Governor control in hydropower stations

Abstract

ÖZET HİDROELEKTRİK S ANTIRALLERİMDE HIZ KONTROLLÜ AYDIN, İsmail Şamil Yüksek lisans Tezi, Elektrik ve Elektronik Mühendisliği Bölümü Tez Yöneticisi: Y. Doç. Dr. İlyas Eker Ağustos 2001,108 Sayfa. Enerji sistemlerindeki gelişme, sistemlerin birbirlerine enterkonekte olarak bağlanması, enerji üretim merkezlerindeki jeneratörlerin paralel olarak çalıştırılması, enerjiye olan talebin artması ve daha düşük maliyetle enerjiye ihtiyaç doyulması sistemleri daha kompleks duruma getirmiştir. Sistemlerin kararlı ve dengeli çalışması için hız kontrol ünitesinin yeni kontrol metotları kullanılarak tasannu gûncelliğmi ve önemini sürdürmektedir. Klasik kontrol metotları sistemin kompleks yapısından dolayı sistem üzerinde yeterli kontrolü sağlayamamaktadır. Bu çalışmada hız kontrol ünitesinin sistemdeki bozucularda göz önüne alınarak tasarımı, geliştirilmesi ve sisteme adapte edilmesi hedefahnmıştar. Temel ve başlıca türbin-jeneratör özellikleri göz önünde tutularak, tasarımı ve performans özettikleri zaman ve frekans alanında verilip ileri kontrol metotları, polinomsal Linear Quadratic Gaussian, #« ve kendinden ayarlamalı kontrol metotları kullanılarak gürbüz tuz kontrol ünitesinin tasarımı yapılmıştır.Polinomsal çözüme sahip H* ve LQG metotlan sahip olduklan dinamik yükleme fonksiyonlan sayesinde daha esnek kontrolör tasarımına olanak sağlamaktadırlar. Öyleki integral kontrol ünitesi düşük frekans bozucularını, kontrolör paydasının payın derecesinden yüksek olması (Roll-off) yüksek frekans bozucularım ve bunlara ek olarak modellenmemiş dinamik bozucuları etkisiz hale getirmektedir. Bu kontrol metotlarıyla elde edilen sonuçlar klasik kontrol metotlarıyla elde edileli sonuçlarla karşılaştmlmış ve farklar açıklanmıştır. Kendinden ayarlamalı kontrol metoduyla sistemin değişen şartlarda parametreleri tespit edilirek, her ölçüm aralığında kontrolör parametrelerinin yeniden Sistemin klasik kontrol yapısı, ard arda, çok dongülü ve ard arda çok değişkenli kontrol yapılarına dönüştürülüp sistemin performansı artmlmıştır. Sistem bozucuları hız kontrol ünitesinin çalışmasında etkilerini gösterecek şekilde önemle vurgulanmış ve matematiksel modelleri tasarım algoritmasında dikkate alınmıştır. Benzetim çalışması, Matlab ve Simulink programlan kullanılarak gerçekleştirilmiştir. Tezdeki çalışmalar göz önüne alınarak farklı metotlar kullanılarak elde edilen sonuçlar karalaştırılmıştır. Önerilen yeni `Governor larla zaman ve frekans alanlarında daha iyi sonuçlar elde edilmiş ve sistemin gürbüzlüğü artırılmıştır. Anahtar Kelimeler Hız kontrol umtesLJKontrol, Sistem bozucuları VI

ABSTRACT GOVERNOR CONTROL IN HYDROJPOWER STATION AYDIN, Ismail Şamil M. Sc. In Electrical and Electronic Engineering Supervisor. Assist. Prof. Dr. İlyas Eker August 2001, 108 Pages. Since the growth of power systems, the use of multiple interconnections, the parallel operation of power generation units, the increase İn the demand for power, the need to minimise power generation costs and the need for more stable operation have ensured that the design of governors remains a challenging and important problem. Classical control methods have not been provided an efficient control over interconnected generating units. The study deals with the design of governors, re assessment of design and performance requirements, and controller design aspects in addition to power system problems. The basic concepts and fundamental principles of turbine generators have been considered. Design specifications and performance requirements in time and frequency domain specifications, for the governor controller design are given, and a solution for an improved governor design is investigated with the help of advanced controller design methods such as Polynomial Linear Quadratic Gaussian and adaptive control methods. These methods have their frequency dependent dynamic weighting functions, which provide more flexible controllers such as integral control to eliminate low frequency disturbances, high mfrequency roll-off to reject high frequency disturbances, unmodelled dynamics, measurement noise, and to adjust the operation frequency. The results obtained are compared classical and early governor design methods. A self-tuning version of advanced control methods was also studied. A conventional control structure was developed into cascade, multi-loop and multivariable-cascade schemes to improve the performance. The system modes of oscillations are strongly emphasised to express their importance in the governor unit operation. Mathematically defined disturbance inputs are used in the governor design algorithm. The simulation studies were performed using the Matlab software and its internal toolbox, simulink. The simulation results were discussed and compared and conclusions were derived regarding the work done in thesis. Obtained results were compared with other researchers' results from literature and they gave us a model, which is applicable for study and test on the behaviour of the system. Keywords: Governor units, Control, System disturbances ^^