基于能量函数的非线性励磁控制器的设计与仿真

论文摘要

电力系统在国民生活和生产中起着举足轻重的作用。电力系统稳定是电网安全运行的关键,一旦遭到破坏,必将造成巨大的经济损失和灾难性的后果,世界各国不乏惨痛教训之例。随着我国远距离输电系统的不断发展和高压电网的建成及大容量发电机组在电网中不断的投入运行,如何保持电力系统稳定、可靠地运行,是一个突出的问题。同步发电机励磁系统对提高电力系统的可靠性和稳定性起着重要作用。在诸多改善发电机稳定性的措施中,提高励磁系统的控制性能,被公认为是最有效和最经济的措施之一。电力系统是一个具有强非线性行为的复杂系统,并含有很多的未建模动态和不确定性。当系统的运行点改变时系统的动态特性会显著改变。线性控制器很难保证电力系统的控制要求,因此非线性控制在电力系统中的应用研究越来越受到人们的关注。本论文以基于能量函数的非线性励磁控制器的设计为主要内容。首先进行电力系统稳定性分析以及励磁系统对电力系统稳定性的影响。在分析Hamilton能量函数理论基础和同步发电机实用数学模型的前提下,针对单机—无穷大系统,应用能量函数理论构造Hamilton能量函数并设计出发电机励磁系统控制律。并对能量函数进行整形使所设计控制器的吸引域扩大,控制性能优化。很好地限制了用线性控制所产生的近似误差。最后,应用Matlab7.1/Simulink对用Hamilton能量函数和能量函数整形方法所设计的控制器与PID控制器进行仿真和比较。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 本课题研究的目的和意义
• 1.2 国内外励磁控制器的发展与研究现状
• 1.2.1 励磁控制器的发展
• 1.2.2 励磁控制器的研究现状
• 1.3 Hamilton能量函数在电力系统中的应用
• 1.4 本课题的主要工作
• 第二章 励磁系统及其对电力系统稳定的影响
• 2.1 励磁系统概述
• 2.2 电力系统稳定性分析
• 2.2.1 电力系统稳定的分类
• 2.2.2 电力系统静态稳定分析
• 2.2.3 电力系统暂态稳定分析
• 2.3 励磁控制对系统稳定的影响
• 2.3.1 励磁调节对静态稳定的影响
• 2.3.2 励磁调节对暂态稳定的影响
• 2.4 本章小结
• 第三章 Hamilton能量函数理论基础
• 3.1 稳定性的判定条件
• 3.1.1 Lyapunov稳定
• 3.1.2 La Salle不变集原理
• 3.2 无源性与耗散性
• 3.2.1 无源性与稳定性
• 3.2.2 耗散性判定条件
• 3.3 Hamilton能量函数理论
• 3.4 本章小结
• 第四章 励磁控制系统的设计
• 4.1 同步发电机的实用数学模型
• 4.2 励磁控制器的设计
• 4.2.1 基于常规哈密尔顿函数的励磁控制器设计
• 4.2.2 利用能量函数整形设计励磁控制器
• 4.3 吸引域的分析与比较
• 4.4 本章小结
• 第五章 励磁控制器的仿真研究
• 5.1 Matlab简介
• 5.2 仿真模型的建立
• 5.2.1 常规PID励磁控制系统的建立
• 5.2.2 非线性励磁控制系统的建立
• 5.3 仿真研究
• 5.3.1 小扰动实验
• 5.3.2 大扰动实验
• 5.4 仿真结果分析与比较
• 5.5 本章小结
• 总结与展望
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表的论文
• 致谢