Во многих странах большинство пригодных площадок для возведения крупных гидроэлектростанций уже освоено. Кроме того, появляется повышенная озабоченность экологическими последствиями строительства крупных плотин в речных бассейнах. Эта ситуация привела к увеличению числа малых гидроэлектростанций и реконструкции старых электростанций. Эти гидроэлектростанции не требуют больших объемов воды и поэтому оказывают меньшее воздействие на окружающую среду [1].
Русло речных ГЭС привязывают, как правило, к небольшому водохранилищу или головному пруду, если таковые имеются, где расположен водозабор, при этом площадь затопления сводится к минимуму. Из-за его ограниченного объема для хранения воды возможность управления энергией в этих случаях оказывается довольно затруднительной задачей [2].
На обычных гидроэлектростанциях регулятор турбины корректирует открытие поворотного затвора для получения желаемой выходной мощности, одновременно способствуя поддержанию частоты системы на ее номинальном значении (регулирование частоты нагрузки) [3]. Изучению регулирования гидротурбин уделяется большое внимание в технической литературе, особенно после появления работ, когда для определения области устойчивости начали использовать критерий Рауса-Гурвица [4].
В исследовании использовались модели в пространстве состояний, определяющие влияние коэффициентов усиления ПИД на собственные значения динамической матрицы. Настройка усиления ПИД-регулятора проанализирована с использованием метода корневого годографа. В недавних работах изучалось применение более совершенных методов управления, но интерес к работе с ПИД-регулятором остается по-прежнему актуален [5].
Так как малые гидроэлектростанции не вносят значительного вклада в регулирование частоты нагрузки, стратегию управления их работой следует разрабатывать с учетом обеспечения наилучшего отслеживания доступного речного стока. Таким образом, система управления должна поддерживать постоянный уровень воды в головном пруду [6]. Оптимальное использование энергии, доступной на данном участке реки, часто требует размещения ГЭС в нескольких километрах ниже по течению от головного пруда [7]. Поведение этой системы управления достаточно сильно отличается от традиционного частотно-нагрузочного регулятора, особенно в конфигурации отклонения, где элементы высокой инерцией расположены между двумя регулируемыми переменными (уровень воды – поворотный затвор) [8].