【摘要】：水電作為第一大清潔能源,提供了全世界五分之一的電力能源,在改善電網(wǎng)系統(tǒng)調(diào)峰調(diào)頻,維護電網(wǎng)頻率電壓穩(wěn)定以及平衡電網(wǎng)負荷需求有重要作用。水力發(fā)電機組作為水電站核心設備,是一集水力、機械、電氣為一體的復雜非線性系統(tǒng),其運行狀態(tài)直接關(guān)系到水電站乃至電力系統(tǒng)安全、高效、穩(wěn)定運行。針對水輪機調(diào)節(jié)系統(tǒng)復雜非線性特性,其外部環(huán)境擾動多樣性及其內(nèi)部動力學特性不確定性等因素影響,傳統(tǒng)線性PID控制因忽略水輪機調(diào)節(jié)系統(tǒng)非線性本質(zhì),難以滿足其高控制要求,獲得令人滿意的控制效果。預測控制具有對模型精度要求低、包容性強,對線性和非線性系統(tǒng)都有良好適用性等優(yōu)點,解決了傳統(tǒng)線性PID控制難以解決的非線性控制問題。為此,我們將模型預測控制理論引入非線性水輪機調(diào)節(jié)系統(tǒng)控制,設計水輪機調(diào)節(jié)系統(tǒng)預測控制器,并通過離散李雅普諾夫(Lyapunov)函數(shù)證明系統(tǒng)穩(wěn)定性,利用模型預測、滾動優(yōu)化和反饋校正實現(xiàn)了對非線性水輪機調(diào)節(jié)系統(tǒng)的高效控制。此外,我們詳細討論了控制系統(tǒng)中不確定性系統(tǒng)變量對系統(tǒng)控制性能的影響;進一步,我們系統(tǒng)分析了控制系統(tǒng)在擾動、模型失配等非正常運行情形下控制性能,驗證水輪機調(diào)節(jié)系統(tǒng)模型預測控制器具有良好魯棒性。最后,與傳統(tǒng)PID控制對比,突出設計控制器巨大的控制性能優(yōu)越性。針對已提出的非線性水輪機調(diào)節(jié)系統(tǒng),我們提出一種基于Takagi-Sugeno(T-S)模糊模型的非線性模型預測控制方法。首先,采用T-S模糊模型建模方法離線建立離散高精度水輪機調(diào)節(jié)系統(tǒng)非線性模糊模型,且給出具體模糊模型系統(tǒng)參數(shù);進一步,基于建立的水輪機調(diào)節(jié)系統(tǒng)非線性模糊模型進行在線模型預測控制,從而實現(xiàn)水輪機調(diào)節(jié)系統(tǒng)非線性模糊模型預測控制,并利用李雅普諾夫穩(wěn)定性理論分析了非線性水輪機調(diào)節(jié)系統(tǒng)模糊模型預測控制系統(tǒng)穩(wěn)定性。此外,針對建立的水輪機調(diào)節(jié)系統(tǒng)T-S模糊模型,我們設計了非線性模糊PID控制器。最后,非線性模糊模型預測控制器與非線性模糊PID控制器以及模型預測控制器對比分析,突出非線性模糊模型預測控制器優(yōu)良控制效果。針對模型預測控制在線計算量大、理論算法復雜、實時性欠佳等制約,我們嘗試將水輪機調(diào)節(jié)系統(tǒng)非線性模糊建模與預測函數(shù)控制相結(jié)合,設計非線性水輪機調(diào)節(jié)系統(tǒng)模糊預測函數(shù)控制器;為了驗證所設計控制器魯棒性,我們探究了水輪機調(diào)節(jié)系統(tǒng)在模型失配和無模型失配條件下,系統(tǒng)存在擾動和響應約束條件下的控制性能,結(jié)果表明非線性模糊預測函數(shù)控制器具有良好魯棒性;最后,非線性模糊預測函數(shù)控制方法與PID控制方法對比分析,充分說明非線性模糊預測函數(shù)控制方法在水輪機調(diào)節(jié)系統(tǒng)中控制性能更優(yōu)越。基于設計的預測控制器,從水輪機調(diào)節(jié)系統(tǒng)過渡過程品質(zhì)(超調(diào)量、過渡時間、振蕩次數(shù)、衰減比等)及計算機性能要求等方面,探究最優(yōu)水輪機調(diào)節(jié)系統(tǒng)預測控制方法理論。
[Abstract]:......
【學位授予單位】：西北農(nóng)林科技大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2017
【分類號】：TV734

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本文編號：2438223