Colony–Fuzzy Logic Algorithm. – Electronics, 2024, vol. 13, No. 24, DOI: 10.3390/electronics13245039.
7. Gopi P. et al. Performance and Robustness Analysis of V-Tiger PID Tuning for Automatic Voltage Regulator (AVR) System. – Scientific Reports, 2024, vol. 14, DOI: 10.1038/s41598-024-58481-1.
8. Zamani M. et al. Design of a Fractional Order PID Controller for an AVR Using Particle Swarm Optimization. – Control Engineering Practice, 2009, vol. 17, No. 12, pp. 1380–1387, DOI: 10.1016/j.conengprac.2009.07.005.
9. Shouran M., Alenezi M. Automatic Voltage Regulator Better-ment Based on a New Fuzzy FOPI+FOPD Tuned by TLBO. – Fractal and Fractional, 2025, vol. 9, No. 1, DOI: 10.3390/fractalfract9010021.
10. Signe R.K., Motto F.B. Fuzzy-PID Controller Based Sliding-Mode for Suppressing Low Frequency Oscillations of the Synchronous Generator. – Heliyon, 2024, vol. 10, No. 15, DOI: 10.1016/j.heliyon. 2024.e35035.
11. Tumari M.Z.M. et al. Optimizing PID Controller Parameters for Robust Automatic Voltage Regulator System Through Indirect Design Approach-2. – Global Energy Interconnection, 2024, vol. 7, No. 5, pp. 682–696, DOI: 10.1016/j.gloei.2024.10.009.
12. Izci D., Ekinci S., Zeynelgil H.L. Controlling an Automatic Voltage Regulator Using Harris Hawks Optimization and Simulated Annealing. – Adaptive Control and Signal Processing, 2024, vol. 6, No. 2, DOI: 10.1002/adc2.121.
13. Obari J.A. et al. A Tunable Stabilizing Loop-Based Automatic Voltage Regulation System for Overshoot Reduction. – Journal of Mechanical Engineering, Automation and Control Systems, 2025, vol. 6, No. 1, pp. 38–57, DOI: 10.21595/jmeacs.2025.24865.
14. Spravochnik po proektirovaniyu elektricheskih setey (Elec-trical Grid Design Reference) / Ed. by D.L. Faybisovich. M.: NTs ENAS, 2005, 320 p.
15. Sistemy upravleniya elektricheskimi mashinami. NPP «RUSELPROM-Elektromash» (Control Systems for Electric Machines. NPP RUSELPROM-Elektromash) [Electron. resource], URL: https://www.ruselprom.ru/products/sistemy-upravleniya-elektricheskimi-mashinami/ (Accessed on 15.11.2025).
16. Staticheskiy tiristornyy shkaf vozbuzhdeniem STS dlya turbogeneratorov i gidrogeneratorov sredney moshchnosti. GK «Energiya» (Static Thyristor Cabinet with CTC Excitation for Turbogenerators and Medium-Power Hydrogenators. GC "Energy") [Electron. resource], URL: https://www.energy-gc.ru/energetika/systemy-vozbuzdeniyac/systemy-vozbuzdeniyac-stat/systemy-genera-tors/sts-systemy-generators.html (Accessed on 16.09.2025).
17. Sistemy staticheskie tiristornye samovozbuzhdeniya s estestvennym vozdushnym i vodyanym ohlazhdeniem tiristorov tipa STS i STSG. Portal tekhnicheskih harakteristik promyshlennogo oborudovaniya (Static Thyristor Self-Excitation Systems with Natural Air and Water Cooling of STS and STSG Type Thyristors. Portal of Technical Characteristics of Industrial Equipment) [Electron. resource], URL: https://electro.mashinform.ru/lampy-ksenonovye/sistemy-staticheskie-tiristornye-samovozbuzhdenija-s-estestvennym-vozdushnym-i-vodjanym-ohlazhdeniem-tiristorov-tipa-sts-i-stsg-obj2189.html (Accessed on 16.11.2025).
18. IEEE Std 421.5-2016 (Revision of IEEE Std 421.5-2005). IEEE Recommended Practice for Excitation System Models for Power System Stability Studies. 2016, 207 p., DOI: 10.1109/IEEESTD.2016.7553421.
19. GOST R 70609-2022. Edinaya energeticheskaya sistema i izolirovanno rabotayushchie energosistemy. Releynaya zashchita i avtomatika. Avtomaticheskie regulyatory vozbuzhdeniya sil’nogo deystviya sinhronnyh generatorov. Ispytaniya i proverka parametrov nastroyki (United Power System an Disolated Power Systems. Relay Protection and Automation. Automatic Voltage Regulators of Strong Action of Synchronous Generators. Testing and Checking the Settings). M.: Rossiyskiy institut standartizatsii, 2023, 113 p
