EGY IPARI SZINKRONGENERÁTOR



Hasonló dokumentumok
Válasz Dr. Abonyi János bírálatára

Irányítási struktúrák összehasonlító vizsgálata. Tóth László Richárd. Pannon Egyetem Vegyészmérnöki és Anyagtudományok Doktori Iskola

Számítógépvezérelt irányítás és szabályozás elmélete (Bevezetés a rendszer- és irányításelméletbe, Computer Controlled Systems) 9.

Számítógépvezérelt irányítás és szabályozás elmélete (Bevezetés a rendszer- és irányításelméletbe, Computer Controlled Systems) 7.

Quadkopter szimulációja LabVIEW környezetben Simulation of a Quadcopter with LabVIEW

Számítógépvezérelt irányítás és szabályozás elmélete (Bevezetés a rendszer- és irányításelméletbe, Computer Controlled Systems) 8.

Dinamikus modellek szerkezete, SDG modellek

Irányításelmélet és technika II.

Irányításelmélet és technika II.

Irányításelmélet és technika I.

A HIBRID LINEÁRIS LÉPTET MOTOR HATÉKONYSÁGÁNAK NÖVELÉSI MÓDOZATAIRÓL

A nagy teljesítõképességû vektorhajtások pontos paraméterszámításokat igényelnek

Módszer köztes tárolókat nem tartalmazó szakaszos működésű rendszerek ütemezésére

Haszongépj. Németh. Huba. és s Fejlesztési Budapest. Kutatási. Knorr-Bremse November 17. Knorr-Bremse

Elektromechanikai rendszerek szimulációja

MŰSZAKI TUDOMÁNY AZ ÉSZAK-ALFÖLDI RÉGIÓBAN 2010

Irányítástechnika 2. előadás

Kristályosítók modell prediktív szabályozása

Autópálya forgalomszabályozás felhajtókorlátozás és változtatható sebességkorlátozás összehangolásával és fejlesztési lehetőségei

Elektro-pneumatikus tengelykapcsoló rendszerek megfigyelő alapú előrecsatolt/visszacsatolt irányítása. Szimandl Barna

Süle Zoltán publikációs listája

Ipari kemencék PID irányítása

AZ A PRIORI ISMERETEK ALKALMAZÁSA

Elektrotechnika - Bemutatkozás

GÉPI ÉS EMBERI POZICIONÁLÁSI, ÉRINTÉSI MŰVELETEK DINAMIKÁJA

Városi légszennyezettség vizsgálata térinformatikai és matematikai statisztikai módszerek alkalmazásával

Al-Mg-Si háromalkotós egyensúlyi fázisdiagram közelítő számítása

OTKA nyilvántartási szám: T ZÁRÓJELENTÉS

VAJSZ Tibor, MSc hallgató, 1. Dr. SZÁMEL László, egyetemi docens, 2. RÁCZ György, doktorandusz, 3.

Bevezetés az állapottér-elméletbe Dinamikus rendszerek állapottér reprezentációi

Gyártórendszerek irányítási struktúrái

Hidraulikus hálózatok robusztusságának növelése

Energetikai mérnöki alapszak (BSc) nappali tagozat (BG) / BSc in Energy Management Engineering (Full Time)

Soros felépítésű folytonos PID szabályozó

2.Előadás ( ) Munkapont és kivezérelhetőség

ÁRAMKÖRÖK SZIMULÁCIÓJA

Közbenső hőcserélővel ellátott hőszivattyú teljesítménytényezőjének kivizsgálása

Pannon Egyetem Vegyészmérnöki- és Anyagtudományok Doktori Iskola

Megújuló energiaforrások hasznosítása a járműiparban

SZÉN NANOCSŐ KOMPOZITOK ELŐÁLLÍTÁSA ÉS VIZSGÁLATA

Tartalom. 1. Állapotegyenletek megoldása 2. Állapot visszacsatolás (pólusallokáció)

AKTUÁTOR MODELLEK KIVÁLASZTÁSA ÉS OBJEKTÍV ÖSSZEHASONLÍTÁSA

Szinkronizmusból való kiesés elleni védelmi funkció

Ph. D. értekezés tézisei

A HPLWR tanulmányozásához használt csatolt neutronfizikai-termohidraulikai programrendszer továbbfejlesztése

Dinamikus programozás alapú szivattyú üzemvitel optimalizálási technikák (főként) kombinatorikus vízműhálózatokra

Mechatronika, Optika és Gépészeti Informatika Tanszék MOTOR - BOARD

Rektifikáló oszlop szabályozása a kőolaj alkotó összetevőinek szétválasztására

Segédlet a gyakorlati tananyaghoz GEVAU141B, GEVAU188B c. tantárgyakból

Mechatronika alapjai órai jegyzet

Kovács Ernő 1, Füvesi Viktor 2

műszaki tudomány doktora 1992 Beosztás: stratégiai tanácsadó, tudományos tanácsadó Munkahelyek: Nokia -Hungary kft Veszprémi Egyetem

2014/2015. tavaszi félév

Sztöchiometriai egyenletrendszerek minimális számú aktív változót tartalmazó megoldásainak meghatározása a P-gráf módszertan alkalmazásával

"Flat" rendszerek. definíciók, példák, alkalmazások

Inverziós módszerek alkalmazása a geofizikában

I. BEVEZETÉS, MOTIVÁCIÓ, PROBLÉMAFELVETÉS

Hibrid rendszerek stabilitásvizsgálata és irányítása. PhD tézis. Írta: Rozgonyi Szabolcs. Témavezet : Prof. Hangos Katalin.

Ha ismert (A,b,c T ), akkor

Bevezetés az állapottér elméletbe: Állapottér reprezentációk

PUBLIKÁCIÓS ÉS ALKOTÁSI TEVÉKENYSÉG ÉRTÉKELÉSE, IDÉZETTSÉG Oktatói, kutatói munkakörök betöltéséhez, magasabb fokozatba történı kinevezéshez.

Problémás regressziók

2008. év végére elkészült a csatorna felújítása, ezt követte 2009-ben a motor és a frekvenciaváltó üzembe helyezése.

Dinamikus rendszerek identifikációja genetikus programozással

ÉRZÉKELŐK ÉS BEAVATKOZÓK I. 3. MÉRÉSFELDOLGOZÁS

Logisztikai mérnöki alapszak (BSc) levelező tagozat (BSL) / BSc in Logistics Engineering (Part Time)

Tápegység tervezése. A felkészüléshez szükséges irodalom Alkalmazandó műszerek

Publikációs lista. Gódor Győző július 14. Cikk szerkesztett könyvben Külföldön megjelent idegen nyelvű folyóiratcikk...

Pacemaker készülékek szoftverének verifikációja. Hesz Gábor

BUDAPESTI MŐSZAKI ÉS GAZDASÁGTUDOMÁNYI EGYETEM

és alkalmazások, MSc tézis, JATE TTK, Szeged, Témavezető: Dr. Hajnal Péter

MECHATRONIKA Mechatronika alapképzési szak (BSc) záróvizsga kérdései. (Javítás dátuma: )

Számítógépes gyakorlat MATLAB, Control System Toolbox

Önéletrajz Dr. Bányai Orsolya.

Matematikai geodéziai számítások 5.

(A képzés közös része, specializációra lépés feltétele: a szigorlat eredményes teljesítése)

ICT ÉS BP RENDSZEREK HATÉKONY TELJESÍTMÉNY SZIMULÁCIÓJA DR. MUKA LÁSZLÓ

DETERMINATION OF SHEAR STRENGTH OF SOLID WASTES BASED ON CPT TEST RESULTS

Mozgásmodellezés. Lukovszki Csaba. Navigációs és helyalapú szolgáltatások és alkalmazások (VITMMA07)

MEMS eszközök redukált rendű modellezése a Smart Systems Integration mesterképzésben Dr. Ender Ferenc

MULTIMÉDIA ALAPÚ OKTATÁSI TECHNOLÓGIÁK GYAKORLATI ALKALMAZÁSÁNAK VIZSGÁLATA A KATONAI SZAKNYELVOKTATÁSBAN

Tanulmányozza az 5. pontnál ismertetett MATLAB-modell felépítést és működését a leírás alapján.

Közreműködők Erdélyi István Györe Attila Horvát Máté Dr. Semperger Sándor Tihanyi Viktor Dr. Vajda István

JÓVÁHAGYÁS. szervezet. Név Dr. Szakonyi Lajos KPI Oktatási Minisztérium

Infobionika ROBOTIKA. XI. Előadás. Robot manipulátorok III. Differenciális kinematika. Készült a HEFOP P /1.0 projekt keretében

A KUTATÁS EREDMÉNYEI ZÁRÓJELENTÉS

ÉRZÉKELŐK ÉS BEAVATKOZÓK II. 5. DC MOTOROK SZABÁLYOZÁS FORDULATSZÁM- SZABÁLYOZÁS

Kétdimenziós mesterséges festési eljárások. Hatások és alkalmazások

Az éghajlati modellek eredményeinek alkalmazhatósága hatásvizsgálatokban

GEOSTATISZTIKA II. Geográfus MSc szak. 2019/2020 I. félév TANTÁRGYI KOMMUNIKÁCIÓS DOSSZIÉ

Érzékelők és beavatkozók

ÉPÜLETEK TŰZVÉDELME A TERVEZÉSTŐL A BEAVATKOZÁSIG TUDOMÁNYOS KONFERENCIA A BIM és a tűzvédelem The BIM and the fire protection

MÁTRIXALGEBRAI HIBAFA- ÉRZÉKENYSÉGELEMZÉS

Intelligens Induktív Érzékelők

FEGYVERNEKI SÁNDOR, Valószínűség-sZÁMÍTÁs És MATEMATIKAI

Anyagjellemzők változásának hatása a fúróiszap hőmérsékletére

Dinamikus modellek felállítása mérnöki alapelvek segítségével

Honlap szerkesztés Google Tudós alkalmazásával

Nemlineáris anyagviselkedés peridinamikus modellezése. Ladányi Gábor, PhD hallgató

Nemlineáris anyagviselkedés peridinamikus modellezése

Átírás:

EGY IPARI SZINKRONGENERÁTOR PARAMÉTEREINEK A BECSLÉSE ÉS SZABÁLYOZÁSA (MODEL PARAMETER ESTIMATION AND CONTROL OF A SYNCHRONOUS GENERATOR) doktori (PhD) értekezés tézisei készítette FODOR ATTILA Témavezető: Dr Hangos Katalin, Dr. Magyar Attila Informatikai Tudományok Doktori Iskola Villamosmérnöki és Információs Rendszerek Tanszék Pannon Egyetem Veszprém 2015

1. Célkitűzés, motiváció A villamos forgógépeket, villamos motorokat és generátorokat az iparban rendkívül széles körben alkalmazzák. Felépítésük és bonyolultságuk miatt nehezen írhatóak le matematikai egyenletekkel és nemlinearításuk miatt komoly mérnöki kihívás a modellezésük és a szabályozásuk is. A szabályozásorientált módszerek, mint dinamikus modellezés, modell analízis, paraméterbecslés, szabályozó tervezés és diagnosztika nagy mélységekben kutatott terület a klasszikus lineáris és a nemlineáris rendszerek esetében is. Ezen a módszereknek és villamos forgógépekkel kapcsolatos alkalmazásuknak a gyakorlati fontossága folyamatos kihívást biztosít, felhasználva a rendszer és írányítástechnika eredményeit (lásd pl.: [1], [2] és [3]). A munkám a klasszikus forgógépek egyik családjára, a szinkron gépekre fókuszál. A szinkron motorok és generátorok fontos szerepet töltenek be az ipari alkalmazásoknál, ennél fogva számtalan összefoglaló könyv és tudományos közlemény foglalkozik az aszinkron motorok szabályozási problémáival (lásd pl.: [4], [5] és [6]). Viszont a szinkron generátorok modellezése, analízise és szabályozási problémái sokkal kevésbé kutatott területek, amelynek hátterében a korlátozott alkalmazási terület állhat. A szinkron generátorokat széles körben erőművekben alkalmazzák, ahol a biztonságkritikus alkalmazásuk miatt szükséges a modern irányítástechnika eszköztárát felhasználni. Ha a modern irányítástechnikai módszereket akarjuk alkalmazni nemlineáris rendszerekhez, akkor szükséges a rendszer tulajdonságainak és specialitásainak a feltárása (lásd pl.: [1] és [7]), egyébként a módszerek nehézkes vagy gyakorlatilag megoldhatatlan problémához vezethetnek. Ezért egy interdisszipinális megközelítést alkalmaztam a szinkron generátorok modellezéséhez, analízishez, paraméter becsléshez és szabályozó tervezéséhez. A paraméterbecslés és a szabályozótervezés különösen nehéz feladat egy ipari generátor esetében, amely csak egy jól definiált korlátos tartományban és zárt szabályozási hurokban üzemeltethető. Ezért speciális paraméterbecslési módszerek szükségesek. Ezek segítségével kiküszöbölhető az alulgerjesztettségből eredő probléma, de az eredmény egyben robosztus is, hogy lineáris szabályozó legyen alkalmazható. A kutatás során elvégzett munka lényegét tehát azok a speciális újszerű megközelítések és módszerek adják, amelyekkel egy valóságos, ipari körülmányek között működő szinkron generátor szabályozótervezésének és az ahhoz szükséges paraméterbecslésnek a 2

problémái megoldhatóak. 2. Felhasznált eszközök és módszerek A model analízis, paraméterbecslés és szabályozó tervezés a vizsgált szinkron generátor nemlineáris modelljén alapszik. A következőkben a modell és a speciális modell-orientált módszerek és eszközök rövid összefoglalása olvasható. 2.1. A szinkron generátor modellje Ez a fejezet röviden összefoglalja a szinkron generátor modelljét, amelyet a modell analízishez, a paraméterbecsléshez és a szabályozó tervezéshez használtam. Az állapottér modell általánosságban a következő formában írható fel: ẋ = A(x)x + Bu (1) y = h(x,u), (2) ahol az (1) egyenlet az állapot egyenlet és a (2) egyenlet pedig a kimeneti egyenlet. Az állapottér modell nemlineáris az állapot és a kimeneti egyenletben ezen felül input-affine. Az általános alakban az x vektor reprezentálja az állapotváltozók vektorát, amely a következő elemeket tartalmazza: x = [ i d i F i D i q i Q ω δ ] T, (3) ahol i d és i q a direkt és a kvadratúra komponense az állórész áramának, i D és i Q a direkt és a kvadratúra komponense a csillapító tekercs áramának, i F a gerjesztő tekercs árama, ω a generátor szögsebessége, δ pedig a terhelési szöge. Az u vektor jelöli a bemeneti változók vektorát, amely a következő: u = [ v d v F v D = 0 v q v Q = 0 T mech 1 ] T, (4) ahol v d és v q direkt és a kvadratúra komponense az állórész feszültségének, v D és v Q direkt és a kvadratúra komponense a csillapító tekercs feszültségének, v F a gerjesztő feszültség és T mech a generátor nyomatéka. Későbbi felhasználásra a bemeneti változók vektora szétbontható beavatkozó jeleket 3

és zavarásokat tartalmazó tagokra. A beavatkozó jelek vektora (u man ) a következő formában írható fel: u man = [ v F T mech ] T, (5) a zavarásokat (d) tartalmazó vektor pedig a következő: d = [ v d v D = 0 v q v Q = 0 1 ] T. (6) Látható, hogy a modell rendszer mátrixa (A(x)) függvénye az i d, i q és ω állapotváltozóknak. L 1 R RSω (ω) A(x) =, (7) L di q 3τ j km Fi q 3τ j km Di q L q i d km Q i d D 3τ j 3τ j 3τ j τ j 0 0 1 0 ahol R RSω (ω) = L = r + R e ωl q ωkm Q 0 r F 0 r D ωl d ωkm F ωkm D r + R e 0 r Q L d + L e km F km D km F L F M R km D M R L D 0 L q + L e km Q 0 km Q L Q és (8), (9) ahol L d, L q, L F és L e induktivitások, M D, M Q és M F csatolt induktivitások, r, r F, r D és R e ellenállás paraméterei a modellnek, k, D és τ j pedig konstansok. 4

A modell bemeneti mátrixa (B) a következő formában írható fel: L 1 B =. (10) 1 0 τ j 0 1 A generátor összefoglaló állapottér modellje felírható a generátor modelljének az ismertetett állapot és bemeneti vektorait, illetve a rendszer és a bemeneti mátrixát felírva: i ḋ i Ḟ i Ḋ i q i Q ω δ = L di q 3τ j km Fi q 3τ j L 1 R RSω (ω) km Di q 3τ j L q i d 3τ j km Q i d 3τ j 0 L 1 + 0 0 1 τ j 0 0 1 τ D j 0 1 0 v d v F 0 v q 0 T mech 1 Végül a modell kimeneti egyenletei a következő formában írhatók fel: p out = v d i d + v q i q i d i F i D i q i Q ω δ + (11) q out = v d i q v q i d (12) i out = i 2 d + i2 q. Figyelembe véve, hogy a kimeneti egyenletek nemlineárisak, a kimeneti vektor (y) a következő: y = [p out q out i d i q i out ω i F ] T. (13) 5

2.2. A modell analízis eszközei A modell analízis következtetései előzetes eredményt szolgáltatnak a paraméterbecsléshez és a szabályozó tervezéshez és ezen felül fontos eszközei a modell verifikációnak is. Az előzetes érzékenységvizsgálat eredményei alapján állapíthatóak meg azok a paraméterek, amelyek változása nem gyakorol hatást a modell kimeneteire. Ez fontos lesz a paraméterbecslés során, mert a modellnek 23 paramétere van. A modell paraméter érzékenysége azt jellemzi, hogy mennyire változik meg a rendszer trajektóriája, akkor ha egy adott paraméter megváltozik. Egyszerű differenciál-algebrai rendszer modelleknél minden egyes paraméterhez felírható egy érzékenységi egyenlet [8] a modell egyenletekből és az egzakt válaszból. Abban az esetben, ha nagy számú paraméter áll rendelkezésre és csak bizonyos állapot változók érzékenysége az érdekes, akkor léteznek sztochasztikus módszerek (lásd például: [9], [10]), melyek párhuzamosan változtatják több paraméter értékét is. Az érzékenységvizsgálattal a célom csupán az volt, hogy kiválasszam azokat a paramétereket, amelyek kifejezetten fontosak a rendszer állapotainak és kimeneteinek megváltozása szempontjából. Ennél fogva a legegyszerűbben adaptálható módszert alkalmaztam a paraméterek érzékenységének vizsgálatára. A dinamikus szimulációk közben a paraméterek nominális értékét vettem alapul és azokat egyenként változtattam 10%-kal a nominális értékhez képest fel és le, eközben folyamatosan vizsgáltam a kimenetek változását. 2.3. A paraméterbecslés módszere A paraméterbecsléshez a kifejlesztett modell ((11) és (12) egyenletek) kibővítésre került két PI szabályozó egyenletével, mivel az MVM Paksi Atomerőműben ilyen szabályozókat használnak. A paraméterbecslés során passzív ipari mérésekből származó terhelési tranziensek közben mért adatokat alkalmaztam. Mivel a modell nemlineáris, ezért speciális, optimalizáció alapú paraméterbecslési módszert alkalmaztam a becslési hiba minimalizálása céljából. A generátornál összesen 6 mért érték érhető el: a hatásos teljesítmény 6

(p out ), meddő teljesítmény (q out ), szögsebesség (ω), a gerjesztő feszültség és áram (v F és i F ), és az állórész árama (i out ). A mérhető jelek vektora a következő formában írható fel: µ = [ p out q out ω v F i F i out ] T, (14) ahol a kimenő áramot (i out ) a (12) egyenlet adja. Megállapítható, hogy a p out, q out és i out kimeneti változók, i F és ω állapot változók, v F pedig bemeneti változója a modellnek ((11) és (12) egyenletek). A jelek varianciájának a segítségével a mérésekből származó jelekből (µ) és azok modellből számított megfelelőiből ( µ) meghatározható a hibafüggvény. A V hibafüggvény a következő formában számolható: V = N 6 w i n i (µ i (t) µ i (t)) ), t=1( 2 (15) i=1 ahol N a mért pontok száma, w i a súlyozás értéke, n i a normalizáló faktor és µ = [ p out q out ω ṽ F ĩ F ĩ out ] T (16) pedig a modell által kiszámított jelek vektora. A hibafüggvény (V ) és a súlyok meghatározása az MVM Paksi Atomerőmű mérési körülményeinek és módszereinek (mintavételezés gyakorisága, pontossága és fontossága) figyelembevételével történtek. A hibafüggvény (V ) minimalizálása az Asynchronous Parallel Pattern Search (APPS) módszer alkalmazásával történt. Ez a módszer egy változata a párhuzamos mintakereső eljárásoknak, amely párhuzamos futásával hatékonyan képes működni. A módszerrel kapcsolatban fontos megjegyezni, hogy az APPS képes megoldani a minimalizálási problémát minden fajta explicit deriválás nélkül [11]. 2.4. Megfigyelő alapú LQ-szervó szabályozó szinkron generátorhoz A bemutatásra kerülő robosztus szabályozó képes párhuzamosan szabályozni a hatásos és a meddő teljesítményt a terhelés változtatási tranziens közben is. A szabályozási cél és a szabályozóval szemben támasztott követelmények a következőképpen foglalhatóak össze: 7

A rendszer szabályozott kimenete (y per f ) kövesse az előre meghatározott alapjelet, ahol y per f = [ p out q out ] T. (17) Legyenek rendszer mérhető/számolható állapotváltozói (i d, i F és i q ), a mérhető kimeneti vektor elemei, így y meas = [ i d i F i q ] T. (18) A szabályozható bemeneti változók vektorát (u man ) a generátornak az (5) egyenlet adja. A szabályozott kimenetre (y per f ) a zavarásokat tartalmazó vektor (d) nincsen hatással (lásd (6) egyenlet). A visszacsatolt rendszer lokálisan aszimptotikusan stabil legyen. A felsorolt célokra nagyon jól használható az LQ-szervó szabályozó tervezési módszer [12]. A választást igazolják az LQ-szervó szabályozó következő tulajdonságai is: Robosztus, mert relatív nem érzékeny a lineáris és a nemlineáris modell közötti eltérésekre, továbbá alkalmas alapjel követésre, amely a szabályozás elsődleges célja. Nagyon jó zavarjel elnyomási tulajdonságokkal rendelkezik. További cél volt, hogy a szabályozó birkózzon meg az ipari körülményekkel, amelyet az MVM Paksi Atomerőműből származó valódi ipari mérési adatokkal fogok igazolni a verifikáció során. Az LQ-szervó szabályozó teljes állapotvisszacsatolást alkalmaz, azonban nem az összes állapotváltozó mérhető, ezért egy állapot megfigyelő tervezése is szükséges [13], [14]. Az LQ-szervó szabályozó tervezés a lokálisan linearizált modellen alapszik. Az állapotváltozók egyensúlyi pontja kifejezhető az állapottér modellből ((11) egyenlet). A rendszer egyensúlyi pontja a következő: [ ] x 0 = i 0 d i 0 q i 0 F i0 D i0 Q = [ 1.75 0.79 2.98 1.24 10 7 7.18 10 8 ] (19) 8

A lokálisan linearizált állapottér modell általános alakját a (21) egyenlet mutatja, ahol x az állapot változók vektora, amely a centralizált és csonkított verziója a nemlineáris modell állapotváltozó vektorának [ ] T x = i d i 0 d i q i 0 q i F i 0 F i D i 0 D i Q i 0 Q. (20) A linearizált állapottér modell két kimeneti egyenletet tartalmaz, amelynek egyike a performacia kimenetre (y per f ) a másika pedig a mérhető kimenetekre (y meas ) vonatkozik: y meas y per f ẋ = Ax + B u u + B d d = C meas x = C per f x + D u u + D d d (21) Az összefüggésekben szereplő mátrixok közül A,B u,b d,c meas,c perf,d u és D d konstansok. Az állapotvisszacsatolásos szabályozók koncepciója nagyon hatékony és széles körben alkalmazott a lineáris és közel linearizált rendszereknél. Gyakorlati alkalmazásoknál, azonban a rendszer állapotváltozója ritkán elérhető a visszacsatoláshoz. Viszont ezekben az esetekben is implementálni kell az állapotvisszacsatolást, ilyenkor meg kell határozni az állapotváltozók értékét valamilyen módon a rendszer bemeneti és kimeneti jeleiből [15]. A megfigyelő tudja ezekben az esetekben rekonstruálni az állapotváltozók értékeit. A mefigyelő elsődleges feladata, hogy meghatározza a becsült állapotváltozók (x obs ) értékét a rendszer mért kimeneteiből (y meas ). Ennek a tervezése pólusáthelyezéses technikán alapszik, melyeket a tervezés során a következő rendszerparamétereket használtam fel: A, B u és C meas. A tervezésénél fontos volt, hogy a pólusokból (λ obs ) következő hibadinamika sokkal gyorsabb legyen, mint a lokálisan linearizált rendszer pólusaiból ((22) egyenlet) következő, ezáltal a megfigyelő hibatranziense gyorsabban lecseng, mint a rendszer tranziense. Az előbbieket figyelembe véve a megfigyelő pólusai legyenek: λ obs = [ 5 6 7 8 10 ]. (22) Magának az LQ-szervó szabályozónak a tervezése a kiterjesztett linearizált modellen ((21) egyenlet) és a szabályozási hibán (z) alapszik. A szabályozási hiba (z) reprezentálja az eltérést az alapjel (r in ) és az ellenőrzőjel (y per f ) között. A kibővített állapotegyenletek a következő formában írhatóak 9

fel: ẋ = Ax + B u u + B d d ż = r y per f = r in C per f x D u u D d d. (23) A kibővített állapotegyenleteket blokk mátrix formában a (24) egyenlet mutatja, ahol x = [ x z ] T [ x = A 0 C per f 0 ] [ Bu x + D u ] [ Bd u + D d ] [ 0 d + I ] r in. (24) LQR tervezése esetén a rendszermodell ((24) egyenlet) figyelembe vételével egy célfüggvény minimalizálás a feladat fogalmazható meg, amely az alábbi formában írható fel: J( x,u) = 0 ( x T Q x + u T Ru)dt. (25) Az LQ-szervó tervezési módszereit figyelembe véve Q és R szimmetrikus kvadratikus pozitív definit mátrixok, ahol Q az állapotváltozókat és R a bemeneti változókat bünteti. Természetesen meg kell találni a kompromisszumot az állapot jelek normája (a szabályozás minősége) és a bemeneti jelek normája (a szabályozás olcsósága) között. A szabályozó Q mátrixának kettő diagonális tagja bünteti a hibajel (z) eltérését. A visszacsatolás erősítési tényezőjét, amelyet a (25) egyenlet minimalizál és a (24) egyenlet figyelembe vételével irányítja a saját egyensúlyi pontja felé, amely blokk mátrix formában a következő: K = [ K x K z ]. 10

3. Új tudományos eredmények 1. tézis Modell verifikáció és előzetes paraméter kiválasztás Egyszerű modell analízis eszközöket javasoltam és használtam a vizsgált ipari szinkron generátor dinamikus modelljének verifikációjára, és az előzetes paraméter-kiválasztásra a paraméterbecsléshez. ([O1], [O2], [O3] és [O5] és dolgozat 3. Fejezet). (i) Model verifikáció céljára lokális stabilitás analízist, valamint a gerjesztő feszültség, a hatásos teljesítmény és a hálózati zavarásokra adott egyszerű egységugrás-válaszfüggvények vizsgálatát javasoltam. Megállapítottam, hogy ezekkel a módszerekkel elvégezhető a modell verifikációja. (ii) Érzékenységvizsgálatot hajtottam végre a kifejlesztett dinamikus modell összes paraméterén, ahol az állapotváltozók és a kimenetek érzékenységét vizsgáltam. Az érzékenységvizsgálat eredményeit felhasználva 4 csoportba soroltam a szinkron generátor modelljének a paramétereit: nem érzékeny, kicsit érzékeny, nagyon érzékeny és kritikusan érzékeny. Ezeket az eredményeket felhasználva a paraméterek közül meghatároztam azokat a modell paramétereket (L F, r F, r, L d, L q, L AQ, D) és szabályozó paramétereket (P, I), amelyeket becsülni kell és lehet. 2. tézis Szinkron generátoroknál alkalmazható paraméterbecslési módszer kidolgozása Passzív ipari mért adatokat használó paraméterbecslési módszert adtam a vizsgált ipari szinkron generátor paramétereinek becslésére terhelési tranziens adatok felhasználásával. ([O5] és dolgozat 4. Fejezet). (i) Terhelési tranziens közben végzett passzív ipari méréseket felhasználva az előzetes érzékenységvizsgálat eredményeit dinamikus paramétervizsgálat alapján finomítottam és kilenc paramétert választottam ki paraméterbecslésre (L F, r F, r, L d, L q, L AQ, D, P és I). (ii) A hibafüggvényt (V ) és annak súlyait a MVM Paksi Atomerőműben használt mérési és adattárolási módszerek figyelembevételével határoztam meg. A hibafüggvény (V ) jósága jól látszik a mért és a szimulált jelek illeszkedésén. 11

(iii) A paraméterbecslést az APPS módszer alkalmazásával végeztem el. A paraméterbecslés jóságát ellenőriztem az illeszkedés és a paraméterek függvényében is, közelítő konfidencia intervallumokat határoztam meg a hibafüggvény szinthalmazaiból. 3. tézis Megfigyelő alapú LQ-szervó szabályozó tervezése szinkron generátorhoz Megfigyelő alapú LQ-szervó szabályozó struktúrát javasoltam az MVM Paksi Atomerőmű szinkron generátoraihoz a hatásos és a meddő teljesítmény egyidejű szabályozására, és meghatároztam a szabályozó paramétereit. ([O8], [O6] és dolgozat 5. Fejezet). (i) A szabályozótervezés a szinkron generátor nemlineáris állapottér modelljének egy lokálisan linearizált modelljén alapszik. A szabályozóhoz a pólus áthelyezés módszerének felhasználásával terveztem állapot megfigyelőt. (ii) A javasolt LQ-szervó szabályozót szimulációkkal verifikáltam és megállapítottam, hogy a hatásos teljesítmény lépés függvény szerinti változtatását széles működési tartományban pontosan követte. A szabályozó stabilan működik a hálózat lépés függvény szerinti zavarásaira is. 12

4. További kutatási lehetőségek, irányok A fentiekben bemutatott eredmények és a megfogalmazott tézisek természetesen nem tekinthetők a kutatási munka végeredményeinek. Az egyik továbbfejlesztési lehetőség, magába foglalja a szinkron generátor további tanulmányozását és a gerjesztés szabályozó újratervezését az MVM Paksi Atomerőmű számára. A gerjesztésszabályozó egy alapegysége az atomerőmű blokk szabályozási struktúrájának, ehhez viszont a szinkron generátor dinamikus modelljét szükséges integrálni az atomerőmű primer körének meglévő szabályozás-orientált modelljéhez, amihez ki kell fejleszteni a turbinának és a turbinaszabályozónak modelljét is. A további kutatási irányok között szerepel a szinkron generátor dinamikus modelljének kibővítése, hogy a hibás működési üzemmód leírására is alkalmas legyen, melyhez egy hibaérzékenységi megfigyelőt kell tervezni. A kifejlesztett modellt analizáló, paraméterbecslési és a szabályozó tervezési módszerek relatív könnyen általánosíthatóak más típusú villamos forgógépekhez, például szinkron motorokhoz, aszinkron motorokhoz és generátorokhoz is. Ez a kutatási irány már jelenleg is folyamatban van (lásd [O10]). A kifejlesztett szabályozó a szinkron generátor lokálisan linearizált modelljén alapszik, amely csak korlátos működési tartamányban értelmezhető, ez pedig meghatározza a szabályozó jóságát. Az eredeti bi-lineáris állapottér modell alkalmazásával megnyilnak a lehetőségek a kibővített nemlineáris elveken működő szabályozó tervezéséhez, például passzív vagy Lyapunov függvény alapú szabályozókhoz (lásd [O7]). 13

5. Tézisekhez kapcsolódó publikációk Dolgozatom főbb eredményeit és a javasolt téziseket bemutattam több nemzetközi konferencián és közzétettem szakfolyóiratban és kutatási jelentésben. Hivatkozások [O1] Attila Fodor, Attila Magyar, and Katalin M. Hangos. Dynamic modeling and analysis of a synchronous generator in a nuclear power plant. International PhD Workshop on Systems and Control, Hluboka nad Vltavou, Czech Republic, ISBN: 978-80-903834-3-2, 91 96, 2009. Cited by: B. Pan, J. Sun, and L. F. Lou. Dynamic modeling, simulation and test verification for a drive mechanism of a generator. Zhendong yu Chongji/Journal of Vibration and Shock 30(5):236 241, 2011. D-H. Wang and X-D. Shi. System performance analysis for a metal plate spring vibration isolator. Zhendong yu Chongji/Journal of Vibration and Shock 30(5):263 266, 2011. T. Lin and L. Lou. Research on the Testing Experiment of Torsion Vibration of Transmission Shaft Aviation Generator. Zhendong yu Chongji/Journal of Vibration and Shock 30(5):40 43, 2010. [O2] Attila Fodor, Attila Magyar, and Katalin M. Hangos. Dynamic modeling and model analysis of a large industrial synchronous generator. Proc. of Applied Electronics 2010, Pilsen, Czech Republic, ISBN 978-80-7043-865-7, ISSN: 1803 7232, 91 96, 2010. [O3] Attila Fodor, Attila Magyar, and Katalin M. Hangos. Parameter sensitivity analysis of a synchronous generator. Hungarian Journal of Industrial Chemistry, ISSN: 0133-0276, 38(1):21 26, 2010. [O4] Attila Fodor, Attila Magyar, and Katalin M. Hangos. Parameter sensitivity analysis of an industrial synchronous generator. 11th International PhD Workshop on Systems and Control 2010, Veszprém, Magyarország, ISBN: 978-615-5044-00-7, 2010. [O5] Attila Fodor, Attila Magyar, and Katalin M. Hangos. Controloriented modeling of the energy-production of a synchronous generator in a nuclear power plant. Energy, IF 3.565, 39:135 145, DOI = 10.1016/j.energy.2012.01.054, 2012. 14

Cited by: R. A. Jouneghani. Distributed Energy Storage Systems: Microgrid Application, Market-Based Optimal Operation and Harmonic Analysis PhD Dissertation Virginia Polytechnic Institute and State University, 2013 [O6] Attila Fodor, Attila Magyar, and Katalin M. Hangos. MIMO LQ control of the energy production of a synchronous generator in a nuclear power plant. Chemical Engineering Transactions (ISSN 1974-9791), 29:361 366, 2012. Cited by: Y. Langeron, A. Grall, and A. Barros A. Actuator health prognosis for designing LQR control in feedback systems. Chemical Engineering Transactions 33:979 984, 2013 [O7] Attila Magyar and Attila Fodor. Quasi-polynomial control of a synchronous generator. Hungarian Journal of Industry and Chemistry, ISSN: 0133-0276, 41(1):51 57, 2013. [O8] Attila Fodor, Attila Magyar, and Katalin M. Hangos. MIMO LQ control of the energy production of a synchronous generator in a nuclear power plant. Electric Power Components and Systems, IF: 0.62, 42(15):1673 1682, DOI = 10.1080/15325008.2014.950359, 2014. [O9] Péter Görbe, Attila Magyar, Attila Fodor, and Katalin M. Hangos. Experimental study of the nonlinear distortion caused by domestic power plants. Applied Thermal Energy, IF: 3.107, 70(2):1288 1293, DOI = 10.1016/j.applthermaleng.2014.05.072, 2014. Cited by: H.L. Lam, P.S. Varbanov, J.J. Klemes Applied Thermal Engineering towards sustainable development Applied Thermal Energy 70(2):1051 1055, 2014 [O10] Attila Fodor, Roland Bálint, Attila Magyar and Gábor Szederkényi. Stability and Parameter Sensitivity Analysis of an Induction Motor. Hungarian Journal of Industry and Chemistry, ISSN: 0133-0276, 42(2):109 113, 2014. Hivatkozások [1] K. M. Hangos, J. Bokor, and G. Szederkényi. Analysis and Control of Nonlinear Process Systems. Springer, 2004. 15

[2] K. M. Hangos and I. T. Cameron. Process Modelling and Model Analysis. Academic Press, London, 2001. [3] K. M. Hangos, R. Lakner, and M. Gerzson. Intelligent Control Systems: An Introduction with Examples. Kluwer Academic Publisher, 2001. [4] P. Vas. Vector Control of a.c. machines. Oxford University Press, 1990. [5] P. Vas. Sensorless Vector and Direct Torque Control. Oxford University Press, 1998. [6] P. Vas. Artifical-intelligence-Based Electrical Machines and Drives. Oxford University Press, 1999. [7] K. J. Aström and B. Wittenmark. Computer-Controlled Systems Theory and Design. Tsinghua University Press, Prentice Hall, 1994. [8] M. Caracotsios and W. E. Stewart. Sensitivity analysis of initial value problems with mixed ode s and algebraic equations. In Mathematics Research Center Report No 2777, University of Wiscosin, Madison, 1984. [9] P. Prempraneerach, F. S. Hover, M. S. Triantafyllou, C. Chryssostomidis T. J. Mccoy, and G. E. Karniadakis. Sensitivity analysis of the shipboard integrated power system. Naval Engineers Journal, 120(1):109 121, 2008. [10] M. V. Cistelecan and M. Popescu. Study of the number of slots/pole combinations for low speed permanent magnet synchronous generators. Proc. IEEE International Electric Machines & Drives Conference IEMDC 07, 2:1616 1620, 2007. [11] T. G. Kolda. Revisiting asynchronous parallel pattern search for nonlinear optimization. SIAM Journal on Optimization, 16(2):563 586, 2005. [12] M. A. Athans and P. L. Falb. Optimal Control. McGraw-Hill, New York, 1966. [13] G. Wozny, G. Fieg, L. Jeromin, and H. Gülich. Design and analysis of a state observer for the temperature front of a retification column. Chemical Engineering and Technology, 12(1):339 344, 1989. [14] R. Neimeier, G. Schulz-Ekloff, T. Vielhaben, and G. Thiele. A nonlinear observer for the iron-catalysed hydrogen peroxide decomposition in a continuous stirred tank reactor. Chemical Engineering and Technology, 20(6):391 395, 1997. [15] N. K. Sinha. Control Systems. CBS College Oublishing, New York, 1986. 16