【摘要】：在國(guó)民經(jīng)濟(jì)高速增長(zhǎng)的推動(dòng)下,我國(guó)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(jī)遇。在電源側(cè),隨著大容量火電單元機(jī)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(guó)電網(wǎng)骨干的大容量火電單元機(jī)組,在平衡電能供需矛盾、保障電網(wǎng)穩(wěn)定運(yùn)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(yùn)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(shí),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(yùn)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(jī)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(duì)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(gè)環(huán)節(jié)的基礎(chǔ)上,提出了幾種新的控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)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(gè)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(jī)組協(xié)調(diào)控制研究中,因未完整考慮鍋爐、汽輪機(jī)和發(fā)電機(jī)三者動(dòng)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(jī)組綜合控制中的意義。(2)為提高多機(jī)系統(tǒng)的勵(lì)磁控制品質(zhì),同時(shí)克服由于工況變化、測(cè)量誤差及外界擾動(dòng)等因素引起的模型不確定參數(shù)對(duì)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(lì)磁控制系統(tǒng)。從增強(qiáng)系統(tǒng)魯棒性的角度出發(fā),為避免系統(tǒng)未建模動(dòng)態(tài)對(duì)控制器性能的影響,文中采用了同時(shí)考慮發(fā)電機(jī)高階雙軸模型和典型勵(lì)磁機(jī)動(dòng)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(duì)系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行的影響。在多機(jī)系統(tǒng)自適應(yīng)反演勵(lì)磁控制器設(shè)計(jì)的同時(shí),結(jié)合李雅普諾夫穩(wěn)定性方法,通過設(shè)計(jì)模型不確定參數(shù)的自適應(yīng)更新律,實(shí)現(xiàn)了系統(tǒng)參數(shù)的實(shí)時(shí)在線動(dòng)態(tài)估計(jì)。多機(jī)系統(tǒng)仿真結(jié)果表明,所設(shè)計(jì)的勵(lì)磁控制系統(tǒng)具備良好的抗干擾能力和較強(qiáng)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(jī)電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性能,保證發(fā)電機(jī)組的電能質(zhì)量,針對(duì)同時(shí)考慮發(fā)電機(jī)和汽輪機(jī)-調(diào)速器動(dòng)態(tài)特性的多機(jī)電力系統(tǒng)模型,計(jì)及多個(gè)系統(tǒng)模型參數(shù)的不確定性,提出了一種勵(lì)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(jì)了勵(lì)磁控制器和汽門開度控制器,之后在不同的系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)下,設(shè)計(jì)了兩種控制器間的協(xié)調(diào)策略。與此同時(shí),通過設(shè)計(jì)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(duì)控制器性能的影響。最后,多機(jī)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(jī)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(jī)組在大范圍變負(fù)荷過程中的動(dòng)態(tài)性能,克服機(jī)組自身的強(qiáng)非線性和不確定性對(duì)控制器品質(zhì)的影響,設(shè)計(jì)了鍋爐-汽輪機(jī)單元的魯棒自適應(yīng)反演協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)。首先,針對(duì)同時(shí)考慮參數(shù)不確定性和外界干擾的鍋爐-汽輪機(jī)單元非線性模型,通過模型預(yù)處理將其分解為兩個(gè)子系統(tǒng)。然后,利用魯棒自適反演法分別設(shè)計(jì)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(jì)了參數(shù)自適應(yīng)律,并在控制律中設(shè)置阻尼項(xiàng)以精確補(bǔ)償外界干擾對(duì)系統(tǒng)的影響。為便于工程實(shí)現(xiàn),總結(jié)了該協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)步驟和機(jī)組的實(shí)際控制輸入律。仿真結(jié)果表明,所設(shè)計(jì)的協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)有效改善了機(jī)組在大范圍變負(fù)荷過程中的動(dòng)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(duì)完整描述鍋爐、汽輪機(jī)和發(fā)電機(jī)三者動(dòng)態(tài)特性的單元機(jī)組非線性整體模型,計(jì)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(jī)組的非線性綜合控制策略。首先,將單元機(jī)組的高階整體模型分解為三個(gè)低階子系統(tǒng),然后分別設(shè)計(jì)了主蒸汽閥門開度控制器、勵(lì)磁控制器和燃料控制器。為有效提升勵(lì)磁電壓水平,充分發(fā)揮發(fā)電機(jī)的無功儲(chǔ)備能力,借助無功電流補(bǔ)償以高壓側(cè)電壓為目標(biāo)優(yōu)化了勵(lì)磁控制效果。此外,為克服實(shí)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(xiàng)以抑制各種外界擾動(dòng)對(duì)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(duì)模型變化的魯棒性。為便于該綜合控制策略的實(shí)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(jì)的綜合控制系統(tǒng)在優(yōu)化單元機(jī)組有功響應(yīng)的同時(shí),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(jī)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(gè)用戶。逡逑由此可見，其實(shí)整個(gè)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(gè)復(fù)雜動(dòng)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(jī)和發(fā)電機(jī)才構(gòu)成了一個(gè)完整的發(fā)電單元設(shè)備整體。而之前在單元機(jī)組逡逑控制的相關(guān)研究中，一般是針對(duì)機(jī)組運(yùn)行過程出現(xiàn)的某個(gè)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(jī)電力系統(tǒng)模型中的多個(gè)不確定參數(shù)對(duì)系統(tǒng)整體穩(wěn)定性的影逡逑響，在典型的四機(jī)兩區(qū)域電力系統(tǒng)中（如圖２－３所示），通過分析在不同運(yùn)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(yùn)行條件下，Ｇ３的轉(zhuǎn)逡逑速偏差也呈現(xiàn)出了不同的動(dòng)態(tài)特性。其中，黑色實(shí)線表示當(dāng)系統(tǒng)模型參數(shù)均取其逡逑對(duì)應(yīng)標(biāo)稱值時(shí)，，Ｇ３的轉(zhuǎn)速偏差為零，整個(gè)電力系統(tǒng)處于穩(wěn)定運(yùn)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(duì)應(yīng)標(biāo)稱值時(shí)（約偏離１０％），如圖２－１中紅逡逑色點(diǎn)線所示，Ｇ３的轉(zhuǎn)速偏差開始振蕩，整個(gè)系統(tǒng)不再處于之前的穩(wěn)定運(yùn)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(duì)應(yīng)標(biāo)稱值時(shí)（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(jī)系統(tǒng)勵(lì)磁控制設(shè)計(jì)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(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號(hào)】：TM621;TP273.2

【參考文獻(xiàn)】

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4 劉振亞;張啟平;;國(guó)家電網(wǎng)發(fā)展模式研究[J];中國(guó)電機(jī)工程學(xué)報(bào);2013年07期

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10 韓璞;魏樂;;鍋爐 汽輪機(jī)單元協(xié)調(diào)控制的反推PID方法[J];中國(guó)電機(jī)工程學(xué)報(bào);2010年02期

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本文編號(hào)：2644187