汽轮发电机组并联运行混沌控制研究

摘要

目前，船舶电站普遍采用发电机并联运行，发电机作为船舶电力系统中发电的重要设备，控制难度大。在非线性动力学系统中，混沌振荡作为一种特殊的运行状态，越来越受到重视，混沌振荡现象主要表现为船舶电力系统运行中所观测到的大量类似随机的、突发或阵发性的电力系统振荡。这种振荡过程没有固定的周期，它对船舶电力系统的安全运行是一种极大的威胁，可能会造成系统失稳。本文首先论述了混沌的基本性质，接着分析了电力系统的非线性，进一步研究了鲁棒控制器的设计。研究发现可以利用非线性鲁棒控制器来控制汽轮发电机组并联运行时出现的混沌现象。具体开展了以下方面的研究工作：
　　首先，通过对船舶电力系统中同步发电机模型的分析，可得到单机电力系统中汽轮发电机组主调节汽门控制系统状态方程，以及励磁系统的数学模型，确定船舶电力系统单机数学模型，再结合并联时电压与电流耦合关系，还有负载电流关系，确定汽轮发电机组双机并联的非线性数学模型。
　　其次，利用Lyapunov指数分析法对船舶电力系统中出现的混沌振荡进行分析，将通过计算得到的Lyapunov指数谱作为电力系统混沌行为的判据。根据船舶电力系统非线性模型，在模型中加入一个周期扰动，分析当系统中的扰动幅值和扰动功率发生变化时，观察Lyapunov指数谱图中Lyapunov指数?1,?2,3?的取值，得出系统出现混沌的条件，然后进一步观察取不同的扰动幅值时，得到汽轮发电机组的功角和转速的波形图，以及系统相图，并对它们的图形进行分析。最后验证了采用Lyapunov指数分析法的正确性，得出了汽轮发电机组出现混沌振荡现象的参数条件，为进行混沌控制的研究提供了前提条件。
　　再次，本文通过建立的船舶电力系统非线性数学模型，以直接反馈线性化方法和非线性鲁棒控制理论为基础，设计非线性调速器和调压器，建立汽轮发电机组统一的数学模型，并通过仿真观察控制效果。
　　本文针对汽轮发电机组双机并联时出现的混沌现象，运用Matlab仿真软件实现船舶电力系统的分析与仿真，通过仿真实验结果，得到船舶电力系统中出现混沌现象的条件，通过设计控制器来抑制混沌现象，并对其有效性进行验证。

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第1章 绪论

1.1 论文研究的背景和意义

1.2 混沌的概念和基本性质

1.3 电力系统中的混沌研究

1.4 本文所做的工作

第2章 电力系统非线性鲁棒控制的研究

2.1 引言

2.2 非线性控制理论

2.3 鲁棒控制理论概述

2.4 本章小结

第3章 船舶电力系统的数学模型

3.1 引言

3.2 同步发电机的模型

3.3 汽轮机及其调速系统的数学模型

3.4 同步发电机励磁系统数学模型

3.5 汽轮发电机组并联运行研究

3.6 本章小结

第4章 汽轮发电机组并联运行混沌振荡的分析

4.1 引言

4.2混沌振荡的分析方法

4.3 仿真结果分析

4.4 本章小结

第5章 汽轮发电机组并联运行混沌振荡的控制

5.1 引言

5.2 汽轮发电机组非线性鲁棒控制器的设计

5.3 汽轮发电机组并联运行的混沌控制及仿真分析

5.4 本章小结

结论

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文和取得的科研成果

致谢