【摘要】：在國民經(jīng)濟高速增長的推動下,我國電力行業(yè)發(fā)展迅猛,但隨之也產(chǎn)生了一些新的挑戰(zhàn)和機遇。在電源側(cè),隨著大容量火電單元機組的迅猛發(fā)展以及各種新興清潔能源的大規(guī)模接入,作為我國電網(wǎng)骨干的大容量火電單元機組,在平衡電能供需矛盾、保障電網(wǎng)穩(wěn)定運行等方面面臨著更大的調(diào)節(jié)壓力;在電網(wǎng)側(cè),隨著大型互聯(lián)電網(wǎng)的持續(xù)建設(shè),系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和運行環(huán)境的日趨復(fù)雜也使得電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性問題愈發(fā)突出。同時,鑒于電源側(cè)和電網(wǎng)側(cè)自身規(guī)模的不斷發(fā)展和系統(tǒng)運行狀態(tài)的日益復(fù)雜,在考慮源網(wǎng)協(xié)調(diào)的基礎(chǔ)上進(jìn)行單元機組綜合控制策略的研究,確保穩(wěn)定、安全、可控的電能供給,對于電力系統(tǒng)的安全穩(wěn)定具有重大意義。為此,本文在深入研究電能生產(chǎn)各個環(huán)節(jié)的基礎(chǔ)上,提出了幾種新的控制系統(tǒng)設(shè)計方案,以改善電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性能和控制品質(zhì)。本文的工作內(nèi)容和取得的研究成果主要體現(xiàn)在以下幾個方面:(1)分別從電網(wǎng)側(cè)和電源側(cè)概述了相關(guān)控制系統(tǒng)的發(fā)展歷程和研究現(xiàn)狀,并從源網(wǎng)協(xié)調(diào)的角度,討論了目前在電力系統(tǒng)穩(wěn)定性研究和單元機組協(xié)調(diào)控制研究中,因未完整考慮鍋爐、汽輪機和發(fā)電機三者動態(tài)特性而可能存在的問題,進(jìn)一步說明了考慮源網(wǎng)協(xié)調(diào)在現(xiàn)階段單元機組綜合控制中的意義。(2)為提高多機系統(tǒng)的勵磁控制品質(zhì),同時克服由于工況變化、測量誤差及外界擾動等因素引起的模型不確定參數(shù)對控制系統(tǒng)性能的影響,文中提出了一種非線性自適應(yīng)反演勵磁控制系統(tǒng)。從增強系統(tǒng)魯棒性的角度出發(fā),為避免系統(tǒng)未建模動態(tài)對控制器性能的影響,文中采用了同時考慮發(fā)電機高階雙軸模型和典型勵磁機動態(tài)特性的電力系統(tǒng)高階模型,并分析了模型參數(shù)的不確定性對系統(tǒng)穩(wěn)定運行的影響。在多機系統(tǒng)自適應(yīng)反演勵磁控制器設(shè)計的同時,結(jié)合李雅普諾夫穩(wěn)定性方法,通過設(shè)計模型不確定參數(shù)的自適應(yīng)更新律,實現(xiàn)了系統(tǒng)參數(shù)的實時在線動態(tài)估計。多機系統(tǒng)仿真結(jié)果表明,所設(shè)計的勵磁控制系統(tǒng)具備良好的抗干擾能力和較強的魯棒性,可有效改善系統(tǒng)穩(wěn)定性能。(3)為進(jìn)一步改善多機電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性能,保證發(fā)電機組的電能質(zhì)量,針對同時考慮發(fā)電機和汽輪機-調(diào)速器動態(tài)特性的多機電力系統(tǒng)模型,計及多個系統(tǒng)模型參數(shù)的不確定性,提出了一種勵磁與汽門開度的非線性協(xié)調(diào)控制策略。首先采用自適應(yīng)反演法設(shè)計了勵磁控制器和汽門開度控制器,之后在不同的系統(tǒng)運行狀態(tài)下,設(shè)計了兩種控制器間的協(xié)調(diào)策略。與此同時,通過設(shè)計模型不確定參數(shù)的自適應(yīng)律,解決了系統(tǒng)參數(shù)變化對控制器性能的影響。最后,多機系統(tǒng)仿真結(jié)果表明,所提出的非線性自適應(yīng)反演協(xié)調(diào)控制方案有效改善了多機系統(tǒng)的穩(wěn)定性能和控制品質(zhì),而且具有良好的抗干擾性和魯棒性。(4)為改善單元機組在大范圍變負(fù)荷過程中的動態(tài)性能,克服機組自身的強非線性和不確定性對控制器品質(zhì)的影響,設(shè)計了鍋爐-汽輪機單元的魯棒自適應(yīng)反演協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)。首先,針對同時考慮參數(shù)不確定性和外界干擾的鍋爐-汽輪機單元非線性模型,通過模型預(yù)處理將其分解為兩個子系統(tǒng)。然后,利用魯棒自適反演法分別設(shè)計了主蒸汽閥門控制器和燃料控制器。為避免系統(tǒng)不確定參數(shù)可能出現(xiàn)的參數(shù)漂移問題,通過引入充分光滑投影算子設(shè)計了參數(shù)自適應(yīng)律,并在控制律中設(shè)置阻尼項以精確補償外界干擾對系統(tǒng)的影響。為便于工程實現(xiàn),總結(jié)了該協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)的實現(xiàn)步驟和機組的實際控制輸入律。仿真結(jié)果表明,所設(shè)計的協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)有效改善了機組在大范圍變負(fù)荷過程中的動態(tài)性能,且具有良好的負(fù)荷指令跟蹤性能、抗干擾能力和魯棒性。(5)針對完整描述鍋爐、汽輪機和發(fā)電機三者動態(tài)特性的單元機組非線性整體模型,計及系統(tǒng)參數(shù)的不確定性和各種外界干擾因素,基于魯棒自適應(yīng)反演法和協(xié)調(diào)無源性理論,提出了一種單元機組的非線性綜合控制策略。首先,將單元機組的高階整體模型分解為三個低階子系統(tǒng),然后分別設(shè)計了主蒸汽閥門開度控制器、勵磁控制器和燃料控制器。為有效提升勵磁電壓水平,充分發(fā)揮發(fā)電機的無功儲備能力,借助無功電流補償以高壓側(cè)電壓為目標(biāo)優(yōu)化了勵磁控制效果。此外,為克服實際系統(tǒng)存在的各種不確定性因素,通過在控制律中引入魯棒項以抑制各種外界擾動對控制器性能的影響,并借助充分光滑投影算子構(gòu)造了參數(shù)自適應(yīng)律以提升控制系統(tǒng)對模型變化的魯棒性。為便于該綜合控制策略的實際應(yīng)用,提高系統(tǒng)調(diào)節(jié)品質(zhì),還總結(jié)了控制系統(tǒng)的參數(shù)設(shè)定規(guī)律。仿真結(jié)果表明,所設(shè)計的綜合控制系統(tǒng)在優(yōu)化單元機組有功響應(yīng)的同時,也有效改善了系統(tǒng)的無功響應(yīng)特性,且具有良好的抗干擾性和魯棒性。
【圖文】：

完成機械能到電能的轉(zhuǎn)化，最后經(jīng)由輸配電網(wǎng)將電能分配到各個用戶。逡逑由此可見，其實整個電能生產(chǎn)過程可視為熱力系統(tǒng)和電氣系統(tǒng)之間相互影響和相逡逑互結(jié)合的一個復(fù)雜動態(tài)過程。如圖１－１所示，從生產(chǎn)流程一體化的角度出發(fā)，鍋逡逑爐、汽輪機和發(fā)電機才構(gòu)成了一個完整的發(fā)電單元設(shè)備整體。而之前在單元機組逡逑控制的相關(guān)研究中，一般是針對機組運行過程出現(xiàn)的某個問題，在進(jìn)行合理假設(shè)逡逑１１逡逑

逡逑為近一步說明多機電力系統(tǒng)模型中的多個不確定參數(shù)對系統(tǒng)整體穩(wěn)定性的影逡逑響，在典型的四機兩區(qū)域電力系統(tǒng)中（如圖２－３所示），通過分析在不同運行條件逡逑下Ｇ３的轉(zhuǎn)速偏差予以說明。如圖２－１所示，在不同的系統(tǒng)運行條件下，Ｇ３的轉(zhuǎn)逡逑速偏差也呈現(xiàn)出了不同的動態(tài)特性。其中，黑色實線表示當(dāng)系統(tǒng)模型參數(shù)均取其逡逑對應(yīng)標(biāo)稱值時，，Ｇ３的轉(zhuǎn)速偏差為零，整個電力系統(tǒng)處于穩(wěn)定運行狀態(tài)；但當(dāng)系統(tǒng)逡逑模型不確定參數(shù)（：Ｃ，，＝？，）偏離其對應(yīng)標(biāo)稱值時（約偏離１０％），如圖２－１中紅逡逑色點線所示，Ｇ３的轉(zhuǎn)速偏差開始振蕩，整個系統(tǒng)不再處于之前的穩(wěn)定運行狀態(tài)；逡逑而藍(lán)色虛線表示系統(tǒng)模型不確定參數(shù)（７：，７＆，邋７；，）偏離其對應(yīng)標(biāo)稱值時（約逡逑偏離１０％），Ｇ３的轉(zhuǎn)速偏差開始劇烈振蕩，系統(tǒng)穩(wěn)定性受到嚴(yán)重影響。因此，本逡逑章多機系統(tǒng)勵磁控制設(shè)計的目標(biāo)是在考慮系統(tǒng)模型不確定參數(shù)的影響下
【學(xué)位授予單位】：華北電力大學(xué)(北京)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號】：TM621;TP273.2

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號：2644187