【doc】汽轮发电机综合智能控制

【doc】汽轮发电机综合智能控制 汽轮发电机综合智能控制 第卷第,期四川联合大学(工程科学版) 1999年5月IOURNALOFSICI-[UANU2gIONUNIVERSITY(ENGINEERINGSCIENCEEDITIO N) Vd3No3 May.1999 ?汽轮发电机综合智能控制 吕文革韩果汪寿基 ——1)I~0065) 3//,f2 提出了一种 摘要本文探讨丁智能控制用于汽轮发电机组缘台控制的有关问.有数,易行,能提高电力系统稳定水平的智能控制器.仿真结果明.在单机——无 穷大系统中,它比使用常规的AVR,Pss加常规的调速系统,可提高动态品质. 关键调汽轮发电机组;综台控翩;智能控制 分类号?一 7/ 象 同步发电机的励磁和频率控制是保证电力系统稳定,可靠运行最基本的手段.为了 提高电力系统运行的稳定性与改善动态品质,近年来国内外不少学者把现代控制理论用 于电力系统控制,提出了一些新的控制方式,例如同步发电机组综合最优控制,变结构控 制,自适应控制等,这些控制方式都是建立在被控对象数学模型为已知的基础上的,由于 电力系统本质上是一个非线性大系统,运行方式又经常变动,负荷变化与故障类型以及发 生的地点又都是随机的.很难建立精确的数学模型.自适应控制虽然在一定程度上锵决 了数学模型不确定性这个问题.但是其本质仍然离不开被控对象的模型,只不过它是对被 控对象的模型进行在线辩识,由于其算法复杂,实时运算量大,因而应用范围受到一定限 制.实践证明.现有的控制理论对被控对象及其所处的环境中存在的大量模糊的和定性 的信息无能为力,而定性信息往往在控制中起着十分重要的作用.任何一个行之有效的控 制系统,在设计时都隐含有人的直觉推理,不是单纯由控制理论完成的. 智能控制是人工智能技术和控制理论的交叉.它为解决不确定性对象的控制问题提 供了一种有效的途径.智能控制不象现代控制理论那样必须依靠精确的数学模型(并不 排斥使用数学模型及精确严格的数学方法).控制过程往往同人类求解问题的思维过程 相似. 本文探讨了智能控制用于汽轮发电机组综合控制的有关问题,在文献[4]工作基础 上,提出了一种有效易行.能提高电力系统稳定极限的智能控制器,并论述了这种智能控 制器用于单机——无穷大系统的励磁和调速综合控制的情况.仿真结果表明所设计的智 能控制器提高了电力系统的稳定性和动态品质. 收稿日期1998—12—02 32四川联合大学(工程科学版)弟3卷 l汽轮发电机组综合智能控制原理 理论与实践证明,对同步发电机组的控制采用单一的控制模式难以使电力系统在 各 种干扰情况下,获得良好的控制效果.例如在暂态过程最初期间,效果较好的励磁控制方 式,在稍后期间可能导致系统不稳定.反之,也有类似的情况.为了尽可能地同时兼顾控 制系统对多种性能指标的要求,本文在设计时,采用多模态的控制方式,即根据系统所处 的不同特征状态和控翩过程的不同时期的不同要求,采用不同的控制策略和相应的控制 模式,这种思想实际上就是对人在控制时的智能行为的模拟,体现了人控制器的特点. 1.1智能控制器的一般结构 本文所设计的控制器属于专家式智能控制器的.一种类型[.原理框图如图1昕示. 专家式智能控制器 囝l智能控制器原理框囝 Fig.1Prgocipleblockdiagramofintelligentcontroller 特征识别和信息处理对在线信息处理和利用起着重要作用.知识库是专家控制器的 基础,它是由数据库与学习适应器组成.用于存放发电机组与电力系统的有关先验知识, 以备系统推理与决策时调用.推理机是整个控制器的核心.它利用知识库中的知识数据 以及当前信息,与规则前题匹配.按照一定的推理策略即搜索策略解决当前问题.控制规 则集中包含有系统所薷的多种控制模式. 控制过程:被控过程的动态信息经检测,滤波进入特征识别器,经处理后,抽取出能反 映过程特征的特征信息,送入知识库,由学习适应器对知识进行增删与修改.另一方面向 推理机提供所需的信息.推理机根据知识库送来的先验知识以及过程特征信息进行判 断,推理作出决策,寻找出会适的控制策略,作用于被控制对象,使系统获得满意的品质 专家式智能控制器采用产生式规则实现控制,其控制规则的形式为: 第3期吕文革等:汽轮发电机综合智能控制33 IF<过程状态>THEN<应用规则集> 1.2控制规则的确定 被控制的汽轮发电机组如 图2所示. 单机——无穷大系统的传输功率可近似 地表示为P=(VtVs~s1.n ^ 式中Vt是发电机的端电压,Vs是无穷 大系统母线电压.正常运行时,快速汽门处于 开启状态,只用u控制汽轮机的调节阕,在 发生故障时,才用【』控制快速汽门,u用 于控制发电机的励磁电压. 当系统受到干扰时,使得转子上的功率 囝2汽轮发电机组拉钠系统框囝 Fig.2Controlsystembloekdiagramofturbogen- eratorntb 不平衡,转子速度与转子加速度不等于同步速度,功角改变.从而引起传输功率改变.当机 端电压变化时,转输功率也要改变.由此可见,转子的速度和加速度以及机端电压反映了系 统过渡过程的特征.在过渡过程中起着重要的作用.故在设计时,选取同步发电机转速偏差 (?),加速度偏差(凸),机端电压偏差(AVt)作为同步发电机组的状态变量.以功率偏 差 ?Pe,电流偏差?,作为辅助输入信号.图3是由?和组成的相平面,坐标原点表示 系统 平衡点. 从相平面上看.系统的状态在相平面I,?象限时, 转子的加速度和速度同号,速度偏差越来越大.应采用强 的控制作用,使得误差快速回零,大误差得到迅速消除.当 系统的状态在相平面?,?象限时,即转子的加速度和速 度异号,为了防止被控量以较大的速度趋近给定值而引起 过调,则减小控制.同时,当系统的状态偏离平衡点越远 时,应加大控制.反之,应减小控制,从控制角度看,可将相 平面上I与?及?与?象限看作相同的区域,只是控 制方向不周.根据系统状态响应特性在相平面上的不同区 域和位置以及端电压变化范围,分别采用不同的控制参数 {. 囝3凸和凸状态平面囝/ 或控制模式,从而将得到最佳控制效果.??3mAtostat~幽?曲 由以上分析,控制图2所示被控对象的控制规则集可用以下几条生产斌控制规则. (1)IF(????>0)THEN Ui(k)=U(一1)+?Uf1() U(=Ul(k一1)+AUg11(k) 式中/.3U矗)=K[?vt()一AV,(k一1)1+广罐缶Kn?[幽()][?(^)] AU_l(k)=Kgp1[?(k)一?(k一1)]+K!??(愚)+ 34四川联合大学(工程科学版)第3卷 K曲(??(惫)一2?叫(惫一1)+?叫(一2)]一Kl?Pe(惫) 其中凸(=[?()一?(一1)]/aT,AT为两次采样间隔的时间. (2)IF(??<0)THEN U(k)=Uf(k—1)+?U(k) Ug1():Ug1(k—1)+AUg12() 式中?()=()一gv,(k一1)]+而+C()] ?u()=K[(惫)一(惫一1)]+K啦[(惫)一2z~(k—1)+(矗一2)] (3)IF(I?t<1)n(II<.!)n(IAVI<.3)n(I?f<,4)THEN Uf(女)=Uf(k—1) UgI(=Ug1(一1) ,1,,!,,3,,分别为??,?V,LIV的允许变化范围.即不调节区. (4)IF(I?鲫I>.1)n(1AVI<,3)n(I?I<.4)THEN Uf(k)=Uf(k—1) Ul(正】=Un(惫一1)+?Ugl1(点) (5)IF(I?I<.1)n(I?I<2)n(I?VI>3)THEN Uf(k)=Uf(k一1)+AUf1(k) UBl(k)=Ug(k—1) (6)IF(f>Ml】)n(gv<一M1)n(?P<一Mp1)THEN Uf()=Uf(k—1)+?UB(k) U1(^)=UE1(k—1)一?Ug13(k) U(k)=U 式中山u()=Kb(ufm—uf(一1)】 ?u13()=Kg3[ul(k—1)一Ugio] (7)IF(?V>M)n(AI<一Ml2)n(?P<一Mp2)THEN Uf(女)=Uf(k—1)一?UH(k) U"("=UI(k一1)一AUEl4() L『(k)=Ui 式中AU*(k)=kf4[uf(k—1)一um】 _4Ug14(=[ug1(k—1)一Ug10】 以上各式中的常数可通过定性,定量分析得到初始数值,再通过在线调试得到最终 数 值. 由于规则集中只有7条规则,搜索空间小.故可采用前向推理方法逐次判别各规则的 条件.若满足则执行,否则继续搜索.状态变量任一状态都有对应的规则,必能搜索到目 标., 第3期吕文革等:汽轮发电机综合智能控制35 2仿真研究 研究对象如图2所示.单机——无穷大系统的数学模型.用非线性模型.为 = .=P一 它寺(Efd—Eq) TBP=一Pm+C- T'一+UE P=,(,E.) 模型的参数为:Xd=2.534,Xd=0.318,XT=01,XL=0.73,D=50.H=8秒, T:10秒,TB=TBM:0.2秒.T:TH=T:0.15秒. 实验内容 1)0,0.6s时间内,系统突然甩掉20%的负荷.0.6s恢复原值,仿真结果示于图4. 圉4小干扰下d,?,,a,Vt,的响应曲线 Fig.4Respo~cllrveofA6,APe,ACt,A?uDdel"littled~turb 2)0,O15s内在图2的K2点处发生三相短路.0.15S切除故障,015,075s单 回线运行,075s后,重合闸成功恢复正常运行.仿真结果示于图5. 3结论 1)本文设计的智能控制器不完全依赖于系统数学模型,引入了人的操作经验,技巧 和直觉推理,从而对系统参数的变化有较强的鲁棒性和适应性,使得系统无论受何种干扰