基于非线性理论的同步发电机励磁控制研究

摘要

在电力系统的运行中,同步发电机的励磁控制对整个系统的特性起着重要的作用,性能优良的励磁控制系统能够有效地保证电压的质量,提高电力系统运行的稳定性,与其它为提高电力系统的稳定性而采取的措施相比,励磁控制具有投资少、易于实现等特点.该文首先介绍了同步发电机励磁方式的发展和励磁控制器的发展,然后深入讨论了单机-无穷大母线输电系统模型结构及电力系统稳定性问题,详尽分析了中科院韩京清教授提出的以非线性跟踪-微分器和非线性PID组合为基本单元组成非线性PID调节器的基本思想,以及利用混沌变量的随机性、遍历性和规律性特点进行参数混沌优化的基本理论.在上述基础上,该文设计了一个具有机端电压反馈和转速偏差反馈的双环非线性PID控制器.并利用混沌优化的思想来整定非线性PID励磁控制器的调节参数.Matlab仿真结果表明:该控制器与常规PID,LOEC励磁控制方式相比,提高了发电机机端电压的控制精度,改善了电压的调节品质,有效地改善了系统的静态和暂态稳定性,而且增强了控制系统的鲁棒性,取得了良好的控制效果.最后,该文针对湖南紫光测控有限公司的开发要求,设计了一套应用于中小型水电站的微机励磁调节器.文章从单片机最小系统、输入输出通道、人机接口、触发脉冲形成与放大等几个方面详细地论述了该基于16位单片机的励磁控制器的硬件设计以及主要实时软件的结构、流程和实现方法.并且对硬件和软件的抗干扰措施做了详细分析.初步测试结果表明,这种微机励磁调节器结构简单可靠、使用维护方便、控制灵活,但是还有待通过现场实验进一步测试其调节性能.在该文中,作者将非线性PID控制规律应用到同步发电机的励磁控制中,并将混沌优化方法引入其参数整定过程,有效解决了非线性PID控制器参数整定的困难,为同步发电机的励磁控制提出了一种新的思路.据此研制的微机励磁调节器性能良好,成本低,适用于很多中小型电站控制,具有良好的经济社会效益.

目录

文摘

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第1章绪论

1.1引言

1.2同步发电机励磁控制系统的组成

1.3同步发电机励磁控制系统的发展与评述

1.3.1励磁方式的发展

1.3.2励磁控制器硬件结构的发展

1.3.3励磁控制理论和算法的发展

1.4本论文的主要工作

第2章电力系统模型及其稳定性

2.1引言

2.2单机—无穷大母线输电系统的数学模型

2.3电力系统稳定性分析

2.4同步发电机励磁控制的任务与要求

2.4.1励磁自动控制系统的任务

2.4.2对励磁及其控制的要求

2.5小结

第3章非线性PID控制的相关理论分析

3.1引言

3.2经典PID控制器的结构

3.3非线性PID控制器的基本理论

3.3.1非线性跟踪—微分器

3.3.2非线性PID控制律

3.3.3非线性PID控制器

3.3.4非线性PID控制器的优点

3.4基于混沌优化的非线性PID控制器

3.4.1混沌的基本概念

3.4.2 Logistic模型及性质

3.4.3混沌优化在非线性PID控制器参数优化中的应用

3.5小结

第4章非线性PID在励磁控制系统的应用及仿真

4.1引言

4.2非线性PID励磁控制器设计

4.2.1励磁系统反馈输出的分析

4.2.2非线性PID励磁控制器设计

4.3数字仿真研究

4.3.1仿真模型建立

4.3.2 NPID参数混沌优化

4.3.3控制器仿真实验

4.4小结

第5章微机励磁调节装置的设计

5.1引言

5.2硬件设计

5.2.1总体硬件设计

5.2.2控制单元箱设计

5.2.3触发功率板设计

5.3软件设计

5.3.1系统上电自检及初始化

5.3.2键盘处理及显示刷新

5.3.3输入测量计算

5.3.4开入量查询

5.3.5状态判断

5.3.6控制计算及输出

5.3.7强励控制

5.3.8限制计算

5.3.9保护报警

5.3.10通讯模块

5.4抗干扰设计

5.4.1干扰的主要危害

5.4.2硬件抗干扰主要措施

5.4.3软件抗干扰主要措施

5.4.4其他可靠性设计

5.5小结

结论

参考文献

致谢

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