鲁棒控制小论文.doc

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1、非线性鲁棒控制调速器的混合仿真实验研究摘要：本文研究了非线性鲁棒控制规律在微机水轮机调速器上的应用，介绍了采用鲁棒控制规律的微机水轮机调速器的混合仿真实验情况，着重比较了非线性鲁棒控制和常规PID控制在短路试验、线路切除试验等不同情况下的调节效果，实验结果说明了非线性鲁棒控制在电力系统过渡过程动态调节中能起到好的作用，比目前常规控制具有一定的优越性。关键字：非线性鲁棒仿真短路试验线路切除0前言针对水电机组的安全稳定控制，目前主要是在励磁系统中增加PSS（电力系统稳定器）附加控制功能来增强系统的阻尼，对于这方面的研究和实践也比较多，并且取得了

2、一定的效果，但这些研究大多没有考虑水轮机调速系统的作用。水轮机调节系统是一个复杂的非线性系统，必须综合考虑压力引水系统、水轮机、发电机和输配电系统，才能较好地取得控制效果。以前的观点，认为由于水流惯性“反调”影响以及导叶关闭速度的限制，当电力系统受到干扰产生振荡时水轮机调速器起到的作用很有限，但由于调速器直接改变的是输入的原动功率，因此采用合适的控制规律，通过调速系统的特殊控制，可在短时间内使系统自动恢复到同步，避免事故扩大。可见研究调速器的非线性鲁棒控制规律，对于改善电力系统的稳定性，提高系统的抗干扰能力，具有一定的意义和作用。1.非线性

3、鲁棒控制规律的实现从以前的研究成果来看（参考文献[1][2]），最终的控制规律实际上是：七个变量的线性组合，七个变量中需要测量四个量：转速、导叶开度、机械功率、电磁功率。其它一阶、二阶导数、积分可以通过测量值来计算。控制规律可用图1-1来表示。图中：u+PGV实际上是导叶开度的给定值，图中PGV是负荷的给定值，至于右边的PI调节框图，我们一般称为导叶副环，常规控制一般采用位置式PID控制，最终输出的是对应导叶位置的电压给定信号，而导叶闭环则由模拟比例放大电路来实现，由于SAFR2000水轮机调速器采用32位CPU，运算速度和精度较高，所以将

4、导叶PI闭环移到软件里来进行，只要导叶采样和控制周期远远大于接力器时间常数，这样做是可以取得满意的效果（软件目前采用10ms周期）。最终控制输出的实际上是对应偏差的增量信号。7图1：非线性鲁棒调节原理框图Fig.1Schematicdiagramofnonlinearrobustregulating图中常数K1~K7主要和水流惯性时间常数Tw、接力器时间常数Ty、发电机转动惯量时间常数Ta有关，不含复杂的电力网络参数，其基本表达式为：，，，，，上式中P31,P32,P33式为满足下述Riccati不等式的正定解P距阵中的元素。表示干扰对输出

5、的影响，一般考虑在1～2之间，在常用的数值计算软件MATLAB6.1里提供了ARE（代数Riccati方程求解）功能，可以计算形如：方程中的P距阵，利用MATLAB计算出以上P距阵，便可求得K1～K7。以下以是安康电厂为例的计算结果（取1.2）：7a.输入安康电厂原始参数：TaTwTyTs(关闭时间)Y(导叶行程)H(水头)H(设计)9.74s1.55s0.19S7.0s3640mm53~88m76.2mb.利用原始参数：Ta、Tw、Ty，采用MATLAB软件计算可得K1~K7系数如下：K1K2K3K4K5K6K7-18.283-3.755

6、-8.260-1.9633.7413.7111.808c.将上述数据按图1-1所示控制规律移植到程序中,并调整接力器全关时间为7S。2控制规律的仿真试验设计在实验中，原动机是由电动机环节改造而来，水轮机和调速器液压系统模型则靠软件来实现[4]，实验未能考虑工程实际中这部分非线性环节的影响，为此我们特地设计了较为符合实际的试验系统，利用实验室原有的液压系统，又专门设计了充分考虑水轮机非线性环节的仿真模型，通过切除线路试验、短路试验，比较了常规PID控制和鲁棒控制的不同调节品质和动态过程。实验方案如下图：图2实验方案系统图Fig.2Schema

7、ticdiagramofexperimentscheme图中仿真器可仿真水轮发电机组和单机无穷大电力系统，可输出三相电压、三相电流、机械转距等信号，并可进行负荷或频率扰动，三相短路试验等。可以和调速器组成闭环系统进行鲁棒验证试验。7首先，操作仿真器的面板按钮，可以仿真水轮发电机开停机、并网发电等过程，调速器电柜则通过调试计算机发出的命令输出控制信号至液压执行机构，控制模拟接力器的开启或关闭，模拟接力器的行程反馈到水轮机仿真器及调速器电柜，然后由仿真器根据接力器位置输出反映发电机电磁功率的交流三相电压和两相电流信号、机械功率模拟信号至调速器电

8、柜。并网发电后，通过调速器控制液压执行机构进行负荷扰动、三相短路、针对双回输电系统的切除线路等试验，由计算机记录机组转速、功率、开度、机械功率的变化过程。3．仿真试验系统参数设计