发电机组灰色预测可拓控制方法研究

论文摘要

现代电力系统的快速发展在带来巨大经济效益的同时,也使得电力系统的稳定问题日趋复杂和严重。作为提高电力系统稳定运行能力、改善电力系统稳定性的重要措施,发电机组励磁控制和调速控制得到了广泛应用。鉴于已有控制策略的缺点和局限性,开展新型的发电机组励磁和调速控制方法的研究仍具有重要和现实的意义。本文对电力系统稳定控制的研究现状进行了综述和分析。认为:由于电力系统具有维数高、工况时变、非线性强等特点,采用常规线性控制方法难以取得令人满意的控制效果,而各种基于现代控制理论的非线性控制方法算法复杂、实时性差,模糊控制和神经网络控制方法规则库或知识库设计复杂、工程实用性较差。灰色预测控制是一种事前控制方法,可拓控制方法不要求建立精确的数学模型,且实时性好,二者的有机结合将可能获得更好的控制效果。作为结合灰色预测和可拓控制方法的基础,简述了灰色预测的基本原理,针对灰色预测原始数据含负数的情况,采用一种原理简单且易于实现的数据变换方法对含负数的原始数据进行变换,算例表明了其有效性;简述了可拓方法的基本概念,在此基础上把自然界普遍存在的对偶性纳入物元的可拓性范畴,提出了基于物元对偶性的可拓方法——相似偶方法,并用实例证明了该方法可以将未知矛盾问题的求解转化为另一已知问题的求解,为复杂问题的解决提供了一条可能途径。为结合灰色预测方法和可拓控制技术的优点,本文提出了一种基于灰色预测的可拓控制（GPEC）方法,给出了灰色预测可拓控制器的设计过程,并应用论文提出的一种具有较高搜索速度和精度的首尾轮换交叉（HTAC）遗传算法对控制器的参数进行优化。线性系统、时滞系统和非线性系统仿真表明,与采用PID、可拓控制方式相比,GPEC控制方式可以改善系统的动态性能。本文将GPEC方法应用于发电机组励磁、调速、励磁调速综合控制器的设计。所设计的GPEC励磁控制器以发电机机端电压作为灰色预测环节的输入,连续采集5个数据进行灰色预测,输出作为可拓控制器的特征量。GPEC调速控制器的设计利用调速控制系统与励磁控制系统之间存在的对偶性,在已设计的GPEC励磁控制器的基础上,应用本文提出的相似偶方法直接进行,简化了设计过程。在设计励磁调速综合GPEC控制器时,针对传统可拓控制器无法应用于多变量系统的问题,提出了一种多输入-多输出可拓控制器,并基于此方法设计了综合控制器。本文采用时域仿真法对所设计的GPEC励磁、调速、励磁调速综合控制器的控制效果进行检验。分别以单机无穷大系统和多机电力系统为对象,使用适当的数学模型,研究所设计控制器在系统不同初始工况下对大、小扰动稳定性的影响。仿真结果表明:与常规控制方式相比,基于可拓控制策略的控制器具有较好的控制效果;加入灰色预测后,控制器的性能得到了进一步提高;无论对运行工况变化,还是对模型精确程度以及扰动大小,GPEC控制方式均具有较强的鲁棒性。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 本课题研究的目的和意义
• 1.2 电力系统稳定控制研究综述
• 1.2.1 基于线性控制理论的研究
• 1.2.2 基于现代非线性控制理论的研究
• 1.2.3 基于智能控制理论的研究
• 1.2.4 基于综合控制方法的研究
• 1.3 灰色控制及其在电力系统中的应用研究综述
• 1.3.1 灰色去余控制
• 1.3.2 灰色相平面控制
• 1.3.3 灰色预测控制
• 1.4 可拓控制研究现状
• 1.5 本文的主要工作
• 第2章 负灰色数据变换方法和相似偶可拓方法
• 2.1 引言
• 2.2 灰色预测
• 2.3 含负数灰色预测原始输入量的处理
• 2.3.1 常用变换方法及其缺点
• 2.3.2 区间比例变换方法
• 2.3.3 算例
• 2.4 可拓方法
• 2.4.1 可拓学简介
• 2.4.2 物元概念与可拓方法
• 2.5 基于物元对偶性的可拓方法
• 2.5.1 对偶性和对偶原理
• 2.5.2 对偶性的物元解释
• 2.5.3 相似偶方法
• 2.5.4 实例
• 2.6 本章小结
• 第3章 灰色预测可拓控制器结构设计与参数优化
• 3.1 引言
• 3.2 灰色预测控制
• 3.3 可拓控制
• 3.3.1 可拓控制的几个概念
• 3.3.2 可拓控制器的基本结构与控制原理
• 3.4 灰色预测可拓控制器的结构设计
• 3.5 基于HTAC 算法的灰色预测可拓控制器参数优化
• 3.6 仿真分析
• 3.6.1 线性系统算例
• 3.6.2 时滞系统算例
• 3.6.3 非线性系统算例
• 3.6.4 基于HTAC 算法的参数优化效果
• 3.7 本章小结
• 第4章 发电机组励磁控制系统的灰色预测可拓控制
• 4.1 引言
• 4.2 发电机组灰色预测可拓励磁控制系统的设计
• 4.2.1 灰色预测可拓励磁控制器的设计
• 4.2.2 灰色预测可拓电力系统稳定器的设计
• 4.3 仿真分析
• 4.3.1 单机无穷大系统算例
• 4.3.2 多机系统算例
• 4.4 本章小结
• 第5章 发电机组调速控制系统的灰色预测可拓控制
• 5.1 引言
• 5.2 发电机组灰色预测可拓调速控制系统的对偶设计
• 5.2.1 调速控制系统与励磁控制系统间的对偶性
• 5.2.2 灰色预测可拓调速控制系统的对偶设计
• 5.3 仿真分析
• 5.3.1 简单水电系统算例
• 5.3.2 多机系统算例
• 5.4 本章小结
• 第6章 励磁调速综合控制系统的灰色预测可拓控制
• 6.1 引言
• 6.2 励磁调速综合控制系统结构和控制策略
• 6.2.1 综合控制系统的结构
• 6.2.2 综合控制系统的控制策略
• 6.3 发电机组灰色预测可拓综合控制系统的设计
• 6.3.1 多输入-多输出可拓控制器
• 6.3.2 综合控制系统的灰色预测可拓控制器设计
• 6.4 仿真分析
• 6.4.1 简单水电系统算例
• 6.4.2 多机系统算例
• 6.5 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 附录1 电力系统的数学模型
• A1.1 水力系统-水轮机线性化模型
• A1.2 汽轮机简化数学模型
• A1.3 调速系统简化模型
• A1.4 电力系统的数学模型
• A1.4.1 经典二阶模型
• A1.4.2 三阶模型
• A1.4.3 计及阻尼绕组作用的单机无穷大系统线性化模型
• 附录2 算例系统参数
• A2.1 单机无穷大系统参数
• A2.2 6 机22 节点系统参数
• 攻读博士学位期间发表与录用的学术论文
• 致谢
• 个人简历