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基于模糊理论的水轮机调节系统研究

王培培  
【摘要】:水力资源是清洁无污染的可再生能源,水力发电机组是将水力资源转换成电能的设备。水轮机调节系统是水力发电机组的重要组成部分,主要完成对机组输出频率的调节,其调节性能的优劣直接关系到电网的电能质量。水轮机调节系统是典型的时变、非最小相位、非线性的复杂系统。目前,国内外仍较多采用传统的PID控制策略来完成对水轮机调节系统的控制,但是,对于这类复杂的系统,传统的PID控制策略由于采用固定参数来完成控制,难以保证在不同工况下都取得良好的控制效果。本文提出了一种自整定模糊-PID控制器,该控制器可以根据不同的工况经过模糊推理来在线的整定PID控制器各个环节的参数,将模糊控制和PID控制各自的优势很好的发挥出来。仿真结果表明:将该控制器应用于水轮机调节系统后,系统的动态性能比应用传统PID控制器得到了提高。 本文首先对水轮机调节系统的组成特点及其研究的现状和发展趋势等进行了简要介绍。然后分析了水轮机调节系统的工作原理、组成结构,并对其各个组成模块的数学模型进行了推导分析,进而得到整个水轮机调节系统的数学模型。在对模糊控制和PID控制进行了详细的研究和分析的基础上,设计了一种适用于水轮机调节系统的自整定模糊-PID控制器,并利用Matlab对其控制效果进行了仿真分析和研究。 仿真结果表明本文提出的自整定模糊-PID控制器可以实现对PID控制器参数的在线整定功能,并且与传统PID控制相比,系统的超调量更小,响应速度和鲁棒性都得到了提高,使得水轮机调节系统的控制性能得到较大改善。


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