同步发电机再同步的模糊控制器研究

电力18讯：    摘  要：在电力系统中，当同步发电机由于失磁、过负荷及遭受小干扰或大干扰时可能会使系统稳定性遭到破坏并造成失步而切机，从而使系统有较大的功率缺额和经济损失。为此,寻求一种较好的再同步控制措施具有很大的实际价值。该文基于多机电力系统再同步附加断续控制原理，提出了用模糊控制器来实现这种控制策略。通过数字仿真验证了其优越性和有效性。
    关键词：失步；再同步附加断续控制；模糊控制器

1  引言
    保持电力系统发电机的同步运行是电力系统正常运行的必要条件。因此，电力系统的静态和暂态稳定性的概念也都是以电力系统中任一发电机是否失去同步运行为依据。在电力系统中，一旦发电机进入异步运行，就应立刻将其切去，以保持电力系统其他部分的正常运行。但是，由于电力系统容量的日益扩大使系统具有较大的无功功率备用，特别是广泛采用了快速励磁调节系统和其他自动装置之后，为发电机的短时非同步运行和迅速恢复再同步提供了客观的可能性。实践证明，在很多情况下短时异步运行是允许的，而且不会导致电力系统运行的严重后果。但是，异步运行只能看作是一种暂时的不正常运行或进入正常运行方式前的过渡过程，希望经过一定时间以后，通过人工的干预或自动装置的作用牵入同步，恢复或进入正常运行。这样就要求确定从异步运行进入同步的可能性及其条件，并研究保证进入同步的具体措施[1,2,6]。
    在发电机失步后异步运行期间，应对发电机采取恰当的控制，使之在引起较小的振荡和较小的转差情况下把发电机快速地拉入同步。过去采用的控制方式有： ① 整定调速器调差系数，减少原动机出力； ② 在失步后将励磁回路短接，待进入稳态异步运行后再选择适当时刻重投励磁，使之拉入同步； ③ 时间最优控制； ④ 非线性参数优化； ⑤ 分段线性最优控制等等。文献[3]提出了再同步附加断续控制策略，这是按照过程的不同阶段采用的不同控制措施，具有较好的鲁棒性和自适应性。并且，控制规律简单、容易实现和便于工程应用。通过数字仿真研究和用微机构成的在线控制器进行动态模拟实验，证明了其原理的可行性和实用性。
    本文在再同步断续控制原理的基础上，进一步提出了基于再同步断续控制的模糊控制器控制方式，它可以实现实时在线控制。在单机-无穷大系统和多机系统中对其进行的数字仿真结果证明，此控制措施具有较好的控制效果，控制方式简单,并且具有自适应特点。
2  再同步附加断续控制原理简述
    再同步附加断续控制策略具体原理分析见文献[3~5]，其控制规律简述如下：
   （1）再同步励磁控制   ① 当检测到失步后，使励磁电压达正顶值，以便增大电功率，使之尽快拉入再同步； ② 当检测到滑差过零后，使励磁电压达负顶值，以减小电功率，防止滑过同步； ③ 当发电机再次加速，施加正比于加速度的励磁控制信号时，增加阻尼力矩，以防止再同步失败； ④ 当发电机再次减速时，切除附加断续励磁控制，仅由常规AVR工作。
   （2）再同步快关汽门控制   ① 当检测到失步后，迅速关闭汽门，以减少机械功率，使之尽快拉入同步； ② 当检测到滑差过零时，较快地开启汽门，增加机械功率，以防止滑过同步； ③ 当发电机再次加速，将正比于加速度的控制信号作用于调速器输入端，增加阻尼力矩，以防止再同步失败； ④ 当发电机再次减速时，退出附加控制，仅由调速器工作。
3  模糊控制器的原理
    实现模糊控制器的模糊结构共有3个部分，包括2个输入量、模糊控制器和1个输出量。实现再同步附加断续控制原理的模糊控制器结构应由4个模糊系统组成，每个系统完成此原理的一个阶段。其中第一个模糊控制器结构如图1。其它的3个类似，在这里就不一一绘出了。
    图1中，输入量是转差S和转差的导数dS，输出量是第一个控制操作oper1。从发电机得到的转差S的语言变量值有5个：正大（PB）、正中（PM）、零（Z）、负中（NM）、负小（NB），论域为[-0.01,0.01]。转差的导数dS的语言变量值有3个：正大（PB）、零（Z）、负小（NB），论域为[-0.1,0.1]。输出量为模糊控制器得到的控制措施，即进行的操作。它有3个语言变量值：正大（PB）、 零（Z）、 负小（NB），论域为[-1，1]。其隶属函数如图1所示。其他3个模糊控制器依次类推可得。 模糊控制器由模糊化接口、模糊控制规则、模糊推理、去模糊化接口4个部分组成。模糊化接口是根据精确输入模拟量及对应的隶属函数，来确定与其相关的语言变量值的隶属度。模糊控制规则采用的格式为：若A且B则C， 即如果满足条件A和B，则执行控制C。


    模糊推理采用Mamdani方法,去模糊化采用中位数法，其推理过程如图2所<