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《华北电力大学(河北)》 2003年
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同步发电机调速系统附加H_∞控制的研究

董清  
【摘要】: 研究提高发电机稳定性的控制方法具有重要意义,本文利用H_∞控制理论的干扰抑制方法对汽轮机和水轮机调速系统的附加控制进行了研究。 同步发电机输出有功功率的波动△P_e是危害发电机稳定性的主要因素,△P_e的不确定性具有扰动的本质特性,以△P_e作为可测的反馈扰动变量,将避免发电机方程非线性的难题,并能够简化控制器的设计。通过提取△P_e的交变分量,使调速系统附加控制器与发电机输出功率的额定值无关,即不影响发电机的正常运行。 针对汽轮机模型和水轮机模型提出了一种抑制可测干扰(△P_e)的调速系统附加H_∞控制方法(GAHC)。该方法将励磁调节器的影响和与系统的耦合关系包含在可测扰动变量中,使得控制器的设计只与本地发电机及其调速系统的参数有关,GAHC是一种设计简单、安装方便的分散控制器。对于水轮机利用GAHC方法,通过选择适当的权函数,克服了水锤效应对发电机稳定性带来的危害。此外,还提出一种抑制参数摄动和可测干扰的调速系统附加混合H_∞控制的设计方法(GAMHC)。 以发电机在故障期间积累的过剩暂态能量作为发电机稳定性受到危害程度的定量评价指标,在单机无穷大系统和多机系统中对GAHC提高发电机稳定性的作用机理进行了理论分析,分析结果表明:GAHC能够加速被控机组过剩暂态能量的衰减,在多机系统中被控发电机过剩暂态能量的衰减将减少与之关联的其它发电机受到的耦合暂态势能的扰动量,也就说明在多机系统中GAHC在提高本地机组稳定性的同时不会对其它发电机的稳定性产生危害作用。 在单机系统和三机无穷大系统中对汽轮发电机和水轮发电机的GAHC控制进行了仿真实验,仿真实验结果验证了:GAHC提高了汽轮发电机和水轮发电机抵抗三相短路故障扰动冲击的能力;GAHC在多机系统中对其它发电机的稳定性不会产生危害作用;水轮机的GAHC克服了水锤效应对稳定性的危害作用。 研制开发了一套基于锁相环技术的直流电动机调速与调速系统模拟装置,利用该装置在动模发电机的调速系统实现了汽轮机或水轮机模型的模拟,建立了一套结构开放、稳定可靠、使用方便的研究发电机调速系统控制方法的动模实验系统。 利用该装置对GAHC在汽轮发电机和水轮发电机上的控制进行了以下动模实验:单机无穷大系统中三相短路故障实验和发电机发生失步故障后的再同步实验、三机无穷大系统中抑制低频振荡的动模实验。动模实验结果验证了:GAHC提高了发电机的稳定性;GAHC能够使发生失步故障的发电机拉入再同步运行;按照本地机组设计的GAHC在多机系统中也是有效的;GAHC是一种简单可行的提高发电机稳定性的分散控制方法。
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