本文選題：非線性水輪機調(diào)節(jié)系統(tǒng)　切入點：預(yù)測控制　出處：《西北農(nóng)林科技大學(xué)》2017年碩士論文

【摘要】：水輪機調(diào)節(jié)系統(tǒng)是集水力激勵、機械系統(tǒng)、電力負荷以及控制系統(tǒng)為一體的系統(tǒng)。在水電站實際運行時,水輪機調(diào)節(jié)系統(tǒng)各部分相互耦合,相互影響,因此該系統(tǒng)實質(zhì)為一個復(fù)雜的非線性時變系統(tǒng)。而由于傳統(tǒng)控制方法的局限性使得水輪機調(diào)節(jié)系統(tǒng)控制難以有良好的控制品質(zhì)。另外,隨著水電能源被大力開發(fā),水電站規(guī)模越來越大,水力機械機組容量也不斷提升,若控制方法不能快速有效的控制系統(tǒng)使之穩(wěn)定,那么這將會影響電力系統(tǒng)的穩(wěn)定,甚至嚴重影響水電站的安全運行。綜合上述原因,研究水輪機調(diào)節(jié)系統(tǒng)新的先進性控制方法非常有必要。本論文分析討論了六維非線性水輪機調(diào)節(jié)系統(tǒng)的三種預(yù)測控制算法。論文主要研究內(nèi)容如下:(1)針對水輪機調(diào)節(jié)系統(tǒng)非線性特性,建立水輪機調(diào)節(jié)系統(tǒng)精確Taksgi-Sugeno(T-S)模糊模型,基于上述水輪機調(diào)節(jié)系統(tǒng)T-S模糊模型提出非線性水輪機調(diào)節(jié)系統(tǒng)T-S動態(tài)矩陣控制方法(T-S-DMC),結(jié)合Lyapunov穩(wěn)定性定理,證明方法的有效性。考慮水輪機調(diào)節(jié)系統(tǒng)在實際運行中受擾動影響,研究該控制方法的抗干擾能力;考慮在生產(chǎn)實踐中,水輪發(fā)電系統(tǒng)需要跟蹤某一狀態(tài),討論水輪機調(diào)節(jié)系統(tǒng)在該控制器作用下對某一指定狀態(tài)的跟蹤性能;進一步與傳統(tǒng)PID控制方法比較,突出水輪機調(diào)節(jié)系統(tǒng)模糊動態(tài)矩陣控制算法良好魯棒性、快速性與優(yōu)越性。(2)考慮傳統(tǒng)PID控制方法對水輪機調(diào)節(jié)系統(tǒng)這種復(fù)雜非線性、時變、強耦合系統(tǒng)控制效果不理想,而動態(tài)矩陣控制(dynamic matrix control,DMC)算法能夠較好的控制時變、強耦合系統(tǒng)。因此結(jié)合DMC算法的優(yōu)勢與傳統(tǒng)PID控制器參數(shù)少、結(jié)構(gòu)簡單、易于實施的特點,提出一種適合于本文中六維非線性水輪機調(diào)節(jié)系統(tǒng)的動態(tài)矩陣PID(DMC-PID)控制方法,并通過數(shù)值實驗驗證新控制方法的控制效果,進一步討論該控制方法的抗干擾能力、跟蹤性能等控制品質(zhì)。另外,將所提出的DMC-PID控制算法拓展到一類一階純滯后慣性系統(tǒng),討論該控制算法對其控制的有效性,并與傳統(tǒng)PID控制方法對比,分析討論兩種控制方法對水輪機調(diào)節(jié)系統(tǒng)控制效果的優(yōu)劣。(3)研究適用于水輪機調(diào)節(jié)系統(tǒng)的模型算法控制(model algorithmic control,MAC)方法,通過數(shù)值實驗驗證算法有效性。同時考慮水輪機調(diào)節(jié)系統(tǒng)在實際運行中受擾動影響,研究該控制方法的抗干擾能力;考慮生產(chǎn)實踐中,水力發(fā)電系統(tǒng)需要跟蹤某一狀態(tài),討論水輪機調(diào)節(jié)系統(tǒng)在該控制器作用下對某一指定狀態(tài)的跟蹤性能;進一步地對比傳統(tǒng)PID控制,討論兩種控制算法的優(yōu)劣。通過上述研究分析討論,結(jié)果表明本畢業(yè)論文中所提出的三種預(yù)測控制算法均能夠很好的控制本文中的六維非線性水輪機調(diào)節(jié)系統(tǒng)并使其快速穩(wěn)定,并且具有良好的控制品質(zhì)。此外本文中的控制算法對于擾動、跟蹤等問題也均有良好的控制效果。
[Abstract]:Hydraulic turbine regulation system is a system that integrates hydraulic excitation, mechanical system, electric load and control system.In the practical operation of hydropower station, each part of the turbine governing system is coupled and interacted with each other, so the system is essentially a complex nonlinear time-varying system.Due to the limitation of traditional control methods, it is difficult to control turbine regulation system with good control quality.In addition, with the great development of hydropower energy, the scale of hydropower stations is becoming larger and larger, and the capacity of hydraulic machinery units is also increasing. If the control method can not make it stable by a fast and effective control system, then it will affect the stability of the power system.Even seriously affect the safe operation of hydropower stations.For the above reasons, it is necessary to study the new advanced control method of turbine regulation system.In this paper, three predictive control algorithms for six dimensional nonlinear turbine governing system are analyzed and discussed.The main contents of this paper are as follows: (1) aiming at the nonlinear characteristics of hydraulic turbine governing system, the accurate Taksgi-Sugeno T-S) fuzzy model of hydraulic turbine governing system is established.The T-S dynamic matrix control method for nonlinear turbine governing system is presented based on the T-S fuzzy model of the turbine governing system mentioned above. The validity of the method is proved by combining with the Lyapunov stability theorem.Considering the disturbance of hydraulic turbine governing system in actual operation, the anti-interference ability of the control method is studied, and in production practice, the hydro-turbine power generation system needs to track a certain state.This paper discusses the tracking performance of the hydraulic turbine governing system under the action of the controller to a certain specified state, and further compares with the traditional PID control method, which highlights the good robustness of the fuzzy dynamic matrix control algorithm of the hydraulic turbine governing system.Considering the complex nonlinear, time-varying and strong coupling control effect of the traditional PID control method, the dynamic matrix control (DMC) algorithm can better control the time-varying and strongly coupled systems.Therefore, considering the advantages of the DMC algorithm and the advantages of the traditional PID controller, such as few parameters, simple structure and easy to implement, a dynamic matrix PID-PID-PID-PID-PID-DMC-PID-control method is proposed, which is suitable for the six-dimensional nonlinear hydraulic turbine regulation system in this paper.The control effect of the new control method is verified by numerical experiments, and the control quality such as anti-interference ability and tracking performance of the control method are further discussed.In addition, the proposed DMC-PID control algorithm is extended to a class of first-order pure time-delay inertial systems. The effectiveness of the control algorithm is discussed and compared with the traditional PID control method.This paper analyzes and discusses the merits and demerits of two control methods to the control effect of hydraulic turbine governing system. The model algorithm control model algorithmic control method suitable for hydraulic turbine regulation system is studied. The validity of the algorithm is verified by numerical experiments.At the same time, considering the disturbance of hydraulic turbine governing system in actual operation, the anti-interference ability of the control method is studied, and the hydroelectricity system needs to track a certain state in production practice.This paper discusses the tracking performance of the hydraulic turbine governing system under the action of the controller to a certain specified state, and further compares the traditional PID control, and discusses the advantages and disadvantages of the two control algorithms.Through the analysis and discussion above, the results show that the three predictive control algorithms proposed in this thesis can control the six dimensional nonlinear turbine regulation system and make it fast and stable, and have good control quality.In addition, the control algorithm in this paper also has a good control effect for disturbance, tracking and other problems.
【學(xué)位授予單位】：西北農(nóng)林科技大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號】：TV734

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本文編號：1716094