（電力系統(tǒng)及其自動化專業(yè)論文）基于混沌粒子群算法的同步發(fā)電機最優(yōu)調(diào)速控制系統(tǒng).pdf

a b s t r a ct w i t bt h ee x p a n s i o no fp o w e rs y s t e ms c a l e i tb e c o m e sm o r ea n dm o r ei m p o r t a n t t ok e e pp o w e rs y s t e m sr e l i a b i l i 哆a n ds t a b i l i 吼a sw e na ss u p e rp e r f o i l a n c ea n d d y n 鋤i cq u a l 咄s y n c h r o n o u sg e n e r a t o rg o v e m o ri sa i li m p o n a n tp a no fp o w e r s y s t e m0 p e r a t i o n 1 ti s d e s i g n e dt 0r e d u c e q u e n c yp u l s a t i o n b a l a n c e 也e d i s t r i b u t i o n0 fa c t i v ep o w e ra n ds t e a d y0 p e r a t i o no ft h es y s t e m s y n c h r o n o i l s g e n e m t o rg o v e m o rr e g u l a t e st h em e c h a n i c a lp o w e rf o mp r i m em o t o r t og e i l e r a l 0 ri n o r d e rt or e a l 泣et h ep o w e r 鋤d 丘e q u e n c ya d j u s t i i l e n t 粗dk e e pt l l en o n n a lo p e m t i n g 船q u e n c y i ti si i l l p o r t a n tt ob u i l dap o w e rs y s t e mw i m9 0 0 dd y n a i l l i cq u a l 衄鋤d s 訕i l yb yu s i n g 也ec o n 仃o l l i n gt h eg o v e m o rb e l lc m n l p r o p e r l yb y t t l ep 而 i p l e so f a l i t o m a t i cc 0 i l 勘r o la n do p e r a t i o n 也e o o nt h eb 嬲eo f 也er e s e a r c ho fs y n c h r o n o u sg e n e r a t o rg o v e m o r m i sp a p e r 丘r s t l y e s t a b l i s h e dt h em a 也e m a t i cm o d e io fad o d b l e r e h e a ts t e 鋤饑l b i n ei n c l u d i n gg o v e r n o r t h e n 也ec o r r e s p o n d i 1 9s y n c b r o n o u sg e n e r a t 0 ts 協(xié)t ee q l l a t i o n si n c l u d i n gt h e9 0 v e m o r 鋤dq u i c k r c s p o n s ee x c i t a t i o nc 鋤b eg o t t h ee s t a b h s h m e n to ft h es y s t e ms t a t c e q u a t i o n si s1 h eb a s i so ft h ed r n a m i c 咖l 砒i o ne x p e 血嘲1 t so fs p e c dc o 曲 o l s 咖 b 嬲e do nt h ep a r t i c l es w 鋤也e o 巧紐dc h a r a c 蛔苫o ft l l ep o w c rs y s 鋤鴨m i s p a p e ri 皿 p r o v 懿t t l es p e e dc o n t r 0 ls y s t i 鋤 耐t l lc h a o sp a i t i c l es w 鋤a l g 嘶t l l m t h i s m o d i f i e d 叩血n i z a t i o na l g o r i 也m t h ep a n i c l es w a r ma l g o r i t h mw a sc h o o s e 嬲t h e m a i np a r t 肋dp r e s c r i b e dm m l b e rs t e p sc h a o ss e a r c hw 觴衄k 印0 nt h eb e s tp 枷c l e n l e 百0 b a lo p 岫s 0 1 u t i o nc 卸b eg o t 粗dp r e c i s i o nc 孤b ei m p r 0 v e db yl l s i n g 也i s a l g o r i t b m i nt h i sp a p e ran e wd e s i 弘o fs p e e dc o n 缸d ls y s t e mf o rs y n c h r o n o l l s g e n e r a t o rb a s e d0 nc h a o sp a r t i c l es w 鋤啦a l g 舶w a sp r o p o s e di n 也i sp a p 慣鋤da n e ws p e e dc o n 仃o ls y s t 鋤w a sd e s i 薩e d0 nn l eb a s i co fc h a o sp 枷c l es w a r m a l g 嘶t h m w h i c hu s ec h a o sp 鋤啊c l es w 鋤a l g 嘶t h mf o rt l l ep a r a m e t 哪0 p t 刪0 n o f i t s i n m l a t i o no fo n em a c h i n e i n 6 n i t es s t 鋤i sp r o 伊a m m e di n 鋤 0d i f r c r e n t c o n d i t i o n s 也e y a r em e c h a n i c a ld i s t u r b a n c e 鋤ds h o r t c i r c u i tf a u k t h l l o u g h c o m p 劬gt 1 1 e 丘e q u e n c yo fg e n e r a t o r h i c hi sc o n 缸o l l e ds 印嬲l t e l yb y 仃a d i n o n a l p i dc o n 們1 1 c o n 仃o l l e rb a s e d0 np a n i c l es w 鋤雄g o r i m m 卸dc o n 們l l c rb 豳e do n t h ec h a o sp a r t i c l es w 鋤a l g 嘶吐l m t h ec o n c l u s i o nc o u l db eg o tt h a tt h el a s tc o n t r o n e r h a st l l ea d v a n t a g ea sf o l l o w s i si n d 印e n d e n tt 0t h ep r o j e c te x p e r i e n c e s i m p l ea n d p r a c t i c a l a d d i t i o n a l i tc a ns t i l lg e tav e 叫g(shù) o o do u t p u te v e ni f l eg e n e r a t o ro p e r a t e s i nm ed e v i a t i n gp o i n t t h a tm e a n si th a sag o o dr o b u s t n e s s a s 蛔p l ei n t e r c o 肋e c t e ds y s t e mm o d e l i se s t a b s h e di nt h i sp a p e ro nt h eb a s i c o ft h e0 n em a c h i n e i n 硒i t es y s t e m t l l r o u 曲t h es i m u l a t i o nw h i c hi n f e r e n c eh a p p e n s i no n es c a l e t 1 1 es u p e r i 嘶妙0 fm ec o n 仃o l e rb a s e do nm o d i f i e dp a 州c l es w a 徹 a l g o r i t h mi sc e r t i f i c a t e da g a i n a l s ot h r o u 曲t h ec o m p a r eo fm ef 沱q u e n c yc u i v e b e t w e e np r e f a u j ta n dp 0 s t f 撕n t 1 1 e a d v a n t a g eo ft h ei n t e 卜c o 肋e c t e ds y s t e mi s s b o w n l e yw o r d s 舯c l l r o n o u sg e n 酬o r s p e e dc o n 廿0 ls y s t 鋤 p a n i c l es w a m a l g o r i t l l m c h a o ss e a r c h i n t e r c o n n e c t e ds y s t e m 獨創(chuàng)性聲明 本人聲明所呈交的學位論文是本人在導師指導下進行的研究工作和取得的 研究成果 除了文中特別加以標注和致謝之處外 論文中不包含其他人已經(jīng)發(fā)表 或撰寫過的研究成果 也不包含為獲得叁鲞盤鱟或其他教育機構(gòu)的學位或證 書而使用過的材料 與我一同工作的同志對本研究所做的任何貢獻均已在論文中 作了明確的說明并表示了謝意 學位論文作者簽名 矽欽 簽字r 期 勁夕年莎月紗同 學位論文版權(quán)使用授權(quán)書 本學位論文作者完全了解基連盤堂有關保留 使用學位論文的規(guī)定 特授權(quán)墨盜盤堂可以將學位論文的全部或部分內(nèi)容編入有關數(shù)據(jù)庫進行檢 索 并采用影印 縮印或掃描等復制手段保存 匯編以供查閱和借閱 同意學校 向國家有關部門或機構(gòu)送交論文的復印件和磁盤 保密的學位論文在解密后適用本授權(quán)說明 學位論文作者簽名 形欽 簽字r 期 枷7 年莎月紗日 導師簽氆 勘 導師簽名 彬 簽字同期 w 年 月心同 第一章緒論 1 1 課題研究的意義 第一章緒論 隨著國民經(jīng)濟的高速增長 社會生產(chǎn)和社會活動的各個方面對電能的需求量 日益增多 電力工業(yè)作為國民經(jīng)濟的先導行業(yè) 得到了迅速的發(fā)展 目前已進入 了大電網(wǎng) 大機組 高參數(shù) 高度自動化的時代 保證系統(tǒng)運行的可靠性和穩(wěn)定 性 提供合格的電能質(zhì)量和良好的動態(tài)品質(zhì) 對國民經(jīng)濟和人民生活水平具有極 為重要的意義 頻率是電力系統(tǒng)最重要的運行參數(shù)之一 電力系統(tǒng)的頻率偏離其額定值會對 發(fā)電機和系統(tǒng)的安全運行產(chǎn)生不利的影響 這主要表現(xiàn)在以下幾個方面 1 系 統(tǒng)頻率變化將影響發(fā)電廠中帶動廠用機械的異步電動機的正常運行 從而影響發(fā) 電廠的正常運行 2 頻率下降時 將引起汽輪機葉片振動 嚴重時會發(fā)生葉片 斷裂事故 進而縮短汽輪機壽命 因此 現(xiàn)代大型汽輪發(fā)電機組對系統(tǒng)頻率有相 當嚴格的要求 3 電力系統(tǒng)頻率低時 將使系統(tǒng)變壓器和異步電動機勵磁電流 增加 并引起系統(tǒng)所需要的無功功率增加 造成電壓下降 從而增加了系統(tǒng)電壓 調(diào)整的困難 電力系統(tǒng)頻率變化對用戶的不利影響主要表現(xiàn)在以下幾個方面 1 頻率變 化將引起異步電動機轉(zhuǎn)速的變化 從而影響到產(chǎn)品的質(zhì)量 2 系統(tǒng)頻率下降將 使電動機的轉(zhuǎn)速和功率降低 導致傳動機械的出力降低 從而影響到國民經(jīng)濟各 行業(yè)的效率 3 現(xiàn)代工業(yè) 國防和科學研究部門廣泛采用各種電子技術(shù)設備 如系統(tǒng)頻率不穩(wěn)定 將會影響這些電子設備的精確性 為使系統(tǒng)頻率符合電能質(zhì) 量標準 采取一定的頻率調(diào)整措施是必不可少的 電力系統(tǒng)的頻率和發(fā)電機的轉(zhuǎn)速有著嚴格的關系 發(fā)電機的轉(zhuǎn)速是由作用在 發(fā)電機轉(zhuǎn)軸上的轉(zhuǎn)矩平衡所確定的 原動機輸入的功率減去各種機械損耗后 如 果能同發(fā)電機輸出的電磁功率保持平衡 則發(fā)電機的轉(zhuǎn)速可以保持恒定 但是發(fā) 電機輸出的電磁功率是由電力系統(tǒng)的負荷運行狀態(tài)所決定的 而系統(tǒng)發(fā)電機輸出 的電磁功率的總和等于系統(tǒng)的負荷 是時刻在變化的 系統(tǒng)中任何一個負荷發(fā)生 變化 都會引起系統(tǒng)功率的不平衡 從而導致系統(tǒng)頻率的變化 當系統(tǒng)負荷增加 時 頻率降低 負荷減小時 頻率增大 電力系統(tǒng)發(fā)電機組的重要任務之一就是 根據(jù)負荷的變化進行控制 及時的調(diào)節(jié)輸入到原動機中的功率 來使系統(tǒng)頻率的 偏移保持在允許的范圍之內(nèi) 2 頻率的調(diào)節(jié)是通過原動機的調(diào)速系統(tǒng)來實現(xiàn)的 第一章緒論 電力系統(tǒng)頻率調(diào)節(jié)的性能取決于原動機及其調(diào)速系統(tǒng)的性能 當電力系統(tǒng)受到大 的擾動后 同步發(fā)電機輸出的電磁功率會突然變化 而原動機的功率則幾乎不變 這樣就會造成發(fā)電機轉(zhuǎn)軸上出現(xiàn)不平衡功率 使機組的轉(zhuǎn)速偏離額定轉(zhuǎn)速 發(fā)電 機產(chǎn)生劇烈的相對運動甚至使系統(tǒng)穩(wěn)定性受到破壞 但是 如果原動機調(diào)速系統(tǒng) 調(diào)節(jié)靈活 快速 準確 通過調(diào)速系統(tǒng)來調(diào)節(jié)原動機的控制閥 改變汽輪機閥門 的位置或水輪機的導水葉開度 調(diào)整輸入原動機的功率來改變原動機的出力 使 原動機輸出的有功功率的變化能跟上發(fā)電機輸出的電磁功率的變化 那么 發(fā)電 機轉(zhuǎn)軸上的不平衡功率便會大大減小 從而可以防止暫態(tài)穩(wěn)定的破壞 使發(fā)電機 能保持在額定轉(zhuǎn)速下運行 由此可見 發(fā)電機調(diào)速系統(tǒng)的性能對電力系統(tǒng)的有功 功率平衡有重要作用 因此 對發(fā)電機的調(diào)速系統(tǒng)進行最優(yōu)化控制 設計出性能 良好的調(diào)速控制系統(tǒng)具有重要的理論意義和實用價值 1 2 調(diào)速系統(tǒng)的發(fā)展與現(xiàn)狀 早期用的調(diào)速系統(tǒng)是由離心飛錘 杠桿 凸輪等機械部件和錯油門 油動機 等液壓部件構(gòu)成的 這樣的系統(tǒng)一般稱為機械液壓調(diào)節(jié)系統(tǒng) m e c h a n i c a l i y 血叫i cc o n 仃0 l 簡稱m h c 該系統(tǒng)用機械元件來達到速度傳感 持久性的下降反饋和計算功能 而用液壓元件實現(xiàn)涉及較高的功率 用一個阻尼 器來提供暫時下降率補償 m h c 調(diào)速系統(tǒng)的調(diào)節(jié)死區(qū)較大 其轉(zhuǎn)速 功率靜 態(tài)特性是固定的 運行中不能加以調(diào)節(jié) 動態(tài)性能指標較差 難于綜合其他信號 參與調(diào)節(jié) 隨著汽輪機單機容量的增加和中間再熱機組的出現(xiàn) 單元制運行方式的普遍 采用 以及電網(wǎng)自動化水平的提高 m h c 系統(tǒng)已經(jīng)不能適應汽輪機的控制要求 于是出現(xiàn)了電氣液壓調(diào)節(jié)系統(tǒng) e 1 e c 仃o h y d r a u l i cc o n 仃0 l 簡稱e h c e h c 系統(tǒng) 在功能方面類似于機械液壓調(diào)速器 其中的執(zhí)行機構(gòu)仍采用液壓伺服裝置 用電 子元件完成轉(zhuǎn)速傳感 持久性下降 暫時下降以及其他測量和計算功能 電子元 件提供了更大的靈活性 并改善死區(qū)帶和時間滯后方面的性能 使e h c 系統(tǒng)具 有信號綜合方便 運算精確度高 能適應多種運行工況的特點 電子調(diào)速器的動 態(tài)特性常常調(diào)節(jié)成與機械液壓調(diào)速器本質(zhì)上相類似 在e h c 系統(tǒng)發(fā)展的初期 由于電子技術(shù)尚不完善 電子器件與產(chǎn)品的質(zhì)量和性能限制了e h c 系統(tǒng)的性能 和可靠性 因此保留了由機械元件組成的控制器作為后備控制手段 正?？刂朴?電液調(diào)節(jié)系統(tǒng)完成 當電液調(diào)節(jié)電路因故障退出工作 還有機械液壓式調(diào)節(jié)系統(tǒng) 接替工作 以保證機組的安全連續(xù)運行 但是電液并存的系統(tǒng)使得用戶不僅必須 維護兩套調(diào)節(jié)系統(tǒng) 還必須解決相互跟蹤 切換等問題 這使得電液并存系統(tǒng)的 實際運行 維護成本升高 第一章緒論 隨著模擬電子器件質(zhì)量的提高 發(fā)電機調(diào)速控制系統(tǒng)由電液并存工作方式過 渡到采用a e h 純電調(diào)的工作方式 即模擬式電氣液壓調(diào)節(jié)系統(tǒng) 這種調(diào)節(jié)系統(tǒng) 保留了液壓執(zhí)行機構(gòu) 其控制器由模擬電路組成 控制器和液壓執(zhí)行機構(gòu)之間通 過電液轉(zhuǎn)換器相連接 隨著大規(guī)模集成電路的應用和計算機技術(shù)的飛速發(fā)展 計算機運行速度和可 靠性的提高 使得計算機在工業(yè)控制領域得到了廣泛的應用 發(fā)電機調(diào)速裝置進 一步發(fā)展為以計算機為基礎的數(shù)字式電液調(diào)節(jié)系統(tǒng) 這種系統(tǒng)稱為d e h d i g i t a l e l e c 仃0 h y d r a u l i cc 0 n 仃o l 簡稱d e h 其特點是控制器采用數(shù)字計算機實現(xiàn) 執(zhí) 行機構(gòu)保留了原有的液壓執(zhí)行機構(gòu) 早期的數(shù)字電調(diào)大多是以小型計算機為核心 的 微機出現(xiàn)以后 數(shù)字電調(diào)也采用了微機 并已在我國電廠得到廣泛應用 數(shù) 字控制在通信 控制功能的擴展 故障診斷等方面比模擬控制具有明顯的優(yōu)點 甚至模擬控制很難實現(xiàn) 無法實現(xiàn)的功能 數(shù)字控制只要稍作軟件修改就可以方 便的實現(xiàn) 因此數(shù)字控制逐漸成為自動控制的主要形式 在實際應用中 數(shù)字控 制的輸出需要轉(zhuǎn)換為動力才能驅(qū)動被控對象的執(zhí)行機構(gòu) 也就是說 在計算機與 被控對象之間需要一個快速響應的轉(zhuǎn)換環(huán)節(jié) 被控對象執(zhí)行機構(gòu)需要有足夠大的 驅(qū)動力 才能完全響應數(shù)字控制的輸出 這在發(fā)電機調(diào)速控制系統(tǒng)中采用電液伺 服閥和液壓動力作為驅(qū)動 通過一個模擬混合級與汽輪機閥門執(zhí)行器接口 這樣 組成發(fā)電機速度調(diào)節(jié)的數(shù)字式電液調(diào)節(jié)系統(tǒng) 由于d e h 系統(tǒng)以電子計算機為腦 以液壓元件為手足 充分發(fā)揮了它們各自的長處 因此具有以下優(yōu)點t 3 1 系統(tǒng)靈敏度高 穩(wěn)態(tài)精度高 動態(tài)響應快 2 可采用各種調(diào)節(jié)規(guī)律 如p d 最佳控制規(guī)律等 3 容易綜合各種信號 4 容易實現(xiàn)各種邏輯電路 5 容易滿足各種運行方式要求 6 便于與系統(tǒng)連接 實現(xiàn)進一步自動化 7 提供可編程的死區(qū)帶 以避免調(diào)速器對小頻率變化的響應 d e h 系統(tǒng)中 計算機數(shù)字式控制是把被控對象的相關信息進行采樣 并通 過輸入通道 把模擬量轉(zhuǎn)變?yōu)閿?shù)字量送給計算機 計算機獲取這些信息后 按預 定的控制規(guī)律進行計算 并通過輸出通道 把計算結(jié)果轉(zhuǎn)換成輸出信息去控制被 控對象 使被控量達到預期的指標 保持生產(chǎn)過程的穩(wěn)定 由于計算機的參與 控制規(guī)律的選取有了很大的靈活性 尤其是隨著現(xiàn)代控制理論和智能控制理論的 發(fā)展 運用現(xiàn)代控制理論進行電力系統(tǒng)運行性能的最優(yōu)化控制的研究工作有了迅 速的發(fā)展 對如何按最優(yōu)化的方法設計發(fā)電機轉(zhuǎn)速控制器也取得了不少研究成 果 第一章緒論 1 3 粒子群算法及其應用 1 3 1 粒子群算法的基本思想及其特點 粒子群算法 p a n i c l es w a n no p t i m i z a t i o n p s o 最早是由e b e r h a n 和k e 徹e d y 于1 9 9 5 年提出的f 4 0 它的基本概念源于對鳥群和魚群捕食行為的簡化社會模型 的模擬 設想這樣一個場景 一群鳥在隨機搜尋食物 所有的鳥都不知道食物在 哪里 但是它們知道當前的位置離食物還有多遠 那么找到食物的最優(yōu)策略中最 簡單有效的就是搜索目前離食物最近的鳥周圍的區(qū)域 p s o 算法就從這種生物種群行為特性中得到啟發(fā)并用于求解優(yōu)化問題 在 p s o 算法中 每個優(yōu)化問題的潛在解都可以想象成d 維搜索空間上的一個點 每 個點被稱之為 粒子 所有的粒子都有一個被目標函數(shù)決定的適應值 每個粒 子還有一個速度決定它們飛翔的方向和距離 然后粒子群中的粒子就追隨當前群 體中的最優(yōu)粒子在解空間中進行搜索 p s o 初始化為一群隨機粒子 隨機解 然后通過迭代尋找最優(yōu)解 在每一次迭代中 粒子通過跟蹤兩個 極值 來更新 自己 第一個就粒子本身所找到的最優(yōu)解 這個解叫做個體極值 另一個極值是 整個種群目前找到的最優(yōu)解 這個極值是全局極值 p s o 算法根據(jù)粒子速度來決定搜索路徑 且沿著梯度方向搜索 搜索速度快 在大多數(shù)情況下 所有的粒子可能較快的收斂于最優(yōu)解 p s o 采用實數(shù)編碼 可 直接取目標函數(shù)本身作為適應度函數(shù) 根據(jù)目標函數(shù)值進行迭代搜索 p s o 的各 粒子間信息交流采用單向的信息流動方式 整個搜索更新過程是跟隨當前最優(yōu)解 的過程 p s o 的各粒子具有記憶性 使得領域算子不能破壞已搜索到的較優(yōu)解 p s o 需要的調(diào)節(jié)參數(shù)不多 尤其是算法引入收斂因子后 完全可按照經(jīng)驗值設置 參數(shù)即可獲得較好的收斂性 p s o 有深刻的智能背景 既適合于科學研究 又適 合于工程應用 但是p s o 還存在一定問題 p s o 不是保證一定能找到最優(yōu)解 由于p s o 在優(yōu)化過程中存在兩個問題 7 1 首先 由于整個粒子群都是根據(jù)全體粒 子和自身的經(jīng)驗向著最優(yōu)解的方向 飛行 在較大的動量系數(shù)作用下 粒子有 可能錯過最優(yōu)解 在遠離最優(yōu)解的空間中發(fā)散 使算法不能收斂 其次 在算法 收斂情況下 由于所有的粒子都向著最優(yōu)解的方向搜索 所以所有的粒子趨向同 一 失去解的多樣性 使得后期收斂速度明顯變慢 同時算法收斂到一定精度時 算法無法繼續(xù)優(yōu)化 算法所能達到的精度比遺傳算法要低 因此 粒子群算法往 往需要進行一定的改進以后才能應用 1 3 2 粒子群算法在電力系統(tǒng)中的應用 粒子群算法在電力系統(tǒng)中的應用研究起步比較晚 最近幾年它在電力系統(tǒng)領 第一章緒論 域中應用的研究逐漸顯示出廣闊的前景 尤其是隨著電力市場的建立和完善 如 何在電力市場環(huán)境中充分發(fā)揮粒子群算法的優(yōu)勢來解決電力系統(tǒng)的有關難題 成 為了一個新的研究熱點 粒子群算法在電力系統(tǒng)中的應用主要體現(xiàn)在以下幾個方 面 1 負荷經(jīng)濟分配問題 出列 負荷經(jīng)濟分配問題是機組組合問題的一個子優(yōu)化問題 是指當給定某運行時 段機組的開停計劃后 在滿足負荷和運行約束的條件下 在運行機組間分配負荷 使電力系統(tǒng)的總運行費用最小或發(fā)電公司的利潤最大 對于提高系統(tǒng)運行的經(jīng)濟 性和可靠性都具有重要意義 該問題本質(zhì)上是非凸的高維 非線性 不可導優(yōu)化 問題 粒子群算法能考慮機組的爬坡約束 出力限制區(qū)約束 非光滑費用函數(shù)曲 線等非線性約束條件 可以成功解決負荷經(jīng)濟分配 并已在實際中獲得應用 2 無功優(yōu)化控制問題 l o u 電力系統(tǒng)的無功功率平衡是保證電力系統(tǒng)電壓質(zhì)量的必要條件 無功優(yōu)化可 以充分利用電力系統(tǒng)中的無功電源 改善電壓質(zhì)量 減少網(wǎng)絡損耗和提高電壓穩(wěn) 定性 從本質(zhì)上講 無功優(yōu)化問題是一個離散的 有約束非線性組和優(yōu)化問題 粒子群算法的出現(xiàn) 為無功優(yōu)化計算提供了一條新途徑 文獻 l o 和文獻 1 1 都 是粒子群算法在電力系統(tǒng)最優(yōu)潮流和無功優(yōu)化方面的應用 文獻 9 中把粒子群 算法和m u l t i a g e n t 系統(tǒng)相結(jié)合 提出一種全新的算法 在 e e 3 0 節(jié)點系統(tǒng)上進 行的校驗 證明該算法具有能得到質(zhì)量高的解 收斂特性好 運行速度快的優(yōu)點 3 配電網(wǎng)規(guī)劃問題 1 2 1 3 配電網(wǎng)規(guī)劃設計新建變電站和饋線段建設時間 建設地點和容量大小的最優(yōu) 選擇 以滿足未來負荷增長的需要 同時服從變電站容量 饋線段容量 電壓降 落 輻射狀網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)以及可靠性要求等約束 粒子群算法通過記憶與反饋機制實 現(xiàn)了高效的尋優(yōu)搜索 對解決電網(wǎng)規(guī)劃這類大規(guī)模 帶有大量約束條件和離散變 量的非線性整數(shù)規(guī)劃問題非常有效 文獻 1 3 研究了根據(jù)粒子群算法收斂性受初 始粒子分布影響較大的特點 結(jié)合非線性單純體法提出了一種改進的粒子群算 法 并在輸電網(wǎng)絡規(guī)劃中加以應用 文獻以i e e e l 8 節(jié)電系統(tǒng)和巴西南部4 6 節(jié) 點系統(tǒng)為例進行測試 測試結(jié)果表明應用粒子群算法求解電網(wǎng)擴展規(guī)劃問題是可 行的 4 機組優(yōu)化組合問題 1 4 機組優(yōu)化組合是在滿足各種約束條件的前提下 合理確定在調(diào)度期內(nèi)各種計 算時段發(fā)電機組開 停計劃 使得總的運行費用最小 它是一個典型的組合優(yōu)化 問題 盡管對此問題已進行了大量研究 但是到目前為止 還沒有很好的解決它 粒子群算法的出現(xiàn)為機組優(yōu)化組合問題的解決提供了一種新工具 數(shù)值算例驗證 了這一算法的可行性和有效性 第一章緒論 5 檢修計劃問題 發(fā)電機組檢修計劃是電力系統(tǒng)規(guī)劃中的一項重要工作 其主要任務是周期性 的安排機組的預防性檢修 使之能經(jīng)常保持良好的運行狀態(tài) 減少故障 延長壽 命 從而提高電力系統(tǒng)的可靠性與經(jīng)濟性 它是一個復雜的組合優(yōu)化問題 文獻 1 5 提出了一種將進化算法的繁殖選擇操作算子引入粒子群的改進算法 用以確 定發(fā)電機組的檢修計劃 在具體建模時 以周作為計算時段的長度 以生產(chǎn)運行 費用和檢修費用綜合最小為優(yōu)化目標 文獻中以印度尼西亞兩個工業(yè)園的電力系 統(tǒng)的機組檢修計劃為例進行了計算 試驗結(jié)果證明該算法在合理的時間段內(nèi)取得 了較好的優(yōu)化效果 以上討論了粒子群算法在電力系統(tǒng)中的應用 除了以上應用 在電力系統(tǒng)的 調(diào)速系統(tǒng)中 粒子群算法同樣有很大的優(yōu)勢 主要體現(xiàn)在控制器中控制參數(shù)的優(yōu) 化選擇問題上 同步發(fā)電機的調(diào)速系統(tǒng)是一個非常復雜的 多變的系統(tǒng) 傳統(tǒng)的 控制參數(shù)選擇方法很難達到理想的控制效果 粒子群算法是一種智能控制方法 從出現(xiàn)就獲得優(yōu)化領域廣大學者的重視 并成功解決了一系列復雜的優(yōu)化問題 獲得了良好的效果 因此 本文采用粒子群算法對同步發(fā)電機調(diào)速系統(tǒng)的控制器 的控制參數(shù)進行優(yōu)化 并針對粒子群算法的一些缺點進行了一定改進 設計了基 于改進粒子群算法的同步發(fā)電機最優(yōu)調(diào)速控制系統(tǒng) 該控制系統(tǒng)具有反應速度 快 魯棒性強等優(yōu)點 有效解決了調(diào)速系統(tǒng)的控制參數(shù)選取問題 1 4 本文的主要工作 同步發(fā)電機調(diào)速控制系統(tǒng)是非線性 參數(shù)時變 要求響應速度快的閉環(huán)反饋 控制系統(tǒng) 為了保證整個電力系統(tǒng)和同步發(fā)電機的安全穩(wěn)定運行 對調(diào)速控制系 統(tǒng)的要求也逐漸提高 隨著新技術(shù)和新理論的發(fā)展 智能型調(diào)節(jié)器已逐漸成為控 制系統(tǒng)的研究方向 基于我國調(diào)速控制器的研究現(xiàn)狀 本文從調(diào)速系統(tǒng)的實際要 求出發(fā) 對調(diào)速控制系統(tǒng)進行了理論分析 針對目前優(yōu)化方法的不足 進行改進 設計出新的同步發(fā)電機調(diào)速控制系統(tǒng) 現(xiàn)將本文的主要工作總結(jié)如下 1 本文分析了同步發(fā)電機調(diào)速控制系統(tǒng)在電力系統(tǒng)控制中的重要作用 綜 合分析了目前各種調(diào)速控制器的設計方法及其優(yōu)劣性 結(jié)合我國調(diào)速控制的現(xiàn) 狀 針對p d 調(diào)速控制方式的特點 對調(diào)速控制系統(tǒng)進行了改進 2 本文分析了同步發(fā)電機調(diào)速控制系統(tǒng)的原理 在此基礎上建立了同步發(fā) 電機與轉(zhuǎn)速控制相關的各個部分的數(shù)學模型和整個控制系統(tǒng)的傳遞函數(shù) 進而得 到完整的同步發(fā)電機以及單機無窮大系統(tǒng)的狀態(tài)方程 為進一步的仿真研究打下 基礎 第一章緒論 3 本文分析了粒子群算法的優(yōu)化原理 同時針對電力系統(tǒng)調(diào)速系統(tǒng)的要求 和粒子群算法本身存在的問題 采用了將混沌粒子群優(yōu)化算法 該算法以粒子群 算法作為主體 對種群中的最好粒子進行給定步數(shù)的混沌優(yōu)化搜索 指導粒子群 向最優(yōu)解方向搜索 這種方法改善了傳統(tǒng)的粒子群算法容易局部收斂 得不到全 局最優(yōu)解和精確度不高的缺點 并在此基礎上提出了基于混沌粒子群算法的同步 發(fā)電機最優(yōu)調(diào)速控制器的設計這一新思想 設計出基于混沌粒子群算法的同步發(fā) 電機最優(yōu)調(diào)速器 4 對單機 無窮大系統(tǒng)進行仿真試驗 分發(fā)電機有功功率擾動和系統(tǒng)短 路故障情況 對每種情況下的傳統(tǒng)的調(diào)速控制器 基于粒子群算法的調(diào)速控制器 以及基于混沌粒子群算法的調(diào)速控制器的系統(tǒng)頻率曲線進行比較 證明基于混沌 粒子群算法的調(diào)速控制器具有不依賴對象數(shù)學模型 對于工程經(jīng)驗依賴性小 簡 單實用等特點 對于發(fā)電機工況的偏離也具有良好的適應性 控制效果明顯優(yōu)于 傳統(tǒng)優(yōu)化方法的調(diào)速控制器 5 本文對電力系統(tǒng)互聯(lián)區(qū)域進行了研究 建立了典型的三區(qū)域互聯(lián)系統(tǒng)的 有功功率數(shù)學模型 并在m a a b 環(huán)境下進行了仿真 分析基于混沌粒子群算 法的調(diào)速控制系統(tǒng)的控制效果 并驗證電網(wǎng)的區(qū)域互聯(lián)對電力系統(tǒng)穩(wěn)定性的影 響 第二章同步發(fā)電機及其調(diào)速控制系統(tǒng) 2 1 概述 第二章同步發(fā)電機及其調(diào)速控制系統(tǒng) 電力系統(tǒng)頻率是電力系統(tǒng)中同步發(fā)電機產(chǎn)生的交流正弦電壓的頻率 它是電 力系統(tǒng)運行中最重要的參數(shù)之一 在穩(wěn)態(tài)運行條件下 所有發(fā)電機同步運行 整 個電力系統(tǒng)的頻率是相等的 并列運行的每一臺發(fā)電機組的轉(zhuǎn)速與系統(tǒng)頻率的關 系為 f 篆 式中p 一發(fā)電機組轉(zhuǎn)子極對數(shù) r 發(fā)電機組的轉(zhuǎn)數(shù) 蛐 7 l 電力系統(tǒng)頻率 h z 顯然 電力系統(tǒng)的頻率控制實際上就是調(diào)節(jié)發(fā)電機組的轉(zhuǎn)速 從運行角度分析 系統(tǒng)頻率的變化是由于發(fā)電機的負荷與原動機出力輸入功 率之間失去平衡所致 發(fā)電機組輸出的有功功率是隨原動機出力變化而改變的 原動機出力越多 機組輸出有功就越大 反之 機組輸出有功越小 因此可以說 電力系統(tǒng)頻率與系統(tǒng)有功功率的平衡緊密相關 系統(tǒng)正常運行時 當系統(tǒng)的全部 負荷所消耗的有功功率 包括網(wǎng)損 與發(fā)電機組的總出力相平衡時 系統(tǒng)頻率保 持為額定值 在系統(tǒng)負荷與發(fā)電機輸出的有功功率的平衡受到破壞時 各發(fā)電機 組的轉(zhuǎn)速及相應的頻率就要發(fā)生變化 電力系統(tǒng)運行的主要任務之一 就是對頻 率進行監(jiān)視和控制 當系統(tǒng)機組輸入功率與負荷消耗的功率之間失去平衡而造成 系統(tǒng)的頻率偏離額定值時 控制系統(tǒng)即發(fā)電機調(diào)速系統(tǒng)必須通過改變原動機進汽 量 或者進水量 來調(diào)節(jié)機組的出力 使發(fā)電機的輸入功率適應負荷的需要 來 保證電力系統(tǒng)頻率在允許范圍之內(nèi) 調(diào)速器通常分為機械液壓調(diào)速器和電氣液壓調(diào)速器兩類 早期的調(diào)速器是機 械型的 但是由于機械液壓調(diào)速器的死區(qū)較大 動態(tài)性能指標較差 難于綜合其 他信號參與調(diào)節(jié) 于是發(fā)展了電液調(diào)速器 目前在大機組廣泛應用的是數(shù)字式電 液調(diào)速器 按控制規(guī)律來劃分 調(diào)速器又可分為比例積分調(diào)速器和比例 積分 微分調(diào)速 器等 電力系統(tǒng)中廣泛應用的是比例積分微分調(diào)速器 這種調(diào)速器的控制信號有 比例 積分 微分三種基本形式 這三種形式各有優(yōu)缺點 可以取長補短綜合利 第二章同步發(fā)電機及其調(diào)速控制系統(tǒng) 用 將綜合后的信號作為調(diào)速器的控制信號 改變功率給定值增量 直到控制信 號為零為止 本文以電力系統(tǒng)中廣泛應用的數(shù)字式電液調(diào)速系統(tǒng)為基礎 采用獲得良好控 制效果的p i d 控制器 并采用效果更好的優(yōu)化方法來進行控制器參數(shù)優(yōu)化 設計 出更好的調(diào)速控制系統(tǒng) 本章主要介紹同步發(fā)電機的調(diào)速系統(tǒng)在電力系統(tǒng)頻率調(diào) 節(jié)中的作用 數(shù)字式電液調(diào)速系統(tǒng) 以及仿真中要用到的汽輪機傳遞函數(shù) 為進 一步的仿真研究打下基礎 2 2 調(diào)速控制系統(tǒng)的作用 電力生產(chǎn)除了應保證供電數(shù)量外 還應保證供電的質(zhì)量 供電質(zhì)量指標主有 兩個 一是頻率 二是電壓 這兩者都與發(fā)電機轉(zhuǎn)速有一定的關系 發(fā)電電壓除 了與汽輪機轉(zhuǎn)速相關外 還可以通過對勵磁機的調(diào)整來進行調(diào)節(jié) 而發(fā)電頻率則 直接取決于發(fā)電機的轉(zhuǎn)速 汽輪機的調(diào)節(jié)任務 一方面是供應用戶足夠的電量 即是調(diào)節(jié)汽輪機的功率以滿足外界用戶的需要 另一方面又要使汽輪機轉(zhuǎn)速始終 保持在規(guī)定的范圍之內(nèi) 電力系統(tǒng)中向發(fā)電機提供機械功率和機械能的機械裝置 如汽輪機 水輪機 等統(tǒng)稱為原動機 為了控制原動機向發(fā)電機輸出的機械功率 并保持電網(wǎng)的正常 運行頻率 以及在各并列運行的發(fā)電機之間合理分配負荷 每一臺原動機都配置 了調(diào)速器 調(diào)速系統(tǒng)一般通過控制汽輪機的汽門開度或者水輪機的導水葉開度來 實現(xiàn)功率和頻率調(diào)節(jié) 通過改變調(diào)速器的參數(shù)及其給定值 一般是給定速度或給 定功率 可以得到所要求的發(fā)電機功率一頻率調(diào)節(jié)特性 3 3 1 調(diào)速系統(tǒng)在電力系統(tǒng)頻率調(diào)節(jié)中的作用也可由電力系統(tǒng)的功率 頻率調(diào) 節(jié)特性曲線分析 電力系統(tǒng)的功率平衡是一個供需功率隨時平衡的動態(tài)過程 當 電力系統(tǒng)負荷變動時 電力系統(tǒng)頻率會發(fā)生變化 同步發(fā)電機的調(diào)速器會自動控 制和調(diào)整汽輪機的進汽量或者水輪機的進水量 從而控制和調(diào)整發(fā)電機的輸出功 率 使電力系統(tǒng)趨于穩(wěn)定 另一方面 根據(jù)電力系統(tǒng)負荷頻率特性的特點 負荷 本身在電力系統(tǒng)頻率變動下 也會相應改變其吸收的功率 所以說 電力系系統(tǒng) 的頻率調(diào)節(jié)和控制與發(fā)電機組頻率特性和負荷的頻率特性是密切相關的 電力系統(tǒng)中有許多臺發(fā)電機組和不同類型的負荷 為了分析電力系統(tǒng)頻率特 性的方便 必須將所有發(fā)電機組和負荷 分別歸并為一個等效發(fā)電機組和等效負 荷 如圖2 1 所示 圖中尸g l 為等效發(fā)電機組的頻率調(diào)節(jié)特性曲線 尸b l 為等效 負荷頻率調(diào)節(jié)特性曲線 兩條曲線的交點a 即為系統(tǒng)在初始的穩(wěn)定狀態(tài)的工作 點 發(fā)電機輸出的和負荷消耗的有功功率是相等的 這一點對應著的電力系統(tǒng) 的有功功率為p l 頻率為額定頻率瓜 當電力系統(tǒng)的負荷增加時 負荷特性曲 第二章同步發(fā)電機及其調(diào)速控制系統(tǒng) 線向功率增加的方向發(fā)生平移 即由p d l 變化到p d 2 蠅 為負荷功率的原始增 量 如果發(fā)電機沒有調(diào)速器 發(fā)電機組輸出功率為恒定值只 則電力系統(tǒng)頻率 將逐漸下降 負荷所取用的有功功率也將逐漸減小 依靠負荷的調(diào)節(jié)效應使運行 點穩(wěn)定在d 點 如果存在調(diào)速系統(tǒng) 由于發(fā)電機輸出的有功功率不能隨負荷的 陡然增加而及時變動 發(fā)電機組將減速 電力系統(tǒng)頻率將下降 在系統(tǒng)頻率下降 時 發(fā)電機輸出的有功功率將因為調(diào)速器的一次調(diào)整作用而增加 同時負荷所需 要的有功功率也將因為本身的調(diào)節(jié)效應而減少 前者沿著發(fā)電機組的有功功率一 一頻率靜態(tài)特性曲線p g l 向上增加 而后者沿著負荷的有功功率 頻率靜態(tài)特 性曲線尸d 2 向下減少 最后在新的平衡點b 點穩(wěn)定下來 因此 這一調(diào)節(jié)過程由 發(fā)電機和負荷共同完成 由于發(fā)電機的頻率調(diào)節(jié)特性具有調(diào)差率 所以最終控制和調(diào)整的結(jié)果只能縮 小頻率的偏差 而無法使電力系統(tǒng)頻率恢復到原來的數(shù)值狀態(tài) 當系統(tǒng)由于負荷 變化引起的頻率偏移較大 采取頻率的一次控制調(diào)整后 系統(tǒng)頻率的偏差仍然不 能限制在允許的范圍內(nèi) 那么就必須二次調(diào)頻來解決 此時 可以由值班人員手 動操作或自動控制操作調(diào)頻器 使發(fā)電機組有功功率一頻率靜態(tài)特性發(fā)生平 移 來改變發(fā)電機組輸出的有功功率 使系統(tǒng)頻率保持為負荷增長前的水平或者 使頻率的偏差在允許的范圍內(nèi) 在圖2 1 中調(diào)頻器作用 將曲線p g l 平移到 的位置 與負荷曲線p d 2 相交于c 點 這時系統(tǒng)頻率就可以恢復到五或高于石 的數(shù)值 而電力系統(tǒng)總的電源功率或負荷功率也將因系統(tǒng)頻率回升而略有增加 顯然 由于進行了頻率的二次調(diào)整 電力系統(tǒng)的頻率質(zhì)量有了提高 圖2 1發(fā)電機和負荷的功 頻特性曲線 綜上所述 電力系統(tǒng)的頻率調(diào)整主要分為一次調(diào)整和二次調(diào)整 這兩種調(diào)頻 都是通過調(diào)速器控制發(fā)電機的進汽量或者進水量實現(xiàn)的 電力系統(tǒng)的頻率調(diào)整效 果是跟調(diào)速器的性能分不開的 第二章同步發(fā)電機及其調(diào)速控制系統(tǒng) 2 3 數(shù)字式電液調(diào)速系統(tǒng) 數(shù)字電液調(diào)速系統(tǒng)是自動控制與計算機相結(jié)合的產(chǎn)物 利用計算機大量存儲 信息的能力 完善的邏輯判斷能力和快速運算能力來實現(xiàn)機組調(diào)速系統(tǒng)的功能 一般數(shù)字電液調(diào)速系統(tǒng)以數(shù)字計算機作為控制器 以電液轉(zhuǎn)換器 高壓抗燃油系 統(tǒng)和油動機作執(zhí)行機構(gòu) 實現(xiàn)對汽輪發(fā)電機組的轉(zhuǎn)速和負荷的自動控制 8 0 年 代以來 隨著微型計算機科學的發(fā)展 使得計算機可以實現(xiàn)具有人類智能的控制 規(guī)律 微機電液調(diào)速器已成為大容量汽輪機控制的主流 2 3 1 數(shù)字電液調(diào)速系統(tǒng)的優(yōu)點 和以往的控制方式相比 數(shù)字電液調(diào)速系統(tǒng)有以下優(yōu)點 3 1 1 控制品質(zhì)好 數(shù)字電液調(diào)速系統(tǒng)可以很方便的使調(diào)速系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和參數(shù)需要隨著機組的 不同運行工況進行修改 從而在啟動升速 同期并列 發(fā)電 甩負荷等各種工況 下均能夠?qū)崿F(xiàn)機組運行全過程的最優(yōu)控制 2 功能多 數(shù)字電液調(diào)速系統(tǒng)可以充分發(fā)揮計算機高速運算和邏輯判斷優(yōu)勢 可以實現(xiàn) 調(diào)速 負載控制 機組自啟動控制 升速控制 快速同期并列等功能 對汽輪發(fā) 電機組 還可以在啟動過程中附有熱應力管理功能 極大提高了電廠自動化程度 3 靈活性好 由于數(shù)字電液調(diào)速系統(tǒng)在一套完善的硬件設備做好之后 各種不同功能和性 能的實現(xiàn)主要有軟件來決定 這就使得數(shù)字電液調(diào)速系統(tǒng)可以很方便的增 減功 能和改變特性 4 運行穩(wěn)定 抗干擾能力強 工作可靠 數(shù)字電液調(diào)速系統(tǒng)使用數(shù)字電路來實現(xiàn)的 由于數(shù)字電路的工作對環(huán)境溫度 和電源電壓變化不敏感 這就克服了各種漂移的影響 同時 數(shù)字電液調(diào)速系統(tǒng) 采用自檢核自恢復 數(shù)字濾波等技術(shù)措施消除干擾的影響 這就使得數(shù)字式電液 調(diào)速系統(tǒng)具有較強的抗干擾能力 2 3 2 數(shù)字式電液調(diào)速系統(tǒng)的結(jié)構(gòu) 數(shù)字式電液調(diào)速系統(tǒng)是計算機數(shù)字式控制的輸出通過電液轉(zhuǎn)換環(huán)節(jié) 以液動 力驅(qū)動液壓執(zhí)行機構(gòu) 控制被控對象 它的結(jié)構(gòu)可以分為四個部分 汽輪發(fā)電機 組參數(shù)測量部分 數(shù)字控制部分 電液轉(zhuǎn)換及液壓部分 其主要特點是控制電路 部分的功能用微機來實現(xiàn) 采用計算機控制技術(shù)進行數(shù)字運算和軟件編程 實現(xiàn) 第二章同步發(fā)電機及其調(diào)速控制系統(tǒng) 各種控制功能 由圖2 2 可見 主機與控制對象發(fā)電機組 包括原動機 間的輸 出 輸入過程通道和模擬式電液調(diào)速器是相同的 如電 液壓轉(zhuǎn)換 液壓伺服系 統(tǒng)以及轉(zhuǎn)速和功率傳感器等 由d a 或者a d 轉(zhuǎn)換電路與主機接口交換消息 汽門開 度 圖2 2 數(shù)字式電液調(diào)速系統(tǒng)基本框圖 調(diào)速器的調(diào)節(jié)控制規(guī)律由計算機實現(xiàn) 首先要建立數(shù)學模型以及制定運行中 的控制原則 然后編程 用軟件實現(xiàn)其控制規(guī)律 計算機數(shù)字控制是對被控對象 的轉(zhuǎn)速相關信息進行采樣 并通過輸入通道 把模擬量變成為數(shù)字量送給計算機 計算機獲取這些信息以后 根據(jù)采集到的實時信息 按預先確定的控制規(guī)律進行 調(diào)節(jié)計算 計算結(jié)果經(jīng)由d a 輸出 去控制電 液壓轉(zhuǎn)換 再由液壓伺服系統(tǒng)控 制原動機的輸入功率 完成調(diào)速或者調(diào)節(jié)功率的任務 2 j 微機控制器是數(shù)字式電液調(diào)速系統(tǒng)的重要組成部分 微機控制器的硬件有專 用控制計算機為核心組成 計算機控制系統(tǒng)的硬件由主機 輸入輸出接口電路 輸入輸出過程通道和人機聯(lián)系設備組成 硬件是控制系統(tǒng)中傳遞信息的載體 而 軟件則決定控制規(guī)律 對控制系統(tǒng)的特性有重大影響 由于微機調(diào)速器的調(diào)節(jié)規(guī) 律是由軟件實現(xiàn)的 不同的調(diào)節(jié)規(guī)律只表現(xiàn)在軟件的不同上 不需要修改硬件 因此微機調(diào)速器可以很方便的實現(xiàn)各種不同的控制規(guī)律 目前微機調(diào)速器及普遍 采用按頻差的比例 積分和微分調(diào)節(jié) 2 3 3 功頻電液調(diào)速器 目前電廠的汽輪機很多都是中間再熱機組為了適應中間再熱式汽輪機的調(diào) 節(jié)特點 調(diào)節(jié)系統(tǒng)一般為功頻電液調(diào)節(jié) 而控制器一般選用p m 控制器 其原理 框圖見圖2 3 第二章同步發(fā)電機及其調(diào)速控制系統(tǒng) l 噸酬頻差放大卜 綜合 p i d 電液 調(diào)節(jié) 轉(zhuǎn)換一 1 絲墊墨h 迪墊墊降 放大 器器 1 電氣部分液壓部分 一一 一 圖2 3 一一 一 一一 一 一 功頻電液調(diào)速器原理框圖 功頻電液調(diào)速器的測頻單元相當于通常調(diào)速器的測速單元 而測功單元則 是其特有的 它將汽輪機功率轉(zhuǎn)換為一個成比例的電壓信號 而作為整個調(diào)速器 的反饋信號 以便使調(diào)節(jié)過程中轉(zhuǎn)速偏差和功率偏差基本保持一定的比例關系 p i d 調(diào)節(jié)器把測頻 測功單元輸出個給定信號作為綜合校正放大 其輸出經(jīng)電液 轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換為機械信號 進入液壓部分 系統(tǒng)中仍然保留了轉(zhuǎn)速反饋信號 是一個雙回路閉環(huán)調(diào)節(jié)系統(tǒng) 系統(tǒng)工作過 程簡述如下 參加一次調(diào)頻時 以轉(zhuǎn)速偏差去調(diào)整調(diào)節(jié)閥開度 改變汽輪發(fā)電機 的輸出功率 直至功率變化與轉(zhuǎn)速偏差的值在調(diào)節(jié)器p i d 入口相平衡 p i d 輸出 值不變 調(diào)節(jié)過程結(jié)束 二次調(diào)頻時 改變機組的功率給定值 p d 調(diào)節(jié)器入口 產(chǎn)生功率偏差 經(jīng)過系統(tǒng)的調(diào)節(jié)作用 改變調(diào)節(jié)閥的開度 調(diào)整機組的輸出功率 直至p i d 入口功率偏差為零 蒸汽參數(shù)變化時 如壓力降低 汽輪發(fā)電機輸出功 率減小 出現(xiàn)功率偏差 經(jīng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)作用開大調(diào)節(jié)閥 提高輸出功率 直至p d 調(diào)節(jié)器入口功率偏差為零 因此引入功率反饋信號后能保證汽輪機轉(zhuǎn)速變化與功 率變化之間的固定比例關系 是機組一次調(diào)頻能力保持不變 實際應用時 轉(zhuǎn)速 信號取自汽輪機主軸轉(zhuǎn)速 功率信號取自發(fā)電機電功率 2 4 同步發(fā)電機調(diào)速系統(tǒng)的數(shù)學模型 為了仿真比較不同調(diào)速控制系統(tǒng)的效果 首先要建立包含調(diào)速控制系統(tǒng)的同 步發(fā)電機的數(shù)學模型 本文選擇的是常用的傳遞函數(shù)的形式 2 4 1 原動機的傳遞函數(shù) 原動機是將一次能源轉(zhuǎn)化為機械能的裝置 汽輪機把高溫高壓蒸汽儲存的能 量轉(zhuǎn)換為旋轉(zhuǎn)機械能量 然后由發(fā)電機把其轉(zhuǎn)換為電能 根據(jù)機組容量和蒸汽條 件 已經(jīng)建造了各種各樣結(jié)構(gòu)的汽輪機 本文的研究選取了普遍采用的礦物燃料 單再熱器串聯(lián)復合汽輪機 其結(jié)構(gòu)如圖2 4 所示 第二章同步發(fā)電機及其調(diào)速控制系統(tǒng) 從 圖2 4 汽輪機結(jié)構(gòu)圖 到冷凝器 高壓調(diào)節(jié)氣閥到高壓缸之間有一段較長的連接管道 由于連接管道和蒸汽室 能夠容納一定數(shù)量的蒸汽 使得汽輪機輸出功率的變化滯后于調(diào)節(jié)氣閥開度的變 化 這種現(xiàn)象稱為汽容影響 汽容影響在數(shù)學上可以用一階慣性環(huán)節(jié)來描述 考 慮汽容影響以后 高壓缸功率對調(diào)節(jié)汽閥開度的傳遞函數(shù)可表示為 s 去 2 2 i h 3 i 式中 乙 高壓調(diào)節(jié)汽閥后的汽容時間常數(shù) 蒸汽從高壓缸出來 進入位于鍋爐內(nèi)的中間再熱器 再熱蒸汽經(jīng)再熱截止閥 和進汽管流入中壓渦輪級 由于中間再熱器汽容的影響使得中壓缸輸出功率變化 也滯后于高壓缸出口蒸汽流量的變化 這相當于一階慣性環(huán)節(jié) 因此 中壓缸的 傳遞函數(shù)可表示為 瞰d 2 表 南 p 3 式中 中間再熱器的汽容時間常數(shù) 一般為5 1 0 s 從中壓缸出來的蒸汽要經(jīng)過交換器才能進入低壓缸 流入低壓缸的蒸汽流量 經(jīng)歷了一個與交換器有關的附加時間常數(shù) 低壓缸的傳遞函數(shù)可以表示為 吼滬赤 南南 2 4 式中 交換器的汽容時間常數(shù) 其數(shù)量級約為o 5 s 汽輪機高壓缸 中壓缸和低壓缸產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩同時作用在汽輪機轉(zhuǎn)軸上 因此 汽輪機輸出的功率只等于高 中 低壓缸產(chǎn)生的功率之和 即 己 易 置 將上式進行標幺化 可得 己 磁易 弓 砭置 因此汽輪機的傳遞函數(shù)為 第二章同步發(fā)電機及其調(diào)速控制系統(tǒng) 一 擊蝎擊 擊 t 赤 赤 赤 式中 一般取 0 2 0 3 墨 k o 7 o 8 和 約為0 2 0 3 s l o s 由于乃和 與 相比較小很多 在實際應用時將上式簡化為 帥 踹 2 4 2 調(diào)速控制系統(tǒng)的傳遞函數(shù) 1 電氣部分的傳遞函數(shù) 電氣部分包括轉(zhuǎn)速測量 功率測量 頻差放大器 加法器 p i d 調(diào)節(jié)器和功 率放大器 2 電液轉(zhuǎn)換器的傳遞函數(shù) 電液轉(zhuǎn)換器 用來將控制回路輸出的電信號轉(zhuǎn)換為液壓信號 再經(jīng)過放大后 控制油動機去啟閉閥門 一般電液轉(zhuǎn)換器被視為一階慣性環(huán)節(jié) 但是由于時間常 數(shù)很小 常被簡化為比例環(huán)節(jié) 比例系數(shù)用標幺值表示時為1 3 機械液壓隨動系統(tǒng)的傳遞函數(shù) 電液調(diào)速器的機械隨動系統(tǒng)主要由繼動器 錯油門和油動機組成 1 繼動器和錯油門的傳遞函數(shù) 繼動器和錯油門的輸入為電液轉(zhuǎn)換器輸出的油壓變化凹 輸出為錯油門內(nèi) 部 王 字閥的移動距離 s 叢與 p 成正比 且稍有滯后 為一階慣性環(huán)節(jié) 繼動器和錯油門可簡化為比例環(huán)節(jié) 用標幺值表示時 比例系數(shù)為1 2 油動機的傳遞函數(shù) 油動機即液壓缸 是用以直接操作蒸汽閥門的裝