小型水力发电机组调速系统的研究与设计

摘要

水力发电系统是个复杂的系统，其中存在非线性环节，很难用常规的数学表达式表达。于是，我们在寻求一种，既简单又准确，不仅满足工程上的对静态性能的要求，而且有很好的动态性能，我们在实践中发现，很多水力发电机组调速系统中的步进电机在使用一段时间后，有很大被烧坏的可能，经研究发现，这主要是因为控制算法复杂，使得误动、盲动次数过多，导致步进电机在每次调速过程中发热过大，于是本文在总结前人基础之上，着重讨论一种基于九点控制算法的S7-1200 PLC水轮机调速器。
　　本文首先介绍了水轮机组调速系统的发展历史，然后分别对机械液压型调速器、电气液压型调速器和微机型（PLC）调速器做了简单的介绍。并对现有的调速控制策略做了一些简述。着重讨论了PLC型调速系统，分析了一般微机型调速系统的各个组成部分。又讨论了一些智能控制算法，着重强调了一个受模糊控制启发而产生的九点控制算法，并且根据水轮机组各部分的特性，建立起各个模块的数学模型，在以上基础之上，具体分析了九点控制算法的一些特性，和应用在水轮机组调速系统的可能性，最后和PID控制做了对比，并给出仿真模型和对比波形。
　　本文在分析以往的成果之上，采用西门子最新的一款PLC S7-1200，对基于此款PLC的调速器进行了一般设计。根据调速器和S7-1200的特性，配置了I/O口资源，给出了硬件连接图，并有CAD附图，此外，给出了基于九点控制算法的软件流程图，以及核心算法梯形图。
　　本文对于小型水力发电机组调速系统的研究和设计有一定的参考价值，对于新型智能控制算法应用到实际生产中也有一定的参考经验。

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第1章 绪论

1.1 课题来源和研究意义及背景

1.2 水力发电机组调速系统的发展历程

1.3 主要的一些现有控制策略

1.4 本文的主要研究工作

第2章 一般微机型水轮机组调速系统

2.1 综述

2.2 水轮机组调速系统的工作原理

2.3 调节对象的特征参数

2.4 微机型调节系统的结构和运行

第3章 水轮机组调速系统模块化分析

3.1 水轮机组调速系统的SUMLINK基本仿真模块的组成

3.2 电液随动系统模型

3.3 水轮机组的压力引水系统模型

3.4 水轮机模型

3.5 发电机及负荷数学模型

3.6 水轮机组调速系统整体模型

第4章 智能控制以及九点控制算法

4.1 智能控制的产生和发展

4.2 智能控制的概念

4.3 智能控制的结构理论

4.4 研究智能控制所采用的数学工具

4.5 九点控制算法

第5章 九点控制策略及在水轮机组调速系统的应用和仿真

5.1 九点控制算法

5.2 九点控制算法分析

5.3九点控制器在水轮机组的仿真

第6章 基于西门子S7-1200的软硬件实现

6.1 调速器中控制器选型——西门子S7-1200

6.2 S7-1200 I/O口配置

6.3 系统流程设计

6.4 核心算法梯形图设计

第7章 总结与展望

致谢

参考文献

附录 CAD图