基于MATLAB的水力机组复合控制研究

发布时间：2020-06-08 16:02

【摘要】：水力机组控制系统主要是水轮机调速系统和发电机的励磁系统,而它们又受到机组转速和机端电压的影响,同时因为在水力机组控制的动态过程中机组的转速和机端电压是互相影响的,存在着严重的耦合关系,使水力机组的控制不能达到最优的效果。为了使整个控制系统的效果优化,就要对水轮机调速系统和发电机的励磁系统进行综合协调解耦控制,不能单独的设计控制器,而是把它们当作一个整体进行设计。因此,本文主要是在传统的复合控制基础上,运用P规范的解耦理论进行解耦,对水力机组的控制系统进行解耦研究。首先,详细的分析了水轮机和发电机的工作原理,建立了调速系统和励磁系统的数学模型,考虑两个模型之间的联系,在此基础上,建立水力机组的综合控制数学模型。其次,因为水轮机调速和发电机励磁之间存在耦合关系,所以运用钱学森方法设计前馈补偿器对系统进行解耦,并在上面复合控制数学模型的基础上建立解耦的数学模型。最后,运用MATLAB,在Simulink环境下,利用其中的模块库,搭建仿真平台,建立复合控制模型和解耦后的复合控制模型,合理的选择仿真对象进行仿真实验,并将各种情况的仿真结果进行对比分析。通过仿真结果的对比分析,可以得出解耦后的快速性和动态性能比解耦前的好,因此很大的改善了调节的品质。
【图文】：

结构图,水轮机调节系统,结构图

水力机组控制系统模型的建立2 水力机组控制系统模型的建立本文主要介绍水轮发电机组调速系统与励磁系统模型的建立，，为后文调速与励磁复合控制的仿真提供模型的基础。调速系统和励磁系统是水轮发电机组控制系统的重要组成部分，水轮机调速器和发电机励磁调节器是水轮发电机组的主要控制器。水轮机调速器是根据机组转速的变化，自动的调节水轮机的流量，进而改变机组出力，使机组的转速维持在额定转速的规定范围内，从而保证电网频率在电能质量要求范围内。同步发电机励磁的自动控制在保证电能质量、无功功率的合理分配和提高电力系统运行的可靠性方面都起着极为重要的作用。根据水轮发电机组各模块间的信号连接关系，可得出水轮机调节系统的结构框图如 2-1 所示。

结构图,水轮机,传递函数,结构图

x 为机组转速；h 为水轮机的动态水头。对于混流式水轮机，为了简化其仿真分析，将式 2-4 在其工作点附近用泰勒级数展开，略去高阶导数，得到下式： qyqxqhyxhttttheeehqxxqyyqqheyexehhmyxmyymm（2-5）式中：ey、ex、eh为接力器行程、转速和水头对力矩的传递系数；eqy、eqx、eqh分别为接力器行程、转速和水头对流量的传递系数。由以上阐述的可以得到，水轮机及引水系统的传递函数为： eTseeeeeTseysmsGsqhwyqyhqyhwqyth 1()（2-6）
【学位授予单位】：华北水利水电大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TV734

【参考文献】