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基于非线性理论的同步发电机励磁控制研究

任婕  
【摘要】:在电力系统的运行中,同步发电机的励磁控制对整个系统的特性起着重要的作用,性能优良的励磁控制系统能够有效地保证电压的质量,提高电力系统运行的稳定性,与其它为提高电力系统的稳定性而采取的措施相比,励磁控制具有投资少、易于实现等特点。 本文首先介绍了同步发电机励磁方式的发展和励磁控制器的发展,然后深入讨论了单机—无穷大母线输电系统模型结构及电力系统稳定性问题,详尽分析了中科院韩京清教授提出的以非线性跟踪—微分器和非线性PID组合为基本单元组成非线性PID调节器的基本思想,以及利用混沌变量的随机性、遍历性和规律性特点进行参数混沌优化的基本理论。 在上述基础上,本文设计了一个具有机端电压反馈和转速偏差反馈的双环非线性PID控制器。并利用混沌优化的思想来整定非线性PID励磁控制器的调节参数。Matlab仿真结果表明:该控制器与常规PID,LOEC励磁控制方式相比,提高了发电机机端电压的控制精度,改善了电压的调节品质,有效地改善了系统的静态和暂态稳定性,而且增强了控制系统的鲁棒性,取得了良好的控制效果。 最后,本文针对湖南紫光测控有限公司的开发要求,设计了一套应用于中小型水电站的微机励磁调节器。文章从单片机最小系统、输入输出通道、人机接口、触发脉冲形成与放大等几个方面详细地论述了该基于16位单片机的励磁控制器的硬件设计以及主要实时软件的结构、流程和实现方法。并且对硬件和软件的抗干扰措施做了详细分析。初步测试结果表明,这种微机励磁调节器结构简单可靠、使用维护方便、控制灵活,但是还有待通过现场实验进一步测试其调节性能。 在本文中,笔者将非线性PID控制规律应用到同步发电机的励磁控制中,并将混沌优化方法引入其参数整定过程,有效解决了非线性PID控制器参数整定的困难,为同步发电机的励磁控制提出了一种新的思路。据此研制的微机励磁调节器性能良好,成本低,适用于很多中小型电站控制,具有良好的经济社会效益。


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