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水轮机调节系统的动态矩阵预测控制

发布时间:2018-04-05 19:10

  本文选题:非线性水轮机调节系统 切入点:预测控制 出处:《西北农林科技大学》2017年硕士论文


【摘要】:水轮机调节系统是集水力激励、机械系统、电力负荷以及控制系统为一体的系统。在水电站实际运行时,水轮机调节系统各部分相互耦合,相互影响,因此该系统实质为一个复杂的非线性时变系统。而由于传统控制方法的局限性使得水轮机调节系统控制难以有良好的控制品质。另外,随着水电能源被大力开发,水电站规模越来越大,水力机械机组容量也不断提升,若控制方法不能快速有效的控制系统使之稳定,那么这将会影响电力系统的稳定,甚至严重影响水电站的安全运行。综合上述原因,研究水轮机调节系统新的先进性控制方法非常有必要。本论文分析讨论了六维非线性水轮机调节系统的三种预测控制算法。论文主要研究内容如下:(1)针对水轮机调节系统非线性特性,建立水轮机调节系统精确Taksgi-Sugeno(T-S)模糊模型,基于上述水轮机调节系统T-S模糊模型提出非线性水轮机调节系统T-S动态矩阵控制方法(T-S-DMC),结合Lyapunov稳定性定理,证明方法的有效性。考虑水轮机调节系统在实际运行中受扰动影响,研究该控制方法的抗干扰能力;考虑在生产实践中,水轮发电系统需要跟踪某一状态,讨论水轮机调节系统在该控制器作用下对某一指定状态的跟踪性能;进一步与传统PID控制方法比较,突出水轮机调节系统模糊动态矩阵控制算法良好鲁棒性、快速性与优越性。(2)考虑传统PID控制方法对水轮机调节系统这种复杂非线性、时变、强耦合系统控制效果不理想,而动态矩阵控制(dynamic matrix control,DMC)算法能够较好的控制时变、强耦合系统。因此结合DMC算法的优势与传统PID控制器参数少、结构简单、易于实施的特点,提出一种适合于本文中六维非线性水轮机调节系统的动态矩阵PID(DMC-PID)控制方法,并通过数值实验验证新控制方法的控制效果,进一步讨论该控制方法的抗干扰能力、跟踪性能等控制品质。另外,将所提出的DMC-PID控制算法拓展到一类一阶纯滞后惯性系统,讨论该控制算法对其控制的有效性,并与传统PID控制方法对比,分析讨论两种控制方法对水轮机调节系统控制效果的优劣。(3)研究适用于水轮机调节系统的模型算法控制(model algorithmic control,MAC)方法,通过数值实验验证算法有效性。同时考虑水轮机调节系统在实际运行中受扰动影响,研究该控制方法的抗干扰能力;考虑生产实践中,水力发电系统需要跟踪某一状态,讨论水轮机调节系统在该控制器作用下对某一指定状态的跟踪性能;进一步地对比传统PID控制,讨论两种控制算法的优劣。通过上述研究分析讨论,结果表明本毕业论文中所提出的三种预测控制算法均能够很好的控制本文中的六维非线性水轮机调节系统并使其快速稳定,并且具有良好的控制品质。此外本文中的控制算法对于扰动、跟踪等问题也均有良好的控制效果。
[Abstract]:Hydraulic turbine regulation system is a system that integrates hydraulic excitation, mechanical system, electric load and control system.In the practical operation of hydropower station, each part of the turbine governing system is coupled and interacted with each other, so the system is essentially a complex nonlinear time-varying system.Due to the limitation of traditional control methods, it is difficult to control turbine regulation system with good control quality.In addition, with the great development of hydropower energy, the scale of hydropower stations is becoming larger and larger, and the capacity of hydraulic machinery units is also increasing. If the control method can not make it stable by a fast and effective control system, then it will affect the stability of the power system.Even seriously affect the safe operation of hydropower stations.For the above reasons, it is necessary to study the new advanced control method of turbine regulation system.In this paper, three predictive control algorithms for six dimensional nonlinear turbine governing system are analyzed and discussed.The main contents of this paper are as follows: (1) aiming at the nonlinear characteristics of hydraulic turbine governing system, the accurate Taksgi-Sugeno T-S) fuzzy model of hydraulic turbine governing system is established.The T-S dynamic matrix control method for nonlinear turbine governing system is presented based on the T-S fuzzy model of the turbine governing system mentioned above. The validity of the method is proved by combining with the Lyapunov stability theorem.Considering the disturbance of hydraulic turbine governing system in actual operation, the anti-interference ability of the control method is studied, and in production practice, the hydro-turbine power generation system needs to track a certain state.This paper discusses the tracking performance of the hydraulic turbine governing system under the action of the controller to a certain specified state, and further compares with the traditional PID control method, which highlights the good robustness of the fuzzy dynamic matrix control algorithm of the hydraulic turbine governing system.Considering the complex nonlinear, time-varying and strong coupling control effect of the traditional PID control method, the dynamic matrix control (DMC) algorithm can better control the time-varying and strongly coupled systems.Therefore, considering the advantages of the DMC algorithm and the advantages of the traditional PID controller, such as few parameters, simple structure and easy to implement, a dynamic matrix PID-PID-PID-PID-PID-DMC-PID-control method is proposed, which is suitable for the six-dimensional nonlinear hydraulic turbine regulation system in this paper.The control effect of the new control method is verified by numerical experiments, and the control quality such as anti-interference ability and tracking performance of the control method are further discussed.In addition, the proposed DMC-PID control algorithm is extended to a class of first-order pure time-delay inertial systems. The effectiveness of the control algorithm is discussed and compared with the traditional PID control method.This paper analyzes and discusses the merits and demerits of two control methods to the control effect of hydraulic turbine governing system. The model algorithm control model algorithmic control method suitable for hydraulic turbine regulation system is studied. The validity of the algorithm is verified by numerical experiments.At the same time, considering the disturbance of hydraulic turbine governing system in actual operation, the anti-interference ability of the control method is studied, and the hydroelectricity system needs to track a certain state in production practice.This paper discusses the tracking performance of the hydraulic turbine governing system under the action of the controller to a certain specified state, and further compares the traditional PID control, and discusses the advantages and disadvantages of the two control algorithms.Through the analysis and discussion above, the results show that the three predictive control algorithms proposed in this thesis can control the six dimensional nonlinear turbine regulation system and make it fast and stable, and have good control quality.In addition, the control algorithm in this paper also has a good control effect for disturbance, tracking and other problems.
【学位授予单位】:西北农林科技大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2017
【分类号】:TV734

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本文编号:1716094

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