孤网模式下水轮机调速改进动态矩阵控制

为提高水轮机组工作于孤网模式时的动态性能,建立了混流式水电机组的数学模型。针对系统在运行过程中始终存在负荷扰动以及模型参数随工况变化的特点,设计了改进的动态矩阵控制算法。在不同工况下分别对系统施加频率扰动和负荷扰动,进行了水轮机系统的改进动态矩阵控制、动态矩阵控制、PID控制的仿真对比实验。仿真结果表明,与PID控制和动态矩阵控制相比,所提控制策略可明显改善系统的动态性能、有效缩短过渡过程的调节时间,并能够减小系统频率的波动范围。     

一种嵌入改进海鸥算法的水光储鲁棒控制研究

光伏发电具有间歇性、波动性和预测难的特性，因此需要与其他能源进行互补。常用的方法是利用水电机组的快速响应和储能电池灵活高效的补偿来构建水光储微电网系统。然而，这一系统具有强烈的非线性特性，其稳定性的一个关键问题是频率控制。针对这一问题，设计了基于多目标H2理论的混合H2/H∞鲁棒控制器，主要目标是在暂态下抑制频率振荡。在控制器中嵌入海鸥算法，对海鸥算法进行混沌初始化和参数改进得到一种改进海鸥算法(improved seagull optimization algorithm, ISOA)。利用ISOA对H2/H∞鲁棒控制的加权矩阵系数和范数权重进行参数优化，最终获得最优混合ISOA-H2/H∞鲁棒控制器。仿真结果表明，所设计的ISOA-H2/H∞鲁棒控制器在功率扰动和系统参数摄动下能保证水光储系统的频率稳定，并具有满意的动态特性。     

考虑SCE-TOG的水电机组调节系统协同控制器设计

水电机组调节系统对维持电力系统的稳定起着不可或缺的作用。为了同时提高水电机组调节系统各状态变量的跟踪性能,改善调节质量,引入协同控制理论,设计了水电机组调节系统调速、励磁协同控制器。首先建立了考虑调压井效应（SCE）及三阶发电机（TOG）的水电机组调节系统非线性数学模型,并推导出上述两种控制器的控制规律;在此基础上,针对水电站并入电网的单机无穷大系统,进行负荷扰动和三相短路故障两种情况下的仿真试验,比较协同调速励磁控制策略、协同调速控制策略和经典PID控制策略的跟踪性能。结果表明,所设计的调速、励磁协同控制器在两种工况下都体现了优越的控制性能。     

基于Ziegler-Nichols优化算法的火电机组负荷频率PID控制研究

随着风电和光伏接入电网的规模不断扩大,电网负荷峰谷差逐渐增加,电网的频率控制出现超调量过大、调节速度过慢等一系列问题。本文针对互联电力系统的负荷分配以及频率控制问题,提出考虑发电机组分配系数的互联电力系统负荷频率控制方法。首先,建立单个区域包含多个火电机组的两区域电网自动发电控制（AGC）系统仿真模型,根据各发电机组的煤耗特性建立经济性目标函数,并且获得最优的出力分配系数;然后,基于联络线功率和频率偏差控制（TBC-TBC）的控制模式,采用经Ziegler-Nichols相关算法优化后的PID控制,并对优化后PID控制器的鲁棒性进行分析研究;最后,基于两区域系统仿真模型,在一定的负荷扰动工况下进行仿真验证。仿真结果表明:该分配方法能够有效节省煤耗,本文算法优化后的PID控制器在频率恢复速度方面具有一定的优势,并且鲁棒性良好。     

含自备电厂的钢铁企业孤网频率稳定控制策略

介绍了钢铁企业供电系统的结构特性,建立了自备电厂火电机组调速系统模型和负荷模型,其中负荷模型分为常规负荷模型和冲击负荷模型。针对孤网运行方式,提出了一种自适应频率稳定控制策略：实时监测系统运行状态和频率,并根据频率范围采取相应的控制措施。通过对自备电厂一次调频参数、二次调频控制等方面的研究,改善了孤网系统应对冲击负荷等小扰动的调节能力;通过实施可靠的就地低频减载（under frequency load shedding,UFLS）控制,可有效应对发生大扰动导致频率严重下降的紧急情况。仿真结果显示,所提出的控制策略能够保证孤网系统频率的稳定性。     

基于PID的互联电力系统LFC的优化研究

针对两区域互联电力系统在受到外界负荷扰动后系统负荷频率的变化规律,基于TBC—TBC联络线频率偏差的控制模式,先后利用经典的PID控制技术和前馈补偿控制技术,对两区域互联电力系统负荷频率的控制算法进行优化研究,使两区域的电力系统在突然遭受负荷扰动时能迅速可靠地减少频率偏差和联络线交换功率偏差,恢复系统的安全稳定运行。在MATLAB7.8.0/Simulink软件的仿真下,其结果表明,经过前馈补偿后的PID控制比经典PID控制具有更佳的控制效果和鲁棒性。     

基于NCD优化的光-火微网频率控制方法研究

为了提高光-火微电网运行时系统的频率稳定性,提出了基于优化控制工具箱和优化函数相结合的NCD(非线性控制设计)改进PID控制器,并加入到光-火微网中调节电网频率。分别建立光伏系统和火力发电机组的数学模型,将光伏和负荷引起的系统有功变化量作用于火力发电机组,通过设计NCD优化控制策略,以减少因光伏系统功率输出的不稳定性造成电网频率出现的偏差。通过在Simulink中搭建光-火微网模型,仿真结果及数据分析验证了该方案的可行性。与传统的频率调节相比,该方法实现系统更快的响应性、更小的超调量和更强的鲁棒性,减少了光伏并网对电力系统有功平衡造成的扰动。     

面向暂态功角稳定提升的水光互补发电系统紧急切机控制

我国西南地区水电和光伏资源丰富,利用水光资源的互补特性,促进清洁能源的高效消纳,是实现“双碳”目标的有效途径之一。水电资源一般集中于偏远地区,长距离输电导致其与主网连接较弱,暂态功角稳定问题较为突出,水光互补系统中高比例光伏发电的接入进一步增加了系统暂态稳定问题的复杂性。然而当前光伏发电对互补系统暂态稳定影响机理尚不明晰,且缺乏基于定量计算的紧急切机控制方法。为此,首先建立了水光互补系统的等效功角曲线,详细分析了光伏接入前后系统的加减速面积变化情况。在此基础上,基于等面积法则提出水光协调的3种紧急切机控制方法,并根据综合评价指标选取优化切机方案。最后,基于单水单光-无穷大系统及四川省某县水光互补系统验证了所提方法的有效性。研究结果有助于推动解决新能源电力系统中新能源机组和同步机的切机量定量计算缺乏数学理论指导这一难题,能够提升水电和光伏的消纳与送出能力。     

抽水蓄能机组空载工况分数阶PID调节控制

抽水蓄能机组运行在低水头空载工况易进入"S"特性区域,进而引起机组频率大范围波动和运行不稳定。针对传统比例—积分—微分(PID)控制在低水头空载工况下不能较好地调节抽水蓄能机组频率波动的不足,基于全特性曲线对数曲线投影变换的水泵水轮机数学模型,提出了适用于抽水蓄能机组低水头空载工况运行的分数阶PID(FOPID)调节系统模型,并运用粒子群优化算法优化FOPID控制参数,重点讨论了FOPID控制在低水头空载开机和空载频率扰动时的应用。仿真分析表明:相较于传统PID控制,FOPID控制使得低水头空载运行时机组频率和导叶开度的过渡过程有了明显的改进,提高了抽水蓄能机组调节系统的速动性与稳定性。     

发电机励磁调节和电磁过程对机组转速控制的影响

本文利用水电机组机械和电磁过渡过程联合平台,通过对不同负荷模型时水轮机调节系统负荷扰动的仿真研究,探讨了发电机电磁过渡过程和励磁调节对水电机组转速控制的影响.研究结果表明:励磁系统的调节作用和发电机的电磁过渡过程对水轮机调速器的负荷扰动特性有着十分明显的影响,在进行调速器动态特性研究时应计及这种影响.     

抽水蓄能机组分数阶PID控制及参数优化研究

由于抽水蓄能机组水泵水轮机调节系统结构复杂,工况类型多且转换频繁,容易受水泵水轮机全特性曲线反"S"特性的影响,因此其运行稳定问题比一般机组更加严峻,严重时甚至会影响到电网的供电质量和安全稳定。本文针对传统PID控制在抽水蓄能机组应用中的不足,提出了抽水蓄能机组的分数阶PID(FOPID)控制及其参数优化方法。为提高FOPID控制参数优化效果,提出了一种模糊引力搜索算法(FGSA),该算法在迭代搜索过程中,对引力衰减指数进行动态的模糊推理,使之随搜索代数的改变不断自适应调整,从而通过控制引力常数的大小实现对算法局部和全局搜索进行动态调整,提高算法优化能力。以我国某抽水蓄能电站机组为研究对象建立其调节系统仿真模型,运用不同优化方法和控制规律的组合控制策略进行控制,对比试验结果表明,本文提出的FGSA-FOPID控制策略能有效改善抽水蓄能机组水泵水轮机调节系统在空载工况下频率扰动时的动态性能。     

一种基于PSS和模糊PID控制的运行工况波动下柴油发电机调速系统研究

核电厂柴油发电机需要具备起动速度快、有功功率大、供电时间长、可靠性高、带载性能好等特点,而机组的调速系统作为机组的核心控制部件,对机组的稳定可靠运行起着至关重要的作用。为解决柴油发电机在外电网运行状况波动时传统调速控制方法引起的低频振荡等问题,提出了一种基于电力系统稳定器（PSS）和模糊PID控制的柴油发电机调速方法。基于MATLAB Simulink仿真软件搭建柴油发电机调速系统模型,将实际工程运行数据与基于PSS和PID的转速控制方法进行仿真对比。结果表明该方法具有较高的适应性和鲁棒性,不仅提高了柴油机转速的控制精度,还加强了端电压与功率的稳定。     

基于模糊控制的光伏发电系统MPPT设计

为了提高光伏发电的效率,分析了光伏发电系统最大功率点跟踪控制的原理,选出了实现最大功率跟踪的硬件电路。针对光伏电池输出的非线性特点,提出了将模糊控制应用于光伏发电的 MPPT 控制中,设计了模糊控制器,并在正常光照及光照强度变化的条件下对模糊算法控制系统和扰动观察算法控制系统进行了仿真实验,得出两种算法控制下系统输出的电压波形。通过对波形的对比分析,进一步证明了模糊MPPT控制系统响应快,抗干扰能力强,系统稳定性好。     

基于模糊PID控制的交流励磁调节系统的MATLAB建模与仿真

交流励磁发电机能够实现变速恒频恒压发电,具有良好的速度适应能力。将该发电机应用到军用车辆上,便可以使装备在车辆行驶过程中获得稳定的电能。由于传统的PID控制在分析非线性系统时存在的局限性,在发动机转速变化时调节的快速性、稳定性上很难满足装备要求,对此,本文提出了一套采用模糊PID控制算法对SPWM波的占空比进行实时控制的方法,以提高调节的快速性和稳定性。利用Matlab／Simulink对交流励磁发电系统进行建模,并对系统进行了负载变化、转速变化实验。结果证明,采用模糊PID控制算法的交流励磁系统在运行工况改变情况下可以得到稳定的输出电压波形曲线,达到了预期效果。     

微型水力发电机组的T-S模糊神经网络控制器

随着能源短缺现象的加剧,全球能源互联网的提出,微型水力发电越来越被人们重视。详细分析了模糊控制、神经网络以及TS模糊神经网络结构和算法,针对微型水力发电机系统的非线性和时变性的特点,构件了微型水力发电机组的T-S模糊神经网络控制器,采用MATLAB/Simulink仿真软件,在动态负载条件下对该微型水力发电机组进行仿真,分析了突甩负载和突加负载对机械功率、转子速度、频率和电压的影响,并与PID控制器进行比较。其仿真结果表明,所建立的T-S模糊神经网络控制器动态特性模型符合工程实际,满足系统的稳定性要求,具有良好的稳定性和鲁棒性。     

抽水蓄能机组调速系统非线性预测控制方法研究

调速系统是抽水蓄能机组频率及出力控制的主要部件,其控制性能及控制品质对于工况变化频繁,在电网中担任削峰填谷任务的抽水蓄能机组尤为重要。本文针对传统抽蓄机组的PID控制器中控制参数受工况影响大,控制器缺乏状态预测能力等缺点,提出一种适用于抽蓄机组调速系统不同工况的快速非线性预测控制方法。该方法应用抽蓄机组全特性曲线作为水泵水轮机模型,考虑压力引水管道的水击现象,利用模糊PID控制与预测控制的滚动状态预测原理计算得到调速器控制信号,使得调速器在根据运行工况精确控制机组频率与出力的同时,保证了控制计算的实时性。通过以某抽水蓄能电站实际资料进行抽水蓄能机组发电方向开机和负荷调节动态过程仿真,结果表明该预测控制方法较传统控制方式效果优越。     

基于变论域模糊PID控制的BLDCM仿真分析

采用传统的PID控制方法,无刷直流电机(BLDCM)易受负载扰动、电机参量突变等不确定因素的影响,调速效果较差。研究了一种基于S函数的变论域模糊PID控制方案,应用于BLDCM速度环中,通过Simulink建立BLDCM速度、电流双闭环控制系统。仿真结果表明,变论域模糊PID控制方案在调速方面具有响应速度快、超调小、抗干扰能力强的特点,各项指标优于普通PID控制、模糊PID控制方案。     

开关磁阻电机转速调节器参数模糊自整定的研究

开关磁阻电机(SRM)具有较强的非线性,很难建立其准确的数学模型,在传统PID调速控制中难以获得整个调速范围内Kp、KI、KD 3个参数的最优组合。而固定参数的传统PID调节器,不利于系统调速的精准性与抗干扰性。通过分析传统PID调节器3个参数的控制特点,主要针对起动、调速、负载扰动等若干状态下,建立适当的、通用的模糊控制规则,将模糊控制和PID控制相结合,构成SRM的模糊PID转速调节器,实现Kp、KI、KD 3个控制参数的自适应调节,从而获得在整个调速范围内不同负载下较好的调速特性。仿真试验表明,所提出方法避免了固定参数转速调节器的比例积分环节导致的低速、轻载工况下的转速超调与振荡,克服了单纯模糊控制所导致的调速误差。     

基于预测模型双模糊分数阶PID的BLDCM调速系统优化控制

无刷直流电机（BLDCM）具有复杂的非线性系统,强耦合、变量多等特点,传统的PID控制无法获得满意的控制效果。为此,在模糊控制、分数阶微积分及模型预测相关理论的基础上,提出了预测模型双模糊分数阶PID控制器。分数阶控制为系统提供更多的控制余度,并采用一种间接算法（Oustaloup算法）完成整数阶PID控制的延伸和扩展,模糊控制实现分数阶PID控制参数的在线调整;建立预测模型,并引入模糊控制动态调整预测模型系数K值,实现更加精确的控制。针对模糊分数阶PID控制器中参数选择,又提出了一种改进的万有引力算法进行参数优化,增强控制器的自适应能力。仿真结果表明:基于改进万有引力算法的预测模型双模糊分数阶PID控制的BLDCM调速系统较传统的PID控制具有更快的响应速度、更小的超调量及抗负载扰动能力强等优良的动、静态性能指标。     

基于模糊分数阶PID的含电动汽车的多能源微电网二次频率控制

为了解决分布式可再生能源间歇性发电和电动汽车接入微电网导致的微电网频率波动问题,针对含电动汽车接入的多能源微电网系统,设计了一种基于模糊自适应理论的分数阶比例-积分-微分(PID)二次频率控制器,通过建立模糊控制规则,结合频率偏差对模糊分数阶PID控制器参数进行实时在线整定.考虑光伏发电和风力发电输出功率波动、电动汽车接入微电网、随机负荷扰动3种不同场景,对所提出的模糊分数阶PID控制方法进行了仿真验证与量化分析.仿真结果表明,相比于传统PID控制器和分数阶PID控制器,所设计的模糊分数阶PID控制器使得系统频率响应振荡减少、超调量明显降低、动态调节时间更短,呈现出更强的抗扰动能力和鲁棒性,对于多能源微电网的二次频率调节具有优良的控制效果.