抽水蓄能机组调节系统实时仿真与控制策略研究

摘要

抽水蓄能机组启动迅速、运行灵活、能快速响应电网负荷的变化，是承担电网调峰填谷、调频调相、事故备用和黑启动等任务的理想电源，在保障电力系统安全稳定经济运行和实现电力工业节能减排等方面起到巨大的作用。抽水蓄能机组水头变化范围大，相对于常规水轮发电机组，其运行方式增加了水泵工况和抽水调相工况，工况间的转换更多达20余种，并且一日之内会进行多次工况切换，由此导致的抽水蓄能机组运行稳定问题比一般机组更加严峻，严重时甚至会影响到整个电网的供电质量和安全稳定。
　　针对水泵水轮机全特性曲线“S”特性给抽水蓄能机组调节系统实时仿真计算带来的困难，本文分别利用Suter变换和对数投影法对全特性曲线进行转换。全特性曲线在转换后的坐标系下不存在多值现象，并且变化平缓，一定程度上消除了全特性曲线“S”特性给仿真计算造成的无法插值和插值突变的问题，为水泵水轮机建模奠定了基础。在采用全特性曲线描述的水泵水轮机模型的基础上，按环节构建了抽水蓄能机组调节系统完整的仿真模型，开发出基于dSPACE的抽水蓄能机组调节系统实时仿真平台，并阐明了dSPACE在抽水蓄能机组调速器及其仿真测试装置开发中的应用前景。
　　针对抽水蓄能机组调节系统实时仿真中涉及到的若干关键问题，例如迭代求解策略和插值算法，提出了高效可靠的解决方案，有效解决了仿真计算不收敛等问题。考虑到传统PID控制应用到抽水蓄能机组调节系统这一类非线性、非最小相位控制系统上的诸多缺陷，深入研究了智能非线性PID控制策略，并通过试验验证了其相对于常规PID控制的优势。
　　最后，全面总结了本文取得的研究成果，指出还需要进一步研究的若干问题，并对未来的研究工作提出了一些建议。

目录

封面

声明

中文摘要

英文摘要

目录

1 绪 论

1.1课题研究的背景及意义

1.2国内外研究现状

1.3论文研究内容及章节安排

2 水泵水轮机全特性曲线描述方法

2.1水泵水轮机全特性

2.2 Suter变换及其改进方法

2.3基于对数投影法的全特性曲线描述

2.4本章小结

3 基于dSPACE的抽水蓄能机组调节系统实时动态仿真

3.1系统数学建模

3.2基于dSPACE的控制系统实时仿真方法

3.3仿真实例

3.4仿真平台应用

3.5本章小结

4 抽水蓄能机组调节系统实时仿真的关键问题及其解决

4.1模型仿真方法

4.2关键问题分析

4.3迭代格式

4.4插值方法

4.5仿真结果

4.6本章小结

5 智能非线性PID控制策略研究

5.1非线性PID控制

5.2智能非线性PID控制

5.3实例研究

5.4本章小结

6 总结与展望

6.1研究工作总结

6.2展望

致谢

参考文献

附录1 攻读学位期间参与的科研项目

附录2 攻读学位期间发表的论文与获得的主要荣誉