Оптимізація системи управління електроенергетичної системи, працюючої на гіперболі незмінної потужності

Автор(и)

  • Віталій Віталійович Будашко Національний університет «Одеська морська академія», Україна https://orcid.org/0000-0003-4873-5236
  • Альберт Кирилович Сандлер Національний університет «Одеська морська академія», Україна https://orcid.org/0000-0002-0709-0542
  • Валерій Анатолійович Шевченко Національний університет «Одеська морська академія», Україна https://orcid.org/0000-0003-3229-1909

DOI:

https://doi.org/10.15587/1729-4061.2022.252172

Ключові слова:

електроенергетична система, гіпербола незмінної потужності, система керування, оптимізація, кореляційний аналіз

Анотація

Для електроенергетичної системи (ЕЕС) комбінованого пропульсивного комплексу (КПК), працюючого на гіперболі незмінної потужності (ГНП), була вдосконалена стратегія управління розподілом потужності між гребними електродвигунами і споживачами власних потреб. Дослідження проводилися з метою зниження коливань споживаного струму та навантаження за рахунок оптимізації регуляторів напруги та частоти обертання генераторних агрегатів (ГА). Синтез системи стабілізації напруги і частоти ГА ЕЕС відбувалося за рахунок визначення в системі рівнянь динаміки величин постійних часу ланок ЕЕС та відповідних параметрам керування коефіцієнтів. Для визначення характеристик керуючих сигналів регуляторів частоти обертання та напруги збудження ГА ЕЕС було обраховані закони регулювання швидкості та струму збудження. Після дискретизації коефіцієнтів регулятора керування швидкістю ГА, були визначені задачі для регулятора напруги збудження. Було застосовано методологію збору даних на підставі кореляції характеристик ЕЕС до експериментальних характеристик ГА. Оптимізація системи рівнянь динаміки ЕЕС у відповідності до структури та налаштувань оптимального регулятора та ймовірності появи ситуаційної помилки здійснено за рахунок використання коефіцієнту кореляції R-Спірмана. Оптимізація дозволила знизити ймовірність появи ситуаційної помилки підчас синхронізації ГА та забезпечити стійку роботу ГА, близьку до режиму роботи на ГНП. Випробування регулятору потужності проводилися у режимі зміни навантаження власних потреб з рівнями потужності ЕЕС на ГНП в межах 50–100 % від номінальної. Діапазон відхилень споживаного струму при включеному регуляторі обертання ГА склав 10 % від середнього значення. Діапазон відхилень потужності ЕЕС при увімкненому регуляторі потужності становив 5 %

Біографії авторів

Віталій Віталійович Будашко, Національний університет «Одеська морська академія»

Доктор технічних наук, професор

Навчально-науковий інститут автоматики та електромеханіки

Альберт Кирилович Сандлер, Національний університет «Одеська морська академія»

Доцент

Кафедра теорії автоматичного керування та обчислювальної техніки

Валерій Анатолійович Шевченко, Національний університет «Одеська морська академія»

Доктор технічних наук, доцент

Кафедра технічної експлуатації суден

Посилання

  1. Haseltalab, A., Wani, F., Negenborn, R. R. (2022). Multi-level model predictive control for all-electric ships with hybrid power generation. International Journal of Electrical Power & Energy Systems, 135, 107484. doi: https://doi.org/10.1016/j.ijepes.2021.107484
  2. Boričić, A., Torres, J. L. R., Popov, M. (2021). Fundamental study on the influence of dynamic load and distributed energy resources on power system short-term voltage stability. International Journal of Electrical Power & Energy Systems, 131, 107141. doi: https://doi.org/10.1016/j.ijepes.2021.107141
  3. Ortega, Á., Milano, F. (2019). Voltage Stability of Converter-Interfaced Energy Storage Systems. IFAC-PapersOnLine, 52 (4), 222–227. doi: https://doi.org/10.1016/j.ifacol.2019.08.187
  4. Soomro, A. H., Larik, A. S., Mahar, M. A., Sahito, A. A., Soomro, A. M., Kaloi, G. S. (2021). Dynamic Voltage Restorer – A comprehensive review. Energy Reports, 7, 6786–6805. doi: https://doi.org/10.1016/j.egyr.2021.09.004
  5. Chen, Y., Huang, Z. (2014). A High Performance Computing Platform for Performing High-Volume Studies with Windows-based Power Grid Tools. IFAC Proceedings Volumes, 47 (3), 10772–10777. doi: https://doi.org/10.3182/20140824-6-za-1003.00839
  6. Neuman, P. (2009). Models of synchronous generator and transformers for Dispatch Training Simulators and Real Time Digital Simulators. IFAC Proceedings Volumes, 42 (9), 398–403. doi: https://doi.org/10.3182/20090705-4-sf-2005.00070
  7. The RTDS Simulator is the world’s benchmark for real-time power system simulation. Available at: https://www.rtds.com/
  8. Budashko, V., Shevchenko, V. (2021). The synthesis of control system to synchronize ship generator assemblies. Eastern-European Journal of Enterprise Technologies, 1 (2 (109)), 45–63. doi: https://doi.org/10.15587/1729-4061.2021.225517
  9. Nivelo, J. J. O., Coello, J. A. C., Pereira, G. G. C., Passos, F. O., Filho, J. M. C., Guerrero, C. A. V. et. al. (2021). Evaluating voltage drop snapshot and time motor starting study methodologies – An offshore platform case study. Electric Power Systems Research, 196, 107187. doi: https://doi.org/10.1016/j.epsr.2021.107187
  10. Hvozdeva, I., Myrhorod, V., Budashko, V., Shevchenko, V. (2020). Problems of Improving the Diagnostic Systems of Marine Diesel Generator Sets. 2020 IEEE 15th International Conference on Advanced Trends in Radioelectronics, Telecommunications and Computer Engineering (TCSET). doi: https://doi.org/10.1109/tcset49122.2020.235453
  11. Vitalii, B., Vitalii, N., Mark, N., Sergii, K. (2018). Parametrization and identification of energy flows in the ship propulsion complex. 2018 14th International Conference on Advanced Trends in Radioelecrtronics, Telecommunications and Computer Engineering (TCSET). doi: https://doi.org/10.1109/tcset.2018.8336205
  12. Myrhorod, V., Hvozdeva, I., Budashko, V. (2020). Multi-parameter Diagnostic Model of the Technical Conditions Changes of Ship Diesel Generator Sets. 2020 IEEE Problems of Automated Electrodrive. Theory and Practice (PAEP). doi: https://doi.org/10.1109/paep49887.2020.9240905
  13. Budashko, V., Shevchenko, V. (2021). Solving a task of coordinated control over a ship automated electric power system under a changing load. Eastern-European Journal of Enterprise Technologies, 2 (2 (110)), 54–70. doi: https://doi.org/10.15587/1729-4061.2021.229033
  14. Van den Broeck, G., Stuyts, J., Driesen, J. (2018). A critical review of power quality standards and definitions applied to DC microgrids. Applied Energy, 229, 281–288. doi: https://doi.org/10.1016/j.apenergy.2018.07.058
  15. Budashko, V. V. (2017). Design of the three-level multicriterial strategy of hybrid marine power plant control for a combined propulsion complex. Electrical Engineering & Electromechanics, 2, 62–72. doi: https://doi.org/10.20998/2074-272x.2017.2.10
  16. Balog, R. S., Weaver, W. W., Krein, P. T. (2012). The Load as an Energy Asset in a Distributed DC SmartGrid Architecture. IEEE Transactions on Smart Grid, 3 (1), 253–260. doi: https://doi.org/10.1109/tsg.2011.2167722
  17. Lu, X., Sun, K., Guerrero, J. M., Vasquez, J. C., Huang, L., Wang, J. (2015). Stability Enhancement Based on Virtual Impedance for DC Microgrids With Constant Power Loads. IEEE Transactions on Smart Grid, 6 (6), 2770–2783. doi: https://doi.org/10.1109/tsg.2015.2455017
  18. Kwasinski, A., Onwuchekwa, C. N. (2011). Dynamic Behavior and Stabilization of DC Microgrids With Instantaneous Constant-Power Loads. IEEE Transactions on Power Electronics, 26 (3), 822–834. doi: https://doi.org/10.1109/tpel.2010.2091285
  19. Feng, X., Ye, Z., Xing, K., Lee, F. C., Borojevic, D. (1999). Impedance specification and impedance improvement for DC distributed power system. 30th Annual IEEE Power Electronics Specialists Conference. Record. (Cat. No.99CH36321). doi: https://doi.org/10.1109/pesc.1999.785616
  20. Beires, P., Vasconcelos, M. H., Moreira, C. L., Peças Lopes, J. A. (2018). Stability of autonomous power systems with reversible hydro power plants. Electric Power Systems Research, 158, 1–14. doi: https://doi.org/10.1016/j.epsr.2017.12.028
  21. Xie, P., Tan, S., Guerrero, J. M., Vasquez, J. C. (2021). MPC-informed ECMS based real-time power management strategy for hybrid electric ship. Energy Reports, 7, 126–133. doi: https://doi.org/10.1016/j.egyr.2021.02.013
  22. Gaber, M., El-Banna, S. H., El-Dabah, M., Hamad, M. S. (2021). Intelligent Energy Management System for an all-electric ship based on adaptive neuro-fuzzy inference system. Energy Reports, 7, 7989–7998. doi: https://doi.org/10.1016/j.egyr.2021.06.054
  23. Kemmetmüller, W., Eberharter, S., Kugi, A. (2014). Quasi optimal feedforward control of a very low frequency high-voltage test system. IFAC Proceedings Volumes, 47 (3), 11623–11628. doi: https://doi.org/10.3182/20140824-6-za-1003.00356
  24. Watari, D., Taniguchi, I., Goverde, H., Manganiello, P., Shirazi, E., Catthoor, F., Onoye, T. (2021). Multi-time scale energy management framework for smart PV systems mixing fast and slow dynamics. Applied Energy, 289, 116671. doi: https://doi.org/10.1016/j.apenergy.2021.116671
  25. Payvand, B., Hosseini, S. M. H. (2019). A new method for mitigating frequency fluctuations in ships with electrical propulsion. ISA Transactions. doi: https://doi.org/10.1016/j.isatra.2019.02.013
  26. Chaal, M., Valdez Banda, O. A., Glomsrud, J. A., Basnet, S., Hirdaris, S., Kujala, P. (2020). A framework to model the STPA hierarchical control structure of an autonomous ship. Safety Science, 132, 104939. doi: https://doi.org/10.1016/j.ssci.2020.104939
  27. Geertsma, R. D., Negenborn, R. R., Visser, K., Hopman, J. J. (2017). Design and control of hybrid power and propulsion systems for smart ships: A review of developments. Applied Energy, 194, 30–54. doi: https://doi.org/10.1016/j.apenergy.2017.02.060
  28. Azizi, A., Peyghami, S., Mokhtari, H., Blaabjerg, F. (2019). Autonomous and decentralized load sharing and energy management approach for DC microgrids. Electric Power Systems Research, 177, 106009. doi: https://doi.org/10.1016/j.epsr.2019.106009
  29. Yuan, Y., Wang, J., Yan, X., Shen, B., Long, T. (2020). A review of multi-energy hybrid power system for ships. Renewable and Sustainable Energy Reviews, 132, 110081. doi: https://doi.org/10.1016/j.rser.2020.110081
  30. Adamson, G., Holm, M., Moore, P., Wang, L. (2016). A Cloud Service Control Approach for Distributed and Adaptive Equipment Control in Cloud Environments. Procedia CIRP, 41, 644–649. doi: https://doi.org/10.1016/j.procir.2015.12.020
  31. Naik, K. R., Rajpathak, B., Mitra, A., Kolhe, M. L. (2021). Adaptive energy management strategy for sustainable voltage control of PV-hydro-battery integrated DC microgrid. Journal of Cleaner Production, 315, 128102. doi: https://doi.org/10.1016/j.jclepro.2021.128102
  32. Marqusee, J., Becker, W., Ericson, S. (2021). Resilience and economics of microgrids with PV, battery storage, and networked diesel generators. Advances in Applied Energy, 3, 100049. doi: https://doi.org/10.1016/j.adapen.2021.100049
  33. Kusakaka, K., Phiri, S. F., Numbi, B. P. (2021). Optimal energy management of a hybrid diesel generator and battery supplying a RTG crane with energy recovery capability. Energy Reports, 7, 4769–4778. doi: https://doi.org/10.1016/j.egyr.2021.07.074
  34. Zhang, C., Jia, B. (2019). Research on Energy Efficiency Optimization Strategy of Electric Propulsion Ships with Energy Storage Devices. 2019 Chinese Automation Congress (CAC). doi: https://doi.org/10.1109/cac48633.2019.8997039
  35. Longva, T., Eide, M. S., Skjong, R. (2010). Determining a required energy efficiency design index level for new ships based on a cost-effectiveness criterion. Maritime Policy & Management, 37 (2), 129–143. doi: https://doi.org/10.1080/03088830903533759
  36. Glavatskhih, V., Lapkin, A., Dmitrieva, L., Khodikova, I., Golovin, A. (2021). Ships’ energy efficiency management: organizational and economic aspect. MATEC Web of Conferences, 339, 01020. doi: https://doi.org/10.1051/matecconf/202133901020
  37. Budashko, V., Shevchenko, V. (2018). Synthesis of the Management Strategy of the Ship Power Plant for the Combined Propulsion Complex. 2018 IEEE 5th International Conference on Methods and Systems of Navigation and Motion Control (MSNMC). doi: https://doi.org/10.1109/msnmc.2018.8576266
  38. Budashko, V., Golikov, V. (2017). Theoretical-applied aspects of the composition of regression models for combined propulsion complexes based on data of experimental research. Eastern-European Journal of Enterprise Technologies, 4 (3 (88)), 11–20. doi: https://doi.org/10.15587/1729-4061.2017.107244
  39. Budashko, V. V. (2017). Pidvyshchennia efektyvnosti funktsionuvannia sudnovykh enerhetychnykh ustanovok kombinovanykh propulsyvnykh kompleksiv. Odessa. Available at: http://www.onma.edu.ua/wp-content/uploads/2016/09/Thesis_Budashko_END-1.pdf
  40. Yang, H., Cheng, Y., Li, G. (2021). A denoising method for ship radiated noise based on Spearman variational mode decomposition, spatial-dependence recurrence sample entropy, improved wavelet threshold denoising, and Savitzky-Golay filter. Alexandria Engineering Journal, 60 (3), 3379–3400. doi: https://doi.org/10.1016/j.aej.2021.01.055

##submission.downloads##

Опубліковано

2022-02-25

Як цитувати

Будашко, В. В., Сандлер, А. К., & Шевченко, В. А. (2022). Оптимізація системи управління електроенергетичної системи, працюючої на гіперболі незмінної потужності. Eastern-European Journal of Enterprise Technologies, 1(8(115), 6–17. https://doi.org/10.15587/1729-4061.2022.252172

Номер

Том 1 № 8(115) (2022): Енергозберігаючі технології та обладнання

Розділ

Енергозберігаючі технології та обладнання

Ліцензія

Авторське право (c) 2022 Vitalii Budashko, Albert Sandler, Valerii Shevchenko

Creative Commons License

Ця робота ліцензується відповідно до Creative Commons Attribution 4.0 International License.

Закріплення та умови передачі авторських прав (ідентифікація авторства) здійснюється у Ліцензійному договорі. Зокрема, автори залишають за собою право на авторство свого рукопису та передають журналу право першої публікації цієї роботи на умовах ліцензії Creative Commons CC BY. При цьому вони мають право укладати самостійно додаткові угоди, що стосуються неексклюзивного поширення роботи у тому вигляді, в якому вона була опублікована цим журналом, але за умови збереження посилання на першу публікацію статті в цьому журналі.

Ліцензійний договір – це документ, в якому автор гарантує, що володіє усіма авторськими правами на твір (рукопис, статтю, тощо).
Автори, підписуючи Ліцензійний договір з ПП «ТЕХНОЛОГІЧНИЙ ЦЕНТР», мають усі права на подальше використання свого твору за умови посилання на наше видання, в якому твір опублікований. Відповідно до умов Ліцензійного договору, Видавець ПП «ТЕХНОЛОГІЧНИЙ ЦЕНТР» не забирає ваші авторські права та отримує від авторів дозвіл на використання та розповсюдження публікації через світові наукові ресурси (власні електронні ресурси, наукометричні бази даних, репозитарії, бібліотеки тощо).
За відсутності підписаного Ліцензійного договору або за відсутністю вказаних в цьому договорі ідентифікаторів, що дають змогу ідентифікувати особу автора, редакція не має права працювати з рукописом.
Важливо пам’ятати, що існує і інший тип угоди між авторами та видавцями – коли авторські права передаються від авторів до видавця. В такому разі автори втрачають права власності на свій твір та не можуть його використовувати в будь-який спосіб.