发电机励磁系统优化控制方法研究

发布时间：2020-04-05 18:17

【摘要】：电网稳定运行是确保国民经济高效发展的基本保障,现代电力系统规模逐渐增大,复杂度逐渐提高,其内部的低频振荡问题日益突出,严重影响系统稳定性。国内外电力系统受低频振荡的影响产生过多起电网故障事件,造成巨大的经济损失。因此,研究更适用于现代电力系统的控制方法,优化发电机励磁系统的控制性能,是众多措施中最为经济有效的措施之一。传统意义上解决低频振荡问题最有效的措施是加装电力系统稳定器(Power System Stabilizer,PSS),由于电力系统是典型的非线性系统,这一方法是在系统运行点附近小范围线性化的基础上进行设计的,当系统运行点改变时,控制性能必然会变差。以非线性控制理论为基础,本文也研究了非线性励磁控制器对提高电力系统稳定性的作用,论文主要工作如下:(1)本文首先概述了电力系统稳定性的基本概念与研究意义,对电力系统稳定性控制的发展历程进行了全面回顾,对当前发展的研究现状进行简要综述,主要包括传统线性PSS与非线性励磁控制器的研究。同时分析了励磁系统工程应用与非线性控制方法存在的问题。(2)分析了低频振荡形成的原因,并在Matlab中建立了海佛容-菲利普斯模型,分析励磁系统滞后特性,描述了电力系统稳定器的原理。以工程应用为背景研究励磁系统PSS相位参数整定软件,并采用粒子群优化算法(Particle Swarm Optimization,PSO)优化控制器相位参数,达到最优控制效果,为工程现场整定励磁控制器参数提供高效手段。(3)分析了传统终端滑模控制器的设计过程,并设计全局快速终端滑模励磁控制方法,通过Lyapunov函数分析控制器稳定性,并通过仿真验证对比该方法的高效性。(4)采用输出反馈设计非线性超螺旋滑模(Super-twisting Sliding Mode Controller,SSMC)励磁控制器,保证控制器具备端电压调节功能,解决了采用状态反馈设计控制器无法控制机端电压的问题。仿真证明该方法具有较强的全局稳定性与抗干扰能力,且性能优于PSS。
【图文】：

单变量控制主要靠反馈控制实现，对输出电压与参考值比较后进行 PID 调节，该方法主要实现端电压控制，具有一定的调节作用[6,7]。这种控制器一般采用较大的电压放大倍数，导致系统稳定性与调压精度之间存在问题，不能有效改善系统的动态性能且对提高系统稳定性没有作用。1.2.2 线性多变量控制这一阶段控制器性能有了质的飞跃，线性多变量反馈控制的发展，，弥补了单变量控制存在的问题，显著改善了电力系统的抗干扰能力[8]，这一阶段国内外均研发出了不同类型的励磁控制器，大部分得到了发展和应用。（1）美国电力系统稳定器 PSSPSS 以单变量控制为基础，保留 PID 控制电压的功能，在原有控制器输入信号点叠加一个以发电机转速 、频率 f 或者功率P 为输入的并列控制信号，PSS 可提供附加力矩抑制低频振荡。其结构一般由输入信号、隔直环节、超前滞后环节、比例放大和输出限幅组成，通用框图如图 1-1 所示。PSS 概念清晰，结构简单且便于实际应用，在国内外励磁系统中普遍被采用。

西安理工大学工程硕士专业学位论文越的控制性能。第七章：对本文设计的 PSS 相位参数优化软件与励磁控制方法的特点进行总结，今后的工作提出建议。论文主要框架如图 1-1 所示，主要分为传统 PSS 参数优化与非线性励磁控制器两大内容。
【学位授予单位】：西安理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TP273;TM31

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