Please use this identifier to cite or link to this item: http://ena.lp.edu.ua:8080/handle/ntb/49632
Title: Комп’ютерне моделювання системних стабілізаторів потужності електроенергетичних систем
Other Titles: Computer simulation of the power s ystem stabilizer
Authors: Мороз, В. І.
Коновал, В. С.
Moroz, V.
Konoval, V.
Affiliation: Національний університет “Львівська політехніка”
Lviv Polytechnic National University
Bibliographic description (Ukraine): Мороз В. І. Комп’ютерне моделювання системних стабілізаторів потужності електроенергетичних систем / В. І. Мороз, В. С. Коновал // Електроенергетичні та електромеханічні системи. — Львів : Видавництво Львівської політехніки, 2020. — Том 2. — № 1. — С. 66–78.
Bibliographic description (International): Moroz V. Computer simulation of the power s ystem stabilizer / V. Moroz, V. Konoval // Electrical Power and Electromechanical Systems. — Lviv : Lviv Politechnic Publishing House, 2020. — Vol 2. — No 1. — P. 66–78.
Is part of: Електроенергетичні та електромеханічні системи, 1 (2), 2020
Electrical Power and Electromechanical Systems, 1 (2), 2020
Journal/Collection: Електроенергетичні та електромеханічні системи
Issue: 1
Volume: 2
Issue Date: 20-Jan-2020
Publisher: Видавництво Львівської політехніки
Lviv Politechnic Publishing House
Place of the edition/event: Львів
Lviv
Keywords: електроенергетичні системи
канонічна форма спостережності
комп’ютерне моделювання
системний стабілізатор потужності
структурне моделювання
computer simulation
observer canonical form
power systems
power system stabilizer
structural modeling
Number of pages: 13
Page range: 66-78
Start page: 66
End page: 78
Abstract: Розглянуто структурні моделі системних стабілізаторів електроенергетичних мереж, які використовуються для поліпшення демпфування коливань потужності енергосистеми за допомогою регулювання збудження синхронних турбогенераторів електростанцій. Математичні та структурні моделі такого системного стабілізатора для різних порядків його передатної функції згідно з рекомендаціями IEEE запропоновано для реалізації у системах автоматичного проектування, зокрема, для системи комп'ютерного аналізу стійкості електроенергетичних мереж DAKAR. Проаналізовано існуючі системні стабілізатори, що рекомендовані асоціацією IEEE для електроенергетичних систем, кожен з яких має застосування, пов'язане з наявною системою збудження турбогенератора. Наведено опис будови існуючих системних стабілізаторів. Для побудови їх моделі на підставі рекомендацій IEEE запропоновано використання перетворення структурної схеми системного стабілізатора до канонічної форми спостережності. Таке перетворення надає можливості для створення математичних моделей таких систем для кола збудження синхронного генератора у формі як структурної моделі, так і системи диференціальних рівнянь, що відповідає такій структурі. Для аналізу частотних і часових характеристик моделей системних стабілізаторів використано середовище MATLAB з бібліотекою Control System Toolbox, що дало змогу проаналізувати частотні та часові характеристики рекомендованих IEEE системних стабілізаторів та їхніх моделей, які одержано на підставі канонічної форми спостережності. За рекомендаціями IEEE знаменник передатної функції системного стабілізатора може мати від першого до п'ятого порядку, що, відповідно, розширює коло використовуваних математичних моделей. Для їх аналізу на основі розгорнутої передатної функції системного стабілізатора створено узагальнені математичну і структурну моделі, які стали основою для розроблення відповідних моделей першого–п'ятого порядків. Для кожної такої моделі відповідного порядку в статті показано як структурну схему, так і математичну модель як систему диференціальних рівнянь у формі Коші. Результати комп'ютерного моделювання підтвердили адекватність розроблених моделей і простоту їхнього використання.
Structural models of system stabilizers of power grids that are used to improve damping of power system oscillations by controlling the excitation of synchronous power plants turbogenerators are considered in the article. Mathematical and structural models of such a system stabilizer for various orders of its transfer function according to the IEEE recommendations are proposed for implementation in computer design systems, in particular, for the computer analysis system of the DAKAR power grids. An analysis of the existing system stabilizers that recommended by the IEEE Association for Power Systems was perform. Each of which has an application that is appropriate to the existing excitation system of the turbine generator. The structures of the existing system stabilizers are reviewed. To build their model on the basis of IEEE recommendations, it is suggested to use a canonical form of observation for the transformation of the system stabilizer structural scheme. This transformation provides the possibility to create mathematical models of such systems for the excitation circuit of a synchronous generator, both in the form of a structural model and in the form of a system of differential equations corresponding to such a structure. MATLAB with Control System Toolbox library was used to analyze the frequency and step response characteristics of the system stabilizer models, which made it possible to analyze the frequency and time characteristics of the recommended IEEE system stabilizers and their models derived from the canonical observation form. According to the recommendations of the IEEE, the denominator of the system stabilizer transfer function is from the first to the fifth order, which, accordingly, expands the range of used mathematical models. For their analysis, generalized mathematical and structural models were created on the basis of the developed transfer function of the system stabilizer, which became the basis for the development of the corresponding first- to fifth-order models. For each such model, the corresponding model order in the article shows both a structural diagram and a mathematical model in the form of a Cauchy differential system. The results of computer simulation confirmed the adequacy of the developed models and their easy using.
URI: http://ena.lp.edu.ua:8080/handle/ntb/49632
Copyright owner: © Національний університет “Львівська політехніка”, 2020
© Мороз В. І., Коновал В. С., 2020
URL for reference material: https://www.ece.rutgers.edu/~gajic/psfiles/canonicalforms.pdf
https://www.mathworks.com/
https://www.mathworks.com/help/matlab/ref/ode113.html?s_tid=srchtitle
https://www.mathworks.com/help/control/index.html
References (Ukraine): 1. IEEE Recommended Practice for Excitation System Models for Power System Stability Studies. IEEE Power Engineering Society, IEEE Std 421.5™ – 2005 (Revision of IEEE Std 421.5-1992). Approved 25 October 2005 IEEE-SA Standards Board.
2. Prabha Kundur. Power System Stability and Control. Power System Engineering Series. – McGraw-Hill, Inc. – 1994. – 1176 pp. – ISBN 0-07-035958-X.
3. G. Rogers. Power System Oscillations. Springer Science & Business Media, 2012.
4. M. Eslami, H. Shareef, A. Mohamed. Application of artificial intelligent techniques in PSS design: a survey of the state-of-the-art methods, Przeglad Elektrotechniczny (Electr. Rev.) 87 (4) (2011).
5. A. Stativa, M. Gavrilas, V. Stahie. Optimal tuning and placement of power system stabilizer using particle swarm optimization algorithm, in: International Conference and Exposition on Electrical and Power Engineering (EPE) 2012, IEEE, 2012, pp. 242–247.
6. A. Safari, A PSO procedure for a coordinated tuning of power system stabilizers for multiple operating conditions, J. Appl. Res. Technol. 11 (5) (2013) 665–673.
7. K.R. Padiyar, Power System Dynamics, BS Publications, 2008.
8. State Space Models (by Professor Zoran Gajic, Rutgers University Electrical and Computer Engineering Department) – https://www.ece.rutgers.edu/~gajic/psfiles/canonicalforms.pdf – 2018.
9. Zhang F. (2011) Matrix Polynomials and Canonical Forms. In: Matrix Theory. Universitext. Springer, New York, NY. [Print ISBN 978-1-4614-1098-0]
10. Z. Gajic. Solutions Manual for Linear Dynamic Systems and Signals. – 311 pages, Prentice Hall, Upper Saddle River, May 2003, [ISBN 0130191205].
11. MATLAB. – © 1994-2020 The MathWorks, Inc. – https://www.mathworks.com/
12. Ode113 : Solve nonstiff differential equations – variable order method. – https://www.mathworks.com/help/matlab/ref/ode113.html?s_tid=srchtitle
13. Control System Toolbox: Design and analyze control systems. – https://www.mathworks.com/help/control/index.html
References (International): 1. IEEE Recommended Practice for Excitation System Models for Power System Stability Studies. IEEE Power Engineering Society, IEEE Std 421.5™ 2005 (Revision of IEEE Std 421.5-1992). Approved 25 October 2005 IEEE-SA Standards Board.
2. Prabha Kundur. Power System Stability and Control. Power System Engineering Series. – McGrawHill, Inc. 1994. 1176 pp. ISBN 0-07-035958-X.
3. G. Rogers. Power System Oscillations. Springer Science & Business Media, 2012.
4. Eslami M., Shareef H., Mohamed A.. Application of artificial intelligent techniques in PSS design: a survey of the state-of-the-art methods, Przeglad Elektrotechniczny (Electr. Rev.) 87 (4) (2011).
5. Stativa A., Gavrilas M., Stahie V. Optimal tuning and placement of power system stabilizer using particle swarm optimization algorithm, in: International Conference and Exposition on Electrical and Power Engineering (EPE) 2012, IEEE, 2012, pp. 242–247.
6. Safari A. A PSO procedure for a coordinated tuning of power system stabilizers for multiple operating conditions, J. Appl. Res. Technol. 11 (5) (2013) 665–673.
7. Padiyar K. R. Power System Dynamics, BS Publications, 2008.
8. State Space Models (by Professor Zoran Gajic, Rutgers University Electrical and Computer Engineering Department) – https://www.ece.rutgers.edu/~gajic/psfiles/canonicalforms.pdf – 2018.
9. Zhang F. (2011) Matrix Polynomials and Canonical Forms. In: Matrix Theory. Universitext. Springer, New York, NY. [Print ISBN 978-1-4614-1098-0]
10. Gajic Z. Solutions Manual for Linear Dynamic Systems and Signals. – 311 pages, Prentice Hall, Upper Saddle River, May 2003, [ISBN 0130191205].
11. MATLAB. – © 1994-2020 The MathWorks, Inc. – https://www.mathworks.com/
12. Ode113: Solve nonstiff differential equations – variable order method. – https://www.mathworks.com/help/matlab/ref/ode113.html?s_tid=srchtitle
13. Control System Toolbox: Design and analyze control systems. – https://www.mathworks.com/help/control/index.html
Content type: Article
Appears in Collections:Electrical Power and Electromechanical Systems. – 2020. – Vol. 2, No. 1



Items in DSpace are protected by copyright, with all rights reserved, unless otherwise indicated.