本文選題：發(fā)電機(jī)調(diào)速　切入點(diǎn)：水輪機(jī)　出處：《鄭州大學(xué)》2017年碩士論文　論文類型：學(xué)位論文

【摘要】：在當(dāng)前的環(huán)保壓力和能源壓力下,降低火電比重已成為大勢(shì)所趨。然而隨著各種清潔能源的發(fā)電出力不斷提升,能源不穩(wěn)定、更多電力電子設(shè)備的引入等諸多因素都會(huì)對(duì)系統(tǒng)穩(wěn)定造成一些負(fù)面影響。水能是一種相對(duì)比較穩(wěn)定和容易控制的清潔能源,在我國多個(gè)地區(qū)都有可利用的水力資源。但是“水錘效應(yīng)”卻使得水電機(jī)組的調(diào)速過程更加復(fù)雜,限制了水電機(jī)組在維持系統(tǒng)穩(wěn)定中發(fā)揮更多的作用。因此本文考慮采用一種新型的控制策略來控制水電機(jī)組的調(diào)速器,以期能達(dá)到提升調(diào)速性能、進(jìn)而提高電力系統(tǒng)穩(wěn)定性的目的。本文對(duì)調(diào)速器在有功功率平衡和系統(tǒng)頻率穩(wěn)定中的作用進(jìn)行了簡(jiǎn)要介紹,對(duì)多種控制策略與方法的特點(diǎn)以及應(yīng)用也進(jìn)行了綜述。針對(duì)水輪機(jī)的特殊特性,最后選擇了采用由一種智能控制方法——模糊控制、一種預(yù)測(cè)方法——灰色預(yù)測(cè)以及最常用、最簡(jiǎn)單的PID控制器結(jié)合而得的綜合控制策略,設(shè)計(jì)了一種灰色模糊PID控制器,為了對(duì)其控制效果做出初步驗(yàn)證,將其應(yīng)用于一個(gè)簡(jiǎn)單的三階系統(tǒng)中,并使用MATLAB進(jìn)行動(dòng)態(tài)仿真研究。為了驗(yàn)證該控制器對(duì)于水電機(jī)組調(diào)速系統(tǒng)的控制作用,本文對(duì)水電機(jī)組單機(jī)無窮大系統(tǒng)進(jìn)行了建模和仿真。為了更好地反映系統(tǒng)的振蕩特性,對(duì)于引水管道和水輪機(jī),采用了考慮彈性水錘效應(yīng)的線性化模型。分別考慮滿載和半載兩種情況對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行擾動(dòng)仿真,在與常規(guī)PID調(diào)速器、灰色PID調(diào)速器的比較中,證明了所設(shè)計(jì)的灰色模糊PID調(diào)速器對(duì)水電機(jī)組的調(diào)速特性具有明顯的改善和優(yōu)化作用,實(shí)現(xiàn)了提高系統(tǒng)穩(wěn)定性這一目標(biāo),并且對(duì)于系統(tǒng)的運(yùn)行工況具有一定的魯棒性。在進(jìn)行了水電機(jī)組單機(jī)無窮大系統(tǒng)的仿真后,為了對(duì)該調(diào)速器的控制性能做出進(jìn)一步的驗(yàn)證,建立了一個(gè)三機(jī)九節(jié)點(diǎn)系統(tǒng)的模型,分別對(duì)持續(xù)的電磁力矩?cái)_動(dòng)、一回線路三相短路隨后故障切除這兩種情況進(jìn)行模擬,對(duì)各個(gè)機(jī)組的轉(zhuǎn)速和功角變化情況進(jìn)行仿真研究。與傳統(tǒng)PID調(diào)速器的比較證明,本文所設(shè)計(jì)的灰色模糊PID調(diào)速器可以使發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)速更快地穩(wěn)定下來,機(jī)組之間的功角也得以更快地進(jìn)入一個(gè)新的穩(wěn)態(tài),整個(gè)系統(tǒng)的穩(wěn)定性都得到了提升。
[Abstract]:Under the current environmental and energy pressures, reducing the proportion of thermal power has become a general trend. However, with the increasing power generation of various clean energy sources, energy is unstable. The introduction of more power electronics and other factors will have some negative impact on the stability of the system. Water energy is a relatively stable and easy to control clean energy. There are available hydraulic resources in many areas of our country, but the "water hammer effect" makes the speed regulation process of hydropower units more complicated. Therefore, a new control strategy is proposed to control the governor of hydropower unit in order to improve the speed regulation performance. In this paper, the function of governor in active power balance and system frequency stability is briefly introduced. The characteristics and applications of various control strategies and methods are also summarized. In view of the special characteristics of hydraulic turbines, an intelligent control method-fuzzy control, a predictive method-grey prediction and the most commonly used method are selected. A grey fuzzy PID controller is designed based on the synthesis control strategy of the simplest PID controller. In order to make a preliminary verification of its control effect, it is applied to a simple third-order system. In order to verify the control effect of the controller on the speed regulation system of hydropower unit, this paper models and simulates the single machine infinite bus system of hydropower unit, in order to better reflect the oscillation characteristics of the system. For the diversion pipe and turbine, the linearization model considering elastic water hammer effect is adopted. The disturbance simulation of the system is carried out under the condition of full load and half load, respectively. In the comparison with conventional PID governor and grey PID governor, It is proved that the designed grey fuzzy PID governor can obviously improve and optimize the speed regulation characteristics of hydropower units and achieve the goal of improving the stability of the system. In order to verify the control performance of the governor, a model of a three-machine nine-node system is established after the simulation of the single-machine infinite bus system of the hydro-generator unit is carried out in order to further verify the control performance of the governor, and has a certain robustness to the operating conditions of the system. In this paper, the continuous electromagnetic torque disturbance, the three-phase short circuit of the primary circuit and the fault removal are simulated, and the changes of the rotational speed and the power angle of each unit are simulated. The comparison with the traditional PID governor proves that, The grey fuzzy PID governor designed in this paper can stabilize the speed of the generator faster and the power angle between the units can enter a new steady state more quickly. The stability of the whole system has been improved.
【學(xué)位授予單位】：鄭州大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號(hào)】：TV734.4

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本文編號(hào)：1580963