基于模糊协调控制策略的同步发电机励磁控制系统研究

摘要

安全稳定是电力系统运行的基本条件，提高励磁系统的控制性能，对同步发电机和电力系统的安全稳定运行都有着重要意义。控制理论和计算机技术的发展，为励磁控制系统的研究提供了更广的空间和更高的平台。随着现代电力系统规模的不断扩大，系统结构日益复杂，其对励磁控制系统的要求越来越高。如果利用多种控制方法集成协调控制，则控制效果会大大改善。
　　 本文利用PID良好的电压调节特性和线性最优励磁控制(LOEC)良好的动态稳定性，结合模糊控制理论，通过设计模糊控制器建立了PID+LOEC模糊协调励磁控制器。根据系统状态的变化，模糊控制器可以通过加权系数协调控制PID和LOEC的输出，从而提高对系统状态变化的自适应能力。通过MATLAB仿真实验证明，模糊协调控制励磁控制系统具有更好的控制精度、反应速度和抗干扰能力，能够有效改善控制系统的控制效果。本文工作主要有三部分。
　　 第一部分，阐述了励磁系统的组成、任务和国内外发展概况。介绍了PID控制的算法原理、各控制环节的作用和参数的整定方法。接着介绍了线性二次型最优控制理论，分析了线性最优励磁控制的算法原理。最后详细介绍了模糊控制的基本概念，模糊控制系统的工作原理和模糊控制器的设计方法。
　　 第二部分，基于第一部分的理论基础，进行了模糊协调控制励磁控制系统的设计，主要包括模糊协调控制励磁控制系统的结构设计，模糊控制器的设计，PID和LOEC子模块的设计。另外根据同步发电机的数学模型，在Simulink中搭建了同步发电机模型，并建立了模糊协调励磁控制系统的仿真模型。
　　 第三部分，通过在Simulink中建立的系统模型，把基于模糊控制器的PID+LOEC协调控制系统在不同工况下分别和PID、抗扰LOEC做了比较，结果显示，基于模糊控制的协调控制策略，具有更好的静态和动态性能。