汽轮发电机励磁与汽门协调控制器设计

论文摘要

智能电网时代,随着不同等级、不同形式电压的互联,保证电力系统的稳定性日趋重要,尤其是当电力系统遭受各种形式的干扰后能否克服扰动并迅速恢复稳定。近几年来,国内外众多学者针对这个问题进行了大量的工作,虽然取得了一定的成果,但仍然存在有待解决的问题。发电机作为电力系统中发电的重要设备,是复杂的非线性动态系统,控制难度大。本文首先论述了电力系统稳定性控制的必要性,接着分析了国内外发电机励磁与汽门控制系统的研究现状,发现其中有待进一步研究的关键问题,形成比较系统的发电机系统协调控制理论和方法。研究发现结合汽门控制有效地提高了电力系统的暂态稳定性,验证了协调控制的必要性。具体开展了以下方面的研究工作：1、汽轮发电机组由励磁调节系统以及蒸汽调节系统两大部分组成,本文采用机理法分别对其建模。通过查阅大量的书籍文献推导出实用的大型汽轮发电机励磁与汽门协调控制的数学模型。2、基于发电机组励磁和汽门协调考虑的数学模型,进行线性二次型最优协调控制器的设计。仿真结果表明,励磁与汽门的协调控制,使得系统的阻尼增大,振荡次数减少。验证了最优协调控制器具有良好的动态品质和静态性能,提高了输电系统的暂态稳定极限,在电力系统遭受小干扰时具有良好的调节性能。3、基于近代非线性最优控制理论,设计了发电机励磁与汽门非线性协调控制器。其设计思路是通过恰当的坐标变换与非线性反馈将非线性最优控制问题中的约束方程加以精确线性化或部分精确线性化。4、对所设计的两种控制器进行仿真试验,对比了两者的控制效果。仿真结果表明：系统的运行状态偏离设计运行点时,会破坏线性最优协调控制器的动态品质并且降低它的稳定性能。而非线性最优协调控制器能够克服其不足,提高了稳定运行的工作范围。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 课题的背景及意义
• 1.2 课题的研究现状
• 1.2.1 发电机励磁控制
• 1.2.2 发电机汽门控制
• 1.2.3 发电机励磁与汽门协调控制
• 1.3 非线性控制在电力系统中的应用
• 1.3.1 反馈线性化方法
• 1.3.2 无源系统理论
• 1.3.3 非线性H∞控制
• 1.3.4 变结构控制方法
• 1.3.5 Backstepping方法
• 1.3.6 智能控制
• 1.3.7 混沌、分叉方法
• 1.4 论文的主要内容
• 第2章 电力系统建模研究
• 2.1 发电机转子运动方程
• 2.2 同步发电机输出功率
• 2.3 励磁控制系统建模
• 2.4 汽门调节系统数学模型
• 2.5 结论
• 第3章 线性最优协调控制
• 3.1 线性最优控制
• 3.2 被控对象数学模型
• 3.3 线性最优协调控制器设计
• 3.4 仿真分析
• 3.4.1 控制系统仿真模型
• 3.4.2 仿真结果分析
• 3.5 结论
• 第4章 非线性最优协调控制
• 4.1 非线性最优控制的基本概念
• 4.2 非线性最优控制律
• 4.3 被控对象
• 4.3.1 系统状态方程
• 4.3.2 控制系统目标方程
• 4.4 非线性最优协调控制器
• 4.5 仿真结果
• 4.6 结论
• 第5章 结论与展望
• 5.1 结论
• 5.2 未来研究展望
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表的论文和参加的科研工作
• 致谢