一种锅炉系统模型分析及其非线性控制

文中从控制系统设计的角度，对锅炉系统模型进行全面分析，并应用非线性控制方法，解决大范围、全工况、多扰动优化运行。首先分析线性化模型的可控可观性、非最小相位特性、基于相对增益矩阵的耦合性、配对策略和基于相对非线性测度的非线性度等，认为该非线性锅炉模型是控制器设计和控制算法评价的标准问题；然后给出状态反馈线性化设计步骤、控制系统结构和鲁棒稳定性的理论保证；最后，仿真验证该非线性控制策略具有良好的设定值跟踪性能，对外扰和负荷扰动以及参数摄动均具有鲁棒性。     

汽轮发电机组的线性分散干扰抑制控制

将非线性鲁棒控制理论应用于多机电力系统的汽轮调速控制系统。在耗散系统理论框架下,用推设计的方法,构造汽轮发电机组的能量存储函数,以避免求解HJI不等式,从而得到多机系统汽轮调速的非线性L2增益干扰抑制控制规律。控制策略的所有变量都是可量测的,而且控制量只与本机组的状态量有关,与其他机组的状态量和输电网络的参数无关。因而具有分散性。4机系统仿真结果表明,该控制规律可以提高电力系统的暂态稳定性。     

基于动态相对增益阵列的 永磁同步电机电流控制器解耦分析

永磁同步电机电气系统经过坐标变换,可以化为一个含有交叉耦合的双输入双输出系统,需要设计适当的控制器进行解耦控制。目前对电流解耦控制器已经有较多研究,主要分为直接补偿解耦、矩阵对角化解耦和状态反馈解耦。然而对于不同控制器的解耦效果没有直观统一的判断标准。动态相对增益阵列(DRGA)可以衡量多变量控制系统的耦合含量,本文将DRGA引入电机的电流解耦研究中,分析电机频率与参数估计误差对解耦性能的影响,并对比不同的解耦控制器。仿真与实验结果表明所提方法可以有效地分析不同控制器的解耦效果。     

汽轮发电机汽门开度的分散非线性预测控制

基于非线性预测控制理论,设计出具有闭型解析解控制律的汽轮发电机汽门开度分散非线性预测控制器。该控制器并不要求进行在线优化计算,从而避免了繁重的计算负担。控制器的输入为当地可测量信号且与网络参数无关,从而实现了分散控制。通过在6机22母线系统的仿真结果表明,该控制器能提高电力系统的暂态稳定性和动态性能。     

空气加热器的非线性控制

在找出空气加热器控制的非线性特性基础上，以非线性补偿和增益调度控制为指导思想来设计控制器，取得良好效果。     

基于间隙等效模型的舵机非线性控制研究

舵机作为导弹执行机构,其性能对弹体特性提升起着关键性的影响。随着导弹对舵机的性能需求越来越 高,舵机间隙、摩擦和弹性变形以及参数摄动等非线性因素影响日益凸显,严重制约了系统性能提升,因此开展舵 机非线性特性研究显得尤为重要。结合某在研工程舵机因长时运转而出现机构磨损造成的间隙放大问题,给出了含间隙等效的舵机仿真控制模型,并针对舵机非线性控制特性和飞行状态大间隙下惯量响应所导致的导弹稳定性问题 开展仿真分析和试验验证;最后引入自抗扰控制算法设计,可以一定程度上解决含间隙的舵机系统负载干扰下鲁棒 性较弱的问题。该研究对控制器设计和机构间隙控制具有较好的指导意义。     

汽轮发电机组的非线性分散干扰抑制控制

将非线性鲁棒控制理论应用于多机电力系统的汽轮调速控制系统。在耗散系统理论框架下,用递推设计的方法,构造汽轮发电机组的能量存储函数,以避免求解HJI不等式,从而得到多机系统汽轮调速的非线性L₂增益干扰抑制控制规律。控制策略的所有变量都是可量测的,而且控制量只与本机组的状态量有关,与其他机组的状态量和输电网络的参数无关,因而具有分散性。4机系统仿真结果表明,该控制规律可以提高电力系统的暂态稳定性。     

ALSTOM气化炉的线性自抗扰控制

气化炉是整体煤气化联合循环发电技术(IGCC)中关键的部分,其运行性能直接影响到整个IGCC的发电效率。因此,必须对气化炉进行有效的控制。ALSTOM气化炉具有强的非线性及大惯性,常规的控制方法难以满足运行条件下的各项控制指标。通过分析ALSTOM气化炉基准控制问题,将一阶线性自抗扰控制应用于该系统中,设计了两种控制方案。通过测试表明在满足各种约束条件的前提下,其控制性能指标均达到了基准测试所提出的各项要求,且实时解耦能力明显,结构简单,优于传统控制器。     

厂级控制的研究及其在发电厂的应用

从理论和应用两个方面回顾了厂级控制的发展,介绍了其理论、方法和设计。在此基础上说明了厂级控制在发电厂中应用实现的可行性和优越性,并介绍了其在发电厂的可行的应用实例。     

基于厂级控制的燃气-蒸汽联合循环系统研究

厂级控制主要处理控制系统结构方面的问题,解决控制什么,测量什么,需要采用哪个输入变量,以及被控变量与输入变量之间的搭配关系。首先介绍了厂级控制的设计步骤和实现方法,它由两部分组成:“至上而下”分析和“自底而上”设计以及7个设计步骤;然后将其应用到一燃气-蒸汽联合循环发电的厂级系统中。最后根据分析结果进行了系统被控变量的选取,常规控制层以及监控控制层控制策略的确定。     

多个并网逆变器间的交互影响分析

多个并网逆变器之间的交互影响给电网的稳定运行和电能质量带来负面影响。基于状态空间平均法建立了多并网逆变器传递函数模型,基于所建立的模型和相对增益矩阵原理,提出了一种多个并网逆变器电流控制回路之间交互影响的分析方法,使其能够定量地分析多并网逆变器电流控制回路之间的交互影响和系统频率、控制参数以及电网强度之间的关系。时域仿真和基于相对增益矩阵(relative gain array,RGA)原理分析方法的一致性,验证了该分析方法的有效性。     

多馈入直流系统协调控制综述

基于多馈入直流系统的强非线性、强耦合特征,分析了多馈入直流系统对协调控制技术应用于工程实际的迫切需求,从线性和非线性控制、集中和分散控制等角度综述了多馈入直流系统协调控制技术发展过程及研究现状。首先,讨论了经典线性控制、非线性控制、最优控制、鲁棒控制、自适应控制等控制方法在多馈入直流系统协调控制中的应用。然后,针对多馈入直流系统集中协调控制方法需要反馈大量远方和不可测量信号存在的工程应用问题,阐述了近年来基于分散建模理论与关联测量、分布式闭环反馈、广域测量信号反馈等方法相结合的多直流分散协调控制研究成果。最后,探讨了协调控制应用于多馈入交直流系统所面临的重要问题和未来研究方向。     

基于模态分析与相对增益矩阵的多STATCOM交互影响分析与仿真

STATCOM以快速无功控制稳定电压,但缺乏协调配合会产生交互影响。采用模态分析与相对增益矩阵(relative gain array,RGA)结合的方法进行交互影响分析,借助精确反馈线性化改进内层电流控制。建立多STATCOM系统的状态空间表达式,通过模态分析确定系统出现负阻尼振荡模式的控制器参数;结合状态空间表达式系数矩阵,求解相对增益矩阵,研究输入信号及电气距离与交互影响的关联机理;结果表明STATCOM控制器比例增益设置会引入新的局部振荡模式,引起低频功率振荡;而参考电压与电气耦合程度是负交互影响产生的重要因素。针对传统内环电流控制,利用非线性控制理论对其改进,设计输入状态反馈线性化控制器;借助线性二次型控制理论确定状态反馈矩阵,推导最优控制律,实现受控状态对期望状态的最优逼近;仿真结果表明非线性控制器能有效改善参考信号阶跃引起的功率波动,显著提高系统阻尼。     

混合双馈入直流输电系统控制回路间交互影响定量分析

随着直流工程建设的推进,混合双馈入直流输电系统内部的交互影响受到愈来愈多的关注.为进一步明确混合双馈入直流输电系统内部交互影响的产生机理,利用控制理论中的相对增益矩阵方法对混合双馈入直流输电系统控制回路间的耦合作用进行定量分析.研究受端交流系统强度、联络线长度、直流功率传输水平以及直流系统功率振荡频率等多种因素对控制回路间耦合程度的影响.最后利用电磁暂态仿真模型进行验证,证明了所提方法能够定量分析混合双馈入直流输电系统内部交互影响的产生机理.     

多VSG功频环路间交互影响的定量分析

多虚拟同步发电机(virtual synchronous generator,VSG)并网系统不同控制环路间的交互影响不利于高渗透率新能源电网的安全稳定运行,将给VSG的输出角频率带来负面影响.针对该问题,基于机电比拟原理构建了多VSG并网系统功–频环路的机械导纳模型,推导了多VSG并网系统输出角频率的传递函数矩阵.进...     

基于间隙度量和二次型优化的电站主汽温控制

提出了一种基于反馈线性化、间隙度量和二次型最优控制的非线性系统控制器设计方法。非线性被控对象在不同平衡点线性化后得到若干线性系统模型,通过计算可以得到各个线性系统模型之间的间隙度。依据间隙度理论,合理选择标称系统 P 以及设计其相应的控制器 K,得到反馈系统(P, K),从而使得非线性系统全局稳定,PID 控制器参数采用二次型最优控制准则求得。采用该文所提方法对某超临界600 MW直流锅炉主汽温系统4种典型工况进行仿真控制,结果表明了该方法的有效性,且控制性能优于常规的串级PID系统。