汽轮发电机组并联运行的稳定性研究

摘要

随着近代工业的快速发展,科学技术也随之进入了日益飞速发展的时期,与之相关的船舶技术也得到了相应发展,当今船舶技术的总体发展趋势是:信息化、巨型化、快速化和行业化。由于船舶的吨位越来越大以及船舶大功率负载不断增多,对于船舶电力系统电压和频率的控制精度等性能的要求也逐渐变高。然而H￥控制理论不仅能够有效地解决被控对象的不确定性,而且还能够很好地控制因系统参数摄动引起的系统性能恶化等控制问题,为此本文应用了H￥控制理论,对船舶电力系统的稳定性进行研究。
　　本文通过对船舶电站汽轮机及其调速系统的研究与分析,建立了其数学模型,并结合直接反馈线性化方法设计了汽轮发电机组非线性H￥调速器,依据经验确立了加权函数,并且对系统优化设计中出现的问题进行了详细的研究。通过对模型进行突加和突减负载的仿真,验证了非线性H￥控制器有着较好的动态性能,其应用前景非常广阔。
　　本文对同步发电机及其励磁系统进行研究分析,建立了与之对应的数学模型,并采用H￥控制理论的混合灵敏度方法,设计了船舶电站同步发电机的H￥励磁控制器,并对混合灵敏度问题的性能要求和加权函数的选择进行了详细的介绍,并通过Bode图对系统的性能进了验证。通过对所建立的励磁系统进行突加和突减负荷的仿真,证明了所设计的H￥励磁控制器是合理的且使系统动态性能和鲁棒性得到了有效地提升,从而使得系统的电压控制收到了更加理想地效果。
　　本文通过考虑汽轮机转速和同步发电机电压的耦合关系,对汽轮机调速系统和同步发电机励磁系统进行了详细地分析,为了减小两者的耦合关系,建立了汽轮发电机组统一的数学模型,并在此基础上建立了单机综合控制的仿真模型,通过仿真对比分析所设计的综合控制器不仅能够有效地对转速和电压进行控制,而且还能够有效地提升系统的抗干扰能力及系统的动态性能。
　　本文在对单机系统研究的基础上,对双机并联系统进行了仿真,并将非线性鲁棒控制器应用于其中。通过仿真结果表明双机之间的有功功率得到了合理的分配,并且每个机组的转速和端电压也得到了很好的控制。

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第1章 绪论

1.1 课题研究的目的与意义

1.2 汽轮发电机组控制系统概述

1.3 鲁棒控制理论

1.4 本文所做的工作

第2章 H∞鲁棒控制器的设计原理

2.1 H∞控制理论的发展概述

2.2 标准H∞控制问题

2.3 标准H∞控制包含的控制问题

2.4 标准H∞控制问题的“2-Riccati方程”的解

2.5 直接反馈线性化方法

2.6 本章小结

第3章 汽轮机调速系统H∞控制器的设计

3.1 引言

3.2 汽轮机调速系统的数学模型

3.3 基于直接反馈线性化的H∞控制

3.4 仿真结果

3.5 本章小结

第4章 同步发电机H∞励磁控制器的设计

4.1 同步发电机的数学模型

4.2 同步发电机负载的数学模型

4.3 励磁功率单元的数学模型

4.4 H∞励磁控制器的设计

4.5 仿真结果

4.6 本章小结

第5章 汽轮发电机组并联运行的仿真研究

5.1 汽轮发电机组转速和电压的综合控制

5.2 汽轮发电机组双机并联的实现

5.3 并联运行的控制结构及仿真结果

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