水轮发电机调速器的控制研究

摘要

近年来，我国的水电建设取得了突飞猛进的发展，然而因为发电过程中水轮机的负荷在不断发生变化，使其转速也随之变化，导致输出的电压和频率的不稳，不能满足用户的需要。
　　因为发电机的输出频率是随着转速变化而变化，所以为了满足水轮发电机组并网输电频率指标要求，就需要对水轮发电机组进行速度控制。速度调节器在水轮发电机组并网发电系统中是一个核心控制单元，它通过对液压驱动装置—接力器的行程控制，实时对水轮机导叶开度的调节，达到对水力矩大小的调节，从而实现对水轮机组转速的控制使它保持在一定的范围内，最终实现电压和频率的稳定输出。
　　本文首先根据水轮机调速系统的工作原理，把水轮机调节系统分成了几个模块，采用模块化建模设计，并依据模块间信号链接关系，建立了水轮机调节系统的线性化数学模型，可以看出水轮机调速系统是一个高阶的、菲最小相位的复杂的动力系统，且存在参数时变性和非线性。针对水轮机调速系统模型存在的这些特性，调速器若采用传统的PID控制算法，通过甩负荷仿真和给定扰动仿真，发现调速系统难以满足性能指标要求比，为此在调速器控制模型中引入了模糊-PI控制算法。根据几种工况下的仿真和分析，并与PID控制算法进行了比较，结果表明模糊-PI控制算法在水轮机调速系统中具有很强的鲁棒性，同时明显提高了系统的稳定性和快速性。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 课题的背景

1．2 本课题的意义及国内外发展

1．2．1 本课题的意义

1．2．2 国内外发展现状

1．3 水轮发电机组调速器及控制策略的发展

1．3．1 水轮发电机组调速器的发展

1．3．2 水轮发电机组控制策略的发展

1．4 MATLAB仿真的应用

1．5 本文的结构安排

第2章 水轮发电机组调速控制系统建模与分析

2．1 水轮发电机机组的研究

2．1．1 电液随动系统分析

2．1．2 压力引水系统模型

2．1．3 水轮机模型

2．1．4 发电机及负荷模型

2．2 本章小结

第3章 PID控制器的参数调节及仿真

3．1 PID控制器各环节的控制作用

3．2 PID控制器各环节的介绍

3．2．1 比例调节器

3．2．2 比例积分调节器

3．2．3 比例积分微分调节器

3．3 数字PID的控制算法

3．3．1 位置式PID控制算法

3．3．2 增量式PID控制算法

3．4 数字PID控制器的改进

3．4．1 PID控制器积分项的改进

3．4．2 PID控制器微分项的改进

3．4．3 带死区的PID控制器

3．5 数字PID控制器采样周期的选择

3．6 PID控制器的参数整定及仿真

3．6．1 PID控制器的参数整定方法

3．6．2 PID控制器的空载开机仿真

3．6．3 PID控制器频率给定±8％扰动仿真

3．6．4 PID控制器甩100％负荷仿真

3．7 PID控制器开机策略

3．8 PID控制器鲁棒性分析

3．9 本章小结

第4章 模糊控制算法

4．1 模糊系统理论概述

4．2 模糊控制算法

4．2．1 模糊控制系统的基本原理

4．2．2 模糊控制器的基本结构

4．2．3 模糊化

4．2．4 模糊规则基

4．2．5 模糊推理

4．2．6 解模糊化

4．2．7 模糊控制器的控制特性及其改进措施

4．3 模糊控制理论的数学基础

4．3．1 模糊集合的定义及表示方法

4．3．2 模糊集合的一般运算

4．3．3 模糊集矩阵与模糊关系

4．4 本章小结

第5章 Fuzzy-PI控制器设计及仿真

5．1 模糊-PI控制器结构设计

5．2 Fuzzy-PI控制器规则设计

5．3 Fuzzy-PI控制器的对比仿真

5．3．1 Fuzzy-PI控制的空载开机仿真

5．3．2 Fuzzy-PI控制与PID控制的空载开机对比仿真图

5．3．3 Fuzzy-PI控制与PID控制频率给定上扰8％仿真对比

5．3．4 Fuzzy-PI控制与PID控制频率给定下扰8％仿真对比

5．3．5 Fuzzy-PI控制与PID控制甩100％负荷仿真对比

5．3．6 Fuzzy-PI控制器与量化因子、比例因子对调节系统的关系

5．4 本章小结

结论

参考文献

攻读硕士学位期间所发表的论文

致谢

个人简历