Адаптивное управление газотурбинными установкми при производстве электроэнергии

Energy Systems, 2023, Vol. 0, 000        Энергетические системы, 2023, № 0, 000

УДК 621.311.238

АДАПТИВНОЕ УПРАВЛЕНИЕ ГАЗОТУРБИННЫМИ УСТАНОВКАМИ ПРИ ПРОИЗВОДСТВЕ ЭЛЕКТРОЭНЕРГИИ

Сафин М.А., Муниров Э.Д.

Казанский государственный энергетический университет, г. Казань

Аннотация

В данной статье исследуется принцип адаптивного управления в газотурбинных установках, используемых для выработки электроэнергии. Особое внимание уделяется учету возмущений в электрической системе. Автором предложена идея использования двух основных методов адаптации с целью повышения эффективности и общей выработки электроэнергии газовых турбин. Рассматривается самонастраивающаяся адаптивная система управления с эталонной моделью и модуль параметрического адаптивного управления, которые исследуются с помощью математических методов, таких как нейронные сети или нечеткая логика. Также в исследовании выявлены потенциальные преимущества адаптивного управления в улучшении работы газотурбинных установок, вырабатывающих электроэнергию. С помощью адаптации было отмечено улучшение показателей качества динамических характеристик газовой турбины.

Ключевые слова: адаптивное управление, возмущения, газотурбинная установка (ГТУ), электрическая система, система автоматического управления (САУ), производство электроэнергии, стратегии управления.

ADAPTIVE CONTROL OF GAS TURBINE INSTALLATIONS IN THE PRODUCTION OF ELECTRICITY

Marat Safin, Eldar Munirov

Kazan State Power Engineering University, Kazan

Abstract

This article examines the principle of adaptive control in gas turbine installations used for electricity generation. Special attention is paid to the consideration of disturbances in the electrical system. The author suggests the idea of using two main adaptation methods in order to increase the efficiency and overall power generation of gas turbines. A self-adjusting adaptive control system with a reference model and a parametric adaptive control module are considered, which are investigated using mathematical methods such as neural networks or fuzzy logic. The study also revealed the potential advantages of adaptive control in improving the operation of gas turbine installations that generate electricity. With the help of adaptation, an improvement in the quality of the dynamic characteristics of the gas turbine was noted.

Keywords: adaptive control, disturbances, gas turbine unit (GTU), electric system, automatic control system (ACS), power generation, management strategies.

Введение (Introduction)

На сегодняшний день в постоянно развивающейся энергетической отрасли газотурбинные установки играют ключевую роль в производстве электроэнергии. Эти установки известны своей эффективностью, гибкостью и способностью быстро реагировать на изменяющиеся требования к нагрузке. Однако на производительность газотурбинных установок могут существенно влиять возмущения в электрической системе, такие как колебания напряжения, изменения частоты, неисправности сети и внезапные изменения нагрузки. Эти нарушения могут создать проблемы для газовых турбин, что приведет к снижению эффективности, нестабильности или даже полному останову турбины. Чтобы избавиться от нежелательных проблем, используются приведенные ниже методы адаптивного управления.

Газотурбинные установки (ГТУ) представляют собой предприятия по производству электроэнергии, которые используют газовые турбины для производства электроэнергии. Газовые турбины — это двигатели внутреннего сгорания, которые преобразуют энергию горящего топлива (обычно природного газа или жидкого топлива) в механическую энергию. Эта механическая энергия затем используется для привода генератора, который производит электроэнергию. Газотурбинные установки широко используются как в крупных электростанциях, так и в небольших децентрализованных установках, обеспечивая высокую эффективность, долговечность, быстрое время запуска и гибкость в выборе топлива [1].

Материалы и методы (Materials and Methods)

Рассмотрим перспективу применения адаптивного управления в САУ, а именно в газовых турбинах. Адаптивное управление относится к системам управления, которые корректируют параметры или структуру регулятора в ответ на изменения возмущающих воздействий или свойств объекта управления. В свою очередь, адаптивные системы классифицируются следующим образом [2]:

• По характеру изменений в управляющем устройстве – самонастраивающаяся и самоорганизующаяся.
• По способу изучения объекта – поисковая и беспоисковая.
• По способу достижения эффекта самонастройки системы – сигнальная (пассивная) и параметрическая (активная).

В последнее время большой интерес вызывает разработка самонастраивающихся адаптивных систем с эталонной моделью [3]. Так как в этих системах в большинстве случаев для синтеза регуляторов и создания моделей применяются математические методы, такие как нейронные сети и нечеткая логика, поскольку эти подходы обладают широкими возможностями. Ниже приведен модуль параметрического адаптивного управления ГТУ (рис.1).