【摘要】：水力機(jī)組控制系統(tǒng)主要是水輪機(jī)調(diào)速系統(tǒng)和發(fā)電機(jī)的勵(lì)磁系統(tǒng),而它們又受到機(jī)組轉(zhuǎn)速和機(jī)端電壓的影響,同時(shí)因?yàn)樵谒C(jī)組控制的動(dòng)態(tài)過程中機(jī)組的轉(zhuǎn)速和機(jī)端電壓是互相影響的,存在著嚴(yán)重的耦合關(guān)系,使水力機(jī)組的控制不能達(dá)到最優(yōu)的效果。為了使整個(gè)控制系統(tǒng)的效果優(yōu)化,就要對(duì)水輪機(jī)調(diào)速系統(tǒng)和發(fā)電機(jī)的勵(lì)磁系統(tǒng)進(jìn)行綜合協(xié)調(diào)解耦控制,不能單獨(dú)的設(shè)計(jì)控制器,而是把它們當(dāng)作一個(gè)整體進(jìn)行設(shè)計(jì)。因此,本文主要是在傳統(tǒng)的復(fù)合控制基礎(chǔ)上,運(yùn)用P規(guī)范的解耦理論進(jìn)行解耦,對(duì)水力機(jī)組的控制系統(tǒng)進(jìn)行解耦研究。首先,詳細(xì)的分析了水輪機(jī)和發(fā)電機(jī)的工作原理,建立了調(diào)速系統(tǒng)和勵(lì)磁系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型,考慮兩個(gè)模型之間的聯(lián)系,在此基礎(chǔ)上,建立水力機(jī)組的綜合控制數(shù)學(xué)模型。其次,因?yàn)樗啓C(jī)調(diào)速和發(fā)電機(jī)勵(lì)磁之間存在耦合關(guān)系,所以運(yùn)用錢學(xué)森方法設(shè)計(jì)前饋補(bǔ)償器對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行解耦,并在上面復(fù)合控制數(shù)學(xué)模型的基礎(chǔ)上建立解耦的數(shù)學(xué)模型。最后,運(yùn)用MATLAB,在Simulink環(huán)境下,利用其中的模塊庫,搭建仿真平臺(tái),建立復(fù)合控制模型和解耦后的復(fù)合控制模型,合理的選擇仿真對(duì)象進(jìn)行仿真實(shí)驗(yàn),并將各種情況的仿真結(jié)果進(jìn)行對(duì)比分析。通過仿真結(jié)果的對(duì)比分析,可以得出解耦后的快速性和動(dòng)態(tài)性能比解耦前的好,因此很大的改善了調(diào)節(jié)的品質(zhì)。
【圖文】：

水力機(jī)組控制系統(tǒng)模型的建立2 水力機(jī)組控制系統(tǒng)模型的建立本文主要介紹水輪發(fā)電機(jī)組調(diào)速系統(tǒng)與勵(lì)磁系統(tǒng)模型的建立，，為后文調(diào)速與勵(lì)磁復(fù)合控制的仿真提供模型的基礎(chǔ)。調(diào)速系統(tǒng)和勵(lì)磁系統(tǒng)是水輪發(fā)電機(jī)組控制系統(tǒng)的重要組成部分，水輪機(jī)調(diào)速器和發(fā)電機(jī)勵(lì)磁調(diào)節(jié)器是水輪發(fā)電機(jī)組的主要控制器。水輪機(jī)調(diào)速器是根據(jù)機(jī)組轉(zhuǎn)速的變化，自動(dòng)的調(diào)節(jié)水輪機(jī)的流量，進(jìn)而改變機(jī)組出力，使機(jī)組的轉(zhuǎn)速維持在額定轉(zhuǎn)速的規(guī)定范圍內(nèi)，從而保證電網(wǎng)頻率在電能質(zhì)量要求范圍內(nèi)。同步發(fā)電機(jī)勵(lì)磁的自動(dòng)控制在保證電能質(zhì)量、無功功率的合理分配和提高電力系統(tǒng)運(yùn)行的可靠性方面都起著極為重要的作用。根據(jù)水輪發(fā)電機(jī)組各模塊間的信號(hào)連接關(guān)系，可得出水輪機(jī)調(diào)節(jié)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框圖如 2-1 所示。

x 為機(jī)組轉(zhuǎn)速；h 為水輪機(jī)的動(dòng)態(tài)水頭。對(duì)于混流式水輪機(jī)，為了簡化其仿真分析，將式 2-4 在其工作點(diǎn)附近用泰勒級(jí)數(shù)展開，略去高階導(dǎo)數(shù)，得到下式： qyqxqhyxhttttheeehqxxqyyqqheyexehhmyxmyymm（2-5）式中：ey、ex、eh為接力器行程、轉(zhuǎn)速和水頭對(duì)力矩的傳遞系數(shù)；eqy、eqx、eqh分別為接力器行程、轉(zhuǎn)速和水頭對(duì)流量的傳遞系數(shù)。由以上闡述的可以得到，水輪機(jī)及引水系統(tǒng)的傳遞函數(shù)為： eTseeeeeTseysmsGsqhwyqyhqyhwqyth 1()（2-6）
【學(xué)位授予單位】：華北水利水電大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號(hào)】：TV734

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2703314