智能励磁控制器（精选7篇）
智能励磁控制器 篇1
0 引言
同步电机运行稳定性和可靠性对工业生产有重要的影响,特别是对于煤矿行业的主扇安全运行有着关键作用,单片机控制系统及模拟控制系统的可靠性已经不能满足现代工业生产的要求。而采用触摸屏和PLC通过智能模块装置对同步电机的励磁系统进行控制,可以实现控制过程的智能化和工艺参数的可视性。同时我们通过控制晶闸管移相整流模块的控制端电压来控制整流模块的输出,使得整个系统硬件电路简单、调试维护方便、系统性能较高。
1 系统硬件设计及组成
1.1 硬件设计
同步电机新型智能励磁控制系统设计如图1。
当同步电机的定子合上电源时,同步电机进入异步运行状态,通过PLC的输出接口控制灭磁继电器使整机处于低通灭磁状态,转子感应交变电压的正负半波都通过灭磁电阻灭磁,且正负半波电流对称,以保证同步电机具有良好的异步驱动特性。在此期间PLC控制器通过D/A模块控制晶闸管移相整流模块的输出为0(无相序无相位)。同步发电机的投全压、投励时刻通过检测电机的滑差确定。当转速上升到同步转速的90%左右投全压;当转速上升到同步转速的95%左右采用“超前顺极性投励”方式,自动准确地选择,在最佳的分离角处投励。同时系统具有后备时间投全压、投励环节(可以通过触摸屏设置)。投励之后,断开灭磁电路(运行高阻),PLC通过D/A模块控制晶闸管移相整流模块的控制端电压,晶闸管移相整流模块的输出直流电压施加于电机励磁绕组两端,同步电机被牵入同步运行,起动完毕。
同步电机正常运行时,系统对励磁电流进行闭环PID调节实现恒励磁电流(恒压、恒功率因数可选),励磁电流不受交流电网波动及励磁绕组热态电阻变化的影响,并且可以通过触摸屏或按键改变励磁电流的大小。通过调节励磁电流的大小可以调节同步电机的功率因数。由于某些因素造成过励、欠励、失步时单片机可以自动检测,经延时后自动给出跳闸信号并显示故障类型(系统同时储存故障原因及参数,储存容量1000条)。单片机自动检测可控硅整流模块温度,并与温度设定值比较自动开风机、停风机、温度报警及温度跳闸(在需要时可设计屏顶引风机控制)。
1.2 系统硬件组成
触摸屏作为上位机,触摸屏显示用户画面,接收用户的操作指令,PLC作为下位机,实现运行过程的各项控制,可控硅整流模块装置作为执行机构,根据要求提供直流励磁电流或电压。
(1)选用的PLC是三菱公司生产的FX2N,加入4AD及2DA模块,PLC根据检测的电压、电流信号以及来自触摸屏的指令及参数给出控制信号控制可控硅整流模块装置输出励磁电流或电压,并将采集到的各类现场数据送到触摸屏上,在相应的画面显示出来。
(2)选用的触摸屏为三菱公司生产的F930(F900系列可选),通过RS232串行口和PLC的通讯口相连。
(3) A/D转换。12位的高精度数据输出;4通道或8通道的电压输入(一10～+10V)或可以进行电流输入(-20～+20mA);每个通道可以指定电压或电流输入;用于励磁装置各模拟信号的转换。
(4) D/A转换模块。12位的高精度模拟输出,输出可直接控制全控桥智能电力模块。
(5) RS-485/RS-232通迅模块。FX2N-485-BD在FX2N单元上可连接1台,除和计算机通讯外,还可以在2台FN2N单元间并列连接(本功能已用于同步电机励磁装置双机热备系统中并已投运)。
(6)可控硅整流装置是采用三相全控整流模块,根据PLC的控制信号控制可控硅整流输出所需要的直流励磁电流或电压。
由于采用高性能元器件,以及DCB陶瓷履铜板、钼履铜板、高热导弹性硅凝胶等材料,加之设计合理、工艺先进,检测手段齐全,因而可靠性很高,热循环次数可达万次。
本模块既可手动控制,也可用仪表或计算机控制,且抗干扰能力强;体积小,重量轻,节材节电效果显著。
励磁系统能否正常运行一个关键的因素取决于可控硅模块是否能正常运行,而本励磁装置的智能模块采用真空热管散热系统使该系统运行可靠,并配有备用风机防止在夏天时温度过高而对本装置的影响。
2 系统软件设计方案
整个控制系统的软件由触摸屏软件设计、PLC软件设计两部分组成。控制流程图如图2。
3 结束语
随着我国工业产品的发展,企业对工业产品的要求越来越高,如因励磁系统问题而使工业生产停产,会给化工冶金等行业带来重大经济损失。特别是煤矿企业中励磁系统的稳定性和空压房(风机房)的每个环节控制都很重要,如果只提高励磁系统的可靠性,而因辅机柜、低压柜或高压柜的某个元器件或接点出现问题而造成整个生产线停产,显然是很不经济的。鉴于市场对工业产品的要求,励磁系统应向着自动化程度高的方向发展,并可针对每个企业的自身特点,进行集中控制,主要有以下几个方面。
(1)把空压房(风机房)励磁系统和辅机柜做成一个多功能调节台的型式。取消励磁柜及辅机柜。
(2)每个电机的励磁控制及辅机控制采用一个控制系统,操作人员直接就可在控制台控制。
(3)用于一个或二个上位机用组态的形式,实现集中控制。
(4)在集中监控励磁及辅机系统的同时再把高低压柜及电机运行状态进行上传到上位机,进行全方位地控制,这样就完全提高了整个机房的可靠性。
(5)采用IGBT的励磁装置。
智能励磁控制器 篇2
混合励磁电机因其具有永磁同步电机与电励磁同步电机的优点, 在变速或负载不稳定的场合具有广泛的应用前景[1,2]。本文提出的并列式混合励磁发电机是可应用在恒压发电场合的一种发电机, 其主要由电励磁磁路和永磁磁路并列组成, 通过调节励磁电流改变气隙磁场的大小, 从而达到在发电机转速或负载波动时输出电压以满足负载电压稳定的要求。一些恒压发电系统往往具有非线性、时变、多参数耦合的特点, 难以建立精确的数学模型;传统PI调节器输出响应速度慢、超调量大、抗干扰能力较差, 其动态与静态性能无法让人满意。
为改善常规PI控制器的性能, 一些智能控制方法得到了广泛关注, 成为研究热点。文献[3]将模糊控制、神经网络与常规PID控制器相结合的智能PID控制器应用在电厂热工控制系统中, 取得了良好的控制效果;文献[4]采用自适应模糊控制方法实现了无刷直流电机转动惯量变化时转速的快速跟踪;文献[5]利用模糊PI控制实现了超声波电机设定速度的自适应跟踪;文献[6]在异步化同步发电机控制系统中采用模糊PID控制器实现了有功功率和无功功率的独立控制, 且具有良好的静态和动态特性。模糊控制能对模型难以建立的非线性系统进行有效控制, 有效地抑制干扰或噪声的影响, 但其控制精度较差, 消除系统稳定误差的能力较弱。
综合PI控制及模糊控制的优点, 本文将模糊PI智能控制应用在并列式混合励磁发电机的励磁调节系统中, 建立了发电机控制系统的仿真模型, 并进行了电机转速变化和负载波动情况下的仿真研究。
1并列式混合励磁发电机结构及工作原理
图1为并列式发电机的结构图[2], 发电机分为定子、转子两部分。定子部分由定子铁芯、定子线圈及励磁线圈等组成, 励磁线圈嵌放在定子铁芯中, 将定子铁芯分为两半;转子部分由永磁体、铁芯极及转子背轭等组成, 永磁体和铁芯极呈交错排列。其工作原理是通过调节励磁线圈中电流的大小和方向来调节电机气隙磁场的强弱, 从而改变发电机感应电动势的大小。
2并列式混合励磁发电机动态数学模型
2.1 数学模型
为便于分析, 假定磁路不饱和, 不计涡流及磁滞损耗, 则磁链方程可表示为:
undefined
。 (1)
其中:Ψa、Ψb、Ψc、Ψf分别为定子相绕组及励磁绕组匝链磁链, Wb;Laa、Lbb、Lcc、Lf分别为定子相绕组及励磁绕组自感, H;Lab、Lba、Lac、Lca、Lbc、Lcb、Laf、Lfa、Lbf、Lfb、Lcf、Lfc分别为定子每两相绕组间互感及相绕组与励磁绕组间互感, H;ia、ib、ic、if分别为定子相绕组及励磁绕组电流, A;Ψpma、Ψpmb、Ψpmc分别为定子相绕组匝链永磁磁链, Wb。
由磁链方程可推导出电压方程为:
undefined。 (2)
其中:U=[uaubucuf]T ,
Ψ=[ΨaΨbΨcΨf]T ,
R=diag[-ra -rb -rcrf] ,
I=[iaibicif]T 。
其中:ua、ub、uc、uf分别为定子相绕组及励磁绕组电压, V;ra、rb、rc、rf分别为定子相绕组及励磁绕组电阻, Ω。
电磁转矩方程可表示为:
undefined。 (3)
其中:p为电机的极对数。
转子机械运动方程可表示为:
undefined。 (4)
其中:J为转动惯量, kg·m2;Tm为机械转矩, N·m;Te为电磁转矩, N·m;F为阻力系数, N·m·s;ωr为机械角速度, rad/s。
2.2 电机控制系统仿真框图
在分析并列式混合励磁发电机数学模型的基础上, 本文利用模块化建模工具MATLAB/Simulink建立了发电机本体模型, 并构建了基于PWM原理的闭环励磁调节系统, 控制系统框图见图2。
闭环控制系统的主要作用为:当电机转速或负载波动时, 输出电压能够自动实时地跟踪给定电压, 达到向负荷提供恒定电压的目的。在闭环控制系统中, 电压控制器采用常规的PI调节器以达到稳压的目的, 但是电压响应速度较慢, 超调量大, 稳态精度低, 本文尝试采用模糊PI智能控制器改善发电机的动态特性和静态特性。
3模糊PI智能控制器设计
3.1 模糊控制的原理
模糊控制器可以在不掌握控制对象精确数学模型情况下, 根据专家经验和控制规则经模糊推理确定控制量的大小, 具有控制灵活和适应性强的优点。
3.1.1 模糊控制系统组成
图3为本文设计的二维模糊控制系统, 其主要包括模糊化、模糊推理、反模糊化等部分。
3.1.2 输入输出变量的模糊化
在模糊控制系统中, 输入变量为电压偏差e与偏差变化率ec, 输出为脉宽调制信号, 定义如下:
e (t) =u (t) -uref 。 (5)
ec (t) =u (t) -u (t-1) 。 (6)
其中:u (t) 为t时刻发电机输出电压;uref为给定电压。图3中Ke和Kec为量化因子, 其作用是分别把电压误差e (t) 和误差变化ec (t) 从实际变化范围变换到对应模糊集合论域;比例因子Ku则把输出量从模糊集合论域变换到实际输出基本论域。
本模糊控制器输入、输出变量的语言变量值均为7个:正大 (PB) 、正中 (PM) 、正小 (PS) 、零 (ZO) 、负小 (NS) 、负中 (NM) 、负大 (NB) , 其隶属函数均采用三角形隶属度函数, 模糊集合的论域均为[-6 6]。
3.1.3 模糊推理
根据电压偏差和偏差的导数得出的模糊控制规则见表1。
设每条规则的模糊关系为Ri, 则整个系统总的模糊关系为:
R=R1∨R2∨…Rn 。 (7)
当输入变量e、ec分别取模糊集E、EC时, 输出变量U可根据模糊推理合成得到:
U= (E×EC) 。R 。 (8)
3.1.4 解模糊化
根据输出U的隶属度函数, 模糊控制器输出控制量由加权平均判决法表示为:
undefined。 (9)
其中:u为清晰化值;ui为自变量的取值;μ (ui) 为对应于ui的隶属度。
以系统电压误差e和误差变化ec为输入变量的模糊控制系统具有常规PD控制器的作用, 由于没有积分环节, 且对输入量的处理是离散而有限的, 即控制曲面是阶梯状而非平滑的, 因此最终存在稳态误差, 也可能在平衡点附近出现小振幅的振荡现象, 静态性能不能令人满意。PI控制在小范围调节效果较为理想, 其积分作用可消除稳态误差, 因此将模糊控制的鲁棒性与PI控制的精确性相结合, 即当误差在设定的阈值之外时, 采用模糊控制, 以获得良好的动态性能;当误差在设定的阈值以内时, 则采用PI控制以获得良好的稳态性能。阈值可以根据控制对象变化做相应调整。
3.2 模糊PI智能控制器设计及控制策略
图4为本文设计的模糊PI智能控制系统, 其主要由模糊控制器、PI控制器、模糊PI智能决策器等部分组成。
其控制策略为:当电压偏差|e|大于设定偏差值eief时, 采用模糊控制, 以提高控制系统的动态性能;当电压偏差|e|小于等于设定偏差值eief时, 采用常规PI控制, 以提高系统的控制精度和稳态性能。本模糊PI智能控制器电压偏差eief设定为5V。
4控制系统仿真
将上面设计的模糊智能PI控制器应用到并列式混合励磁发电机励磁调节系统中。仿真时采用的电机参数为:定子相绕组电阻为0.8Ω, 相绕组自感为0.02H;励磁绕组电阻为30Ω, 电感为1.5H;电机极对数为4;额定转速为400r/min。输出电压由三相不可控整流电路和电容滤波得到。
4.1 负载变化
系统仿真时间为10s, 给定电压为107.5V, 在5s时, 负载电流突然从0.55A增大至1.1A;图5和图6分别给出了常规PI控制和模糊智能PI控制在负载电流变化时发电机输出电压和励磁电流变化的仿真结果。从图5、图6可以看出, 采用常规PI控制的输出电压调整时间为2.8s, 超调量约为20%, 加入负载扰动后需要0.8s才恢复到稳定状态, 而采用模糊PI智能控制方法调整时间只需0.6s, 基本无超调, 负载扰动恢复时间只需0.1s。
4.2 电机转速变化
系统仿真时间为10s, 给定电压为107.5V;在4s时, 发电机转速突然从400r/min降至300r/min;在7s时发电机转速从300r/min上升至500r/min, 图7和图8分别给出了常规PI控制和模糊智能PI控制在转速变化时发电机输出电压和励磁电流变化的仿真结果。从图7和图8可以看出, 采用常规PI控制器时, 输出电压随转速阶跃变化而波动较大, 且需经过一段时间恢复至给定值, 而采用模糊PI智能控制器时, 输出电压波动很小, 恢复时间极短, 具有较好的抗扰动能力。
通过以上两种情况的仿真研究可知, 与传统PI控制器相比, 模糊智能PI控制器不仅具有很强的动态响应性能, 而且抗扰动性能较好, 控制效果比较理想。
5结论
本文综合常规PI控制和模糊控制的优点, 设计了模糊智能PI控制器, 并提出了相应的控制策略, 利用MATLAB/Simulink工具进行了负载和转速扰动情况下的仿真研究。仿真结果表明:模糊智能PI控制具有良好的控制效果, 既可以加快系统输出电压的响应速度, 又具有较好的抗扰动能力和系统稳定性;此控制系统可应用在转速或负载经常波动的恒压发电场合。
参考文献
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智能励磁控制器 篇3
近年来,随着大容量、远距离串联补偿输电工程和高压直流输电工程不断增多,由此面临的次同步谐振/振荡(subsynchronous resonance/oscillation,SSR/SSO)问题受到了越来越多的研究和关注[1,2]。IEEE次同步谐振工作组曾提出一系列抑制措施[3],其中,通过同步发电机励磁系统实现的附加励磁阻尼控制器(supplementary excitation damping controller,SEDC)[4,5,6]得到了较多研究,并由GE公司在美国Navajo电站实施了工程应用[7]。应用结果表明,SEDC是一种抑制SSR/SSO经济且有效的措施。国内也开展了相关研究[8,9,10]和现场试验[11],初步试验结果显示了SEDC的有效性。
类似于电力系统稳定器(PSS),SEDC的控制输出也是通过叠加在励磁调节器原有控制信号上发挥作用[8,9]的。是否能与励磁系统原有功能互不影响,成为其应用的关键问题之一。目前,PSS已在国内外得到广泛采用,有关PSS与欠励限制[12]、强励(转子电流)限制、过无功限制、伏/赫(V/f)限制和调差控制等之间的相互影响和协调也得到了研究。文献[11]研究了在小扰动和大扰动情况下SEDC对励磁系统常规功能的影响,重点研究对强励功能的影响,但尚未能够全面研究SEDC与励磁系统各常规功能之间的相互影响。为此,本文基于实用励磁系统详细模型,采用RTDS搭建具有实际工程背景的研究系统,通过大量的RTDS仿真试验,研究了SEDC与励磁系统的各种限制、PSS、调差控制等的相互影响。
1 系统模型
本文励磁系统模型采用已在现场广泛应用的某励磁系统的详细数学模型,其基本模型如图1所示。
图中:Ut为机端电压;Uts为机端电压测量值;0.004 8为测量时间常数;Uref为电压给定值;UOEL为过无功限制输出;UUEL为欠励限制输出;UPSS为PSS的输出;Uc为调差控制输出;KP,KI,KD分别为比例、积分、微分参数;0.003 3为励磁系统自身时间常数;USEDC为SEDC控制输出;Uf为励磁电压;Ufmax和Ufmin分别为励磁电压上限、下限;Ti为时间常数;Gi为比例放大系数;i=1,2,…,m。
PSS模型采用IEEE 421.5标准中的标准2B模型[13]。
过无功限制器模型见附录A图A1。
欠励限制器模型见附录A图A2,欠励限制器考虑机端电压影响,一般数学表达式为:
式中:a和b为比例系数,均为正值;Qcref为欠励参考值;Pts为机端有功功率测量值。
强励限制模型包括转子电流反时限限制和瞬时强励限制,转子电流反时限限制采用热量累积算法,一般表达式为:
式中:IL为转子电流;ILmax为强励转子电流;ILmin为发电机组长期运行允许的负载转子电流,一般设置为1.1倍额定负载转子电流;t为强励时间。
瞬时强励限制设置2.1倍,2.2倍,2.3倍额定负载转子电流三段限制。调差控制模型考虑有功功率影响;V/f限制设置1.06倍,1.10倍,1.15倍三段限制。限于篇幅,不再一一列出。
2 机理分析
励磁系统模型一般由自动电压闭环调节(AVR)、PSS及各种限制、保护器组成。其中:AVR产生励磁电压的直流分量;PSS产生励磁电压的低频分量(一般是0.2～2.5 Hz),抑制系统可能产生的低频振荡模态;SEDC则产生励磁电压的次同步频率分量(一般是10～40 Hz),抑制系统可能产生的SSR模态。三者的控制输出在频域上是独立的,稳态下应该互不影响。
另一方面,励磁系统本质上是通过励磁电流形成的磁链对发电机进行控制。励磁绕组的电感参数一般较大,在次同步频率上的阻抗远大于直流和低频的阻抗,使得SEDC产生的励磁电流的次同步频率分量远小于AVR和PSS产生的直流和低频分量,不会对励磁系统原有功能造成显著影响。
在系统发生小扰动的情况下,励磁控制输出一般距离顶值尚有较大裕量。同时,小扰动激发的轴系扭振冲击一般较小,SEDC输出也较小,不会受到励磁顶值限制的影响;而在系统发生大扰动后的暂态过程中,励磁控制输出将可能达到顶值限幅并发生剧烈振荡,同时,SEDC由于轴系扭振冲击而有较大输出,可能对励磁系统原有功能造成影响,需要制订合理协调措施并仿真校验。
3 RTDS仿真研究
3.1 仿真系统及参数配置
研究系统采用具有实际工程背景的串联补偿输电系统[14],串补度取45%,其接线图如图2所示。
轴系模型采用RTDS自带的集中4质量块模型描述,即高压缸转子、低压缸转子A、低压缸转子B和发电机转子。经计算,轴系与电气系统存在耦合的3个次同步扭振模态,其频率分别约为15.13 Hz(模态1),26.01 Hz(模态2),30.52 Hz(模态3),其中模态2阻尼最弱。
仿真研究中,轴系的机械阻尼设置为0。SEDC模态滤波器采用4阶Butterworth带通滤波器。滤波器中心频率为受控模态的自然频率,带宽设置为中心频率的14%。SEDC补偿相位参数采用文献[14]所述方法确定,整定参数如表1所示。
励磁系统PID控制器参数KP,KI,KD分别设置为60,20,0,强励反时限限制参数设为2倍/10 s,过无功限制、欠励限制放大倍数均设为10,超前时间常数均设为0,滞后时间常数均设为60,动作参考值设置采用五点拟合,见表2。
3.2 强励限制与SEDC的相互影响
转子电流反时限限制器是指在任何运行工况下,限制磁场电流不超过允许值、防止转子过热的限制器。当励磁电流超过1.1倍额定磁场电流且小于强励顶值电流时,按照等效发热的原则,强励允许持续时间和强励电流值按反时限规律确定。瞬时强励限制指最大励磁电流限制,即在任何运行工况下,瞬时限制磁场电流不超过磁场顶值电流。
该组仿真设置的扰动为机端升压变压器高压侧母线三相接地故障,对地阻抗1 Ω,0.09 s后故障线路切除。
为避免SEDC对励磁强励限制功能的不利影响,本文为SEDC设置了动态限幅措施,即励磁输出的顶值范围减去励磁实时输出得到差值作为SEDC输出的限幅值。这样,在机组需要励磁强励时,SEDC输出被动态减小,从而保证机组电压及时恢复。当然,这会对SEDC的SSO抑制功能有部分影响,但是考虑到励磁强励功能对电网稳定的重要作用,且SEDC功能更多定位在较小扰动下的抑制作用[7],本文认为这样做是比较合理的。
图3为有/无SEDC时的机组轴系扭矩曲线。图中,THP-LPA为高压缸转子与低压缸转子A间的转矩,TLPA-LPB为低压缸转子A与低压缸转子B间的转矩,TLPB-GEN为低压缸转子B与发电机转子间的转矩。可以看出,无SEDC时,系统在扰动后轴系扭矩出现了发散现象,失去稳定;而投入SEDC后,系统变为稳定。
图4是SEDC输出,可以看到在故障的初始阶段,当励磁电压达到顶值时,SEDC的输出被动态置为0,即实现了本文的SEDC动态限幅设计。
图5给出了有/无SEDC时的机端电压。可见,在实施动态限幅策略后,SEDC的投入对故障后机端电压的恢复基本没有影响。
有/无SEDC时的励磁电压见图6(其频谱见附录A图A3)。
经对励磁电压的频谱分析计算得知,投入SEDC后,励磁电压的直流分量只减小了0.2%(由4.362 0减小到4.353 4),因此在采取动态限幅措施后,SEDC的投入不会影响励磁的强励功能。
3.3 欠励限制与SEDC的相互影响
欠励限制器是当发电机进相运行时,为防止励磁电流过度减少而设置的。它通过增加励磁电流,将发电机运行点限制在发电机稳定有功—无功(P-Q)曲线范围内,目的是防止稳定破坏,防止定子端部铁芯过热。
该组仿真设置的扰动为电压给定值3%下阶跃。图7给出了不投入SEDC和投入SEDC时的机组励磁响应结果。由图7可见,SEDC投入时,欠励动作的时刻相比SEDC未投入时稍有提前。这是因为SEDC输出的负的分量比正的分量绝对值稍微大些引起的。除此之外,SEDC的投入几乎不影响欠励限制功能。
图8给出了不投入SEDC和投入SEDC时的机组轴系响应结果。由图8可见,SEDC的投入使得该扰动所激起的微弱次同步振荡幅度逐渐减小。在欠励限制器动作的过程中(见图7(b)),SEDC的功能仍然正常(见图8(b)),也说明了欠励限制不影响SEDC功能。
需要说明的是,现场同样存在由于不断减磁(如误操作或限制器性能验证试验)导致欠励限制器动作的情况,本文同样进行了此工况下的仿真,研究结论同上,限于篇幅,不再一一列举。
3.4 PSS与SEDC的相互影响
PSS是励磁系统的附加功能,它借助于AVR控制励磁功率单元的输出来抑制同步电机的低频功率振荡。3.3节中的仿真结果已可以说明SEDC的投入与不投入对PSS功能基本没有影响(如图7中PSS的输出所示)。实际中,PSS一般在一定的有功功率值(大于发电机正常运行时的最小有功功率,一般设置为30%～40%额定有功功率)时才投入。本文设计的SEDC控制功能在机组并网后投入,解列后退出。因此,本节进行了PSS对SEDC功能的影响的仿真。扰动类型为电压给定值5%上阶跃。SEDC投入时,PSS不投入与投入的机组励磁和轴系响应结果表明:PSS的投入几乎不影响SEDC的功能,扰动所激起的较小SSO幅度均能逐渐减小(从SEDC的输出值变化情况也可以看出)(具体仿真结果见附录A图A4和图A5)。
3.5 调差控制、过无功限制及V/f限制与SEDC的相互影响
励磁系统的调差实际是指电压调差率或无功调差率。国家标准对电压调差率的定义是:发电机在功率因数等于0的情况下,无功电流从0变化到额定定子电流值时,发电机机端电压的变化率。它主要用于改善系统电压稳定性、改善发电厂间的无功分配。在调差控制与SEDC的相互影响仿真研究中,分别仿真了调差系数为-5%(设置的扰动为电压给定值1%上阶跃)和调差系数为5%(设置的扰动为电压给定值2%上、下阶跃)2种情况,发现SEDC的投入几乎不影响调差功能的动作,调差控制器的输出及动态过程均无明显变化。并且SEDC的投入使得该扰动所激起的SSO幅度逐渐减小。同时,在调差控制器动作的过程中,SEDC的功能仍然正常,说明了调差控制不影响SEDC功能。
过无功限制器是当发电机运行在滞相工况时,为防止励磁电流过度增大而设置的。它通过减小励磁电流,将发电机运行点限制在发电机P-Q曲线范围内,目的是防止发电机定子、转子过热。在过无功限制(指过无功功率延时限制,区别于3.2节中的强励限制)与SEDC的相互影响仿真研究中,设置的扰动类型为电压给定值3%上阶跃。发现投入与不投入SEDC时,过无功限制器均在同一时刻动作,过无功限制器输出的动态过程不变,并且SEDC的投入抑制了该扰动所激起的SSO。同时,在过无功限制器动作的过程中,SEDC的功能仍然正常,说明了过无功限制不影响SEDC功能。同样需要说明的是,现场同样存在由于不断增磁(如误操作或限制器性能验证试验)导致过无功限制器动作的情况,本文同样进行了此工况下的仿真,研究结论同上。
V/f限制指当机组频率降低到某一预定值后,根据频率减少而使被调电压按比例减少,其目的是防止同步电机转子过电流或变压器过磁通。在V/f限制与SEDC的相互影响仿真研究中,设置的扰动是电压给定值7%上阶跃,V/f限制动作值设置的是1.06倍额定值(考虑到正常运行时机端电压的上限为额定值的1.05倍)。发现投入与不投入SEDC时,V/f限制器均在同一时刻动作,电压给定值被压低到1.06倍额定值(此时机组频率为额定值)。可见SEDC的投入几乎不影响V/f限制功能的动作,并且使得该扰动所激起的SSO幅度逐渐收敛。同时,在V/f限制器动作的过程中,SEDC的功能仍然正常,说明V/f限制不影响SEDC功能。
4 结论
本文采用RTDS,基于已在现场广泛应用的某励磁系统详细模型,研究了SEDC与励磁系统各限制、PSS、调差控制等的相互影响,通过大量的仿真试验结果可以得到以下结论:
1)通过设置SEDC与励磁强励的协调措施(对SEDC输出的动态限幅),可以使SEDC不影响励磁系统的强励功能。
2)SEDC对励磁系统的欠励限制、PSS、调差控制、过无功限制、V/f限制等功能影响很小,可以忽略不计。
3)除强励限制外,励磁其余常规功能对SEDC基本没有影响。
本文研究得到了上海交通大学电子信息与电气工程学院王西田老师的帮助和指导,特此致谢。
附录见本刊网络版(http://aeps.sgepri.sgcc.com.cn/aeps/ch/index.aspx)。
智能励磁控制器 篇4
在大型电力排灌站普遍选用同步电动机拖动水泵。通过多年数据统计和技术分析,最容易发生损坏和出现故障的是同步电动机及其励磁装置[1,2]。主要表现为:1)主电路整流元件选择储备系数偏小,过载能力低,极易损坏;2)装置投励时间不准,特别是早投对电机损伤极大,迟投电动机不能牵入同步运行;3)装置控制电路不可靠,离散性大,温漂大,触发脉冲过窄,触发功率偏小;抗干扰能力差,灭磁电阻经常烧红,影响其他电气回路正常运行;异步驱动特性差;缺少可靠的失步保护,不能保障电机安全运行等[3]。针对以上问题设计了智能型同步电动机励磁系统,它充分应用现代电力电子技术及微机控制技术,保护功能完善,实现了根据负载变化恒功率因数运行,可满足遥信、遥测、遥控、遥调的计算机集散控制。同步电机配用该励磁系统确保安全可靠、高效合理的运行。
1 系统整体设计
该系统设计两套独立控制的微机调节系统,一主机一从机互为备用。在运行时从机自动跟踪主机的运行数据,当主机发生故障时自动切换到从机,切换过程中平滑无波动,主从机的跟踪切换均通过CAN总线通讯口实现,与采用共用切换板或PLC进行切换和跟踪有本质的区别。励磁调节系统采用转子励磁电流,励磁电压及功率因数负反馈的PID闭环控制调节系统和直接给定晶闸管触发角度的开环控制调节系统。在装置触摸显示屏上(或通过上位PC机),可以设定或修改励磁装置实时运行的励磁数据。4种控制调节方式在运行中无扰动的任意切换。同时,由于励磁控制调节系统已设定恒定运行方式,能很好地保证电动机按己设定的最优工况长期稳定的运行。系统原理框图如图1所示。
2 系统电路设计
2.1 主电路设计
系统主电路采用无续流二极管的新型三相半控桥式整流电路及先进成熟的自冷式双面热管散热,并配有交流侧浪涌吸收,晶闸管换向过压吸收及均压电路等保护。通过合理选配灭磁电阻RF,分级整定KQ的开通电压,当电机在异步驱动时,KQ在较低的电压下便开通,电机具有良好的异步驱动特性(+if与-if基本对称),消除了以往励磁装置在电机异步暂态过程中存在的脉振,满足带载启动及再整步要求,而当电机同步运行时,KQ仅在过电压下才开通,既起到保护元件作用,又使电机在正常同步运行时,KQ不易误导通。如图2所示。
在选用主电路元件时通态平均电流及反向耐压留有足够的容量裕度,正向压降小于2V[4]; 同时采用静态双面热管散热,降低了晶闸管及二极管的自身温度。
2.2 启动控制电路设计
同步电动机的异步启动电路包括启动电阻RF,启动二极管ZQ,启动晶闸管KQ及其启动控制继电器KQJ等。在电机启动过程中,通过合理选配启动电阻RF,分级整定KQ的开通电压。使电动机及装置安全可靠运行。如图3所示。
2.3 控制回路设计
采用智能型同步电动机综合控制器和西门子可编程序控制器PLC为控制核心,可任意设定恒功率因数、恒电流、恒电压或恒触发角度4种运行方式,实现无扰动切换。系统采用双励磁调节器通道,实现通道间无扰动自动切换。励磁调节器采用交流220V电源、直流220V电源双回路供电,可实现自动无扰动切换。控制器主芯片采用16位微处理器,功能选择及参数设定采用菜单操作。可通过控制器内部的RS485标准接口或网络接口与上位PC机实现联网通讯,并遵守通讯规约,上位机可实时显示,记录现场的运行参数;也可通过输入密码在线设定、修改控制器的实时运行参数,改变其运行方式。能满足遥信、遥测、遥控、遥调的计算机集散控制功能要求[4]。
在开环、闭环状态下,控制方式如下。
1)角度方式开环运行如图4所示。
移相控制是通过改变移相角α,可以实现触发脉冲所需范围的控制。移相角α大小由微机控制。触发脉冲输出根据移相角α的换算(即触发数字表)确定。当满足投励条件后,微处理器发出触发脉冲指令,经光耦隔离、功放,由脉冲变压器发出一宽脉冲,触发晶闸管。改变α定时器的定时时间常数,来改变晶闸管触发导通角α,达到控制主桥输出电压的目的。
2)励磁电压、电流闭环运行如图5、图6所示。
输出励磁电压和励磁电流的调节范围为电动机额定电压和额定电流的20%~160%,在调整范围内调整励磁参数,电动机不会失步,系统不会失控[5]。
3)功率因数闭环运行如图7所示。
当电网电压波动时,励磁装置能保持恒定励磁或恒功率因数运行,并具有三相自动平衡功能。
一旦由于外部原因造成丢波、失控(如断线、缺相等),装置会自动报警及汉字指示。
2.4 其他部分设计
触发脉冲环节由同步电路、移相电路、输出电路及高分辨率的数字触发器构成,同步电路各采用三相同步信号绝对触发方式,经电压比较器过零比较,变成方波,分别通过光耦隔离,输入微机系统。灭磁、失步后带载整步设计,正常运行的同步电动机,经装置检测,判断确定己失步后,立即动作于灭磁-异步启动-带载再整步。投励环节采用“准角强励整步”原则设计[6]。在满足整步的条件下(电机进入临界滑差),励磁微机调节器自动选择最佳投励角投励。
3 系统主要功能
与传统励磁装置相比,本系统具有独特功能。
3.1 录波功能
系统在电机启动和励磁故障过程中可以对转子电压、电流或定子电压、电流进行自动录波,录波的采样率可以设定,可分为32点/周波、80点/周波和160点/周波;录波时间不少于60s,波形存储到内部存储器,可以在LCD中随时显示和通过串口通讯将波形数据传送到上位机;电机运行中能通过菜单进行在线录波,现场通过液晶屏显示定子电流、定子电压、励磁电流和励磁电压等波形。
3.2 通讯功能
系统配置通讯接口:RS485接口,实现调试及上位机通讯; RS232接口,对控制器进行调试及上位机通讯;CAN总线通讯口,实现双机通讯及上位机通讯;各接口通讯,能实现双机或多机热备份。
3.3 故障自动检测记忆及查询功能
系统运行中进行各种故障检测,包括:缺相、失控、失步、PT断线、定子欠压;对所有故障给予声光报警,恢复后报警自动消除,并且记录到内部存储区域,供日后参考和查询。
3.4 其他功能
系统还具有实时时钟系统与后台上位机同步,并可以自动定期刷新校时。具有判别缺相及确定哪一相的无相序接入功能。具有完善可靠的带励失步、失励失步保护系统。能与防冲击保护配合,动作于灭磁再整步或跳闸停机。
4 大型泵站典型应用
该励磁系统已在广东、江苏等省近几年新建的大型排涝泵站中得到广泛应用。
1)桂畔海泵站,4台TX630-34/25型同步电动机配装该励磁系统。
较好地解决了启动励磁牵入同步困难、开机不成功或投励失败等主要问题。
图8中曲线1是启动绕组(鼠笼条)的异步驱动特性;曲线2是励磁绕组的异步驱动特性;曲线1和曲线2合成为曲线3。显然,在曲线3上存在凹坑,当电机在带载(如球磨机) 启动时,电机转速难以越过凹坑区。加入R改变了电机异步驱动特性。R的阻值大小应合理选配,若选择太小(见曲线4),仍然存在凹坑;若选择太大(见曲线5),电机的稳态转速低,很有可能造成电机转速不能进入临界滑差(即亚同步)。曲线6是合理选配R的异步驱动特性曲线。图9是在起励过程中的定子端电压。可见,增大起励电压时,起励时间缩短。图10是励磁电流If,电压Uf以及轴阻尼绕组电流Iid的动态过程。起励的整个动态过程具有较好的快速性和稳定性,且Iid对起励的影响并不明显。
2)联安泵站,5台TW400-24/1730型同步电动机配装该励磁系统。
主要解决了按恒电流方式、恒功率因数、恒电压、恒角度无故障运行,牵入同步,启动平稳,在泵站中控室实现遥信、遥控、遥测、遥调,节约能源等问题。
以250kW水泵为例,采用该系统后节能效果明显。表1为励磁装置测试比较。
5 结论
该励磁系统应用几年来,同步电动机在启动过程中未出现故障,确保泵站设备正常运行;较好地改善了同步电动机性能,延长了使用寿命,大大提高了排涝泵站现代化管理水平;同时节电效果明显,取得较好的经济效益。因此该系统在排涝泵站领域具有较好的推广、应用价值。
参考文献
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智能励磁控制器 篇5
1DSP励磁控制器整体结构
同步发电机励磁系统是一种闭环控制系统,它的控制部分工作由励磁控制器完成,主要作用是根据发电机电压、无功功率或其他参数的变化,对可控硅整流功率单元施加控制作用,以调节发电机的励磁电流。本 DSP微机励磁控制系统总体框图如图1所示。调节器采用TI公司的TMS320lf240xa做为主处理器。
励磁控制器首先利用捕捉中断测得机组频率,利用频率计算出采样周期,然后对发电机的机端电压、定子电流、电网电压、励磁变二次电流等模拟量进行高速交流采样,采用快速傅立叶变换算法,计算出机端电压、定子电流、有功功率、无功功率、功率因数,同时直流采样励磁电流、励磁电压,这些状态反馈信号数据供调节装置进行计算和分析使用;利用DSP的比较单元产生移相触发脉冲,此脉冲经过功率放大后去触发可控硅组件,通过控制发电机转子励磁电流达到控制和调节发电机电压或无功功率的目的。同时,励磁控制器还将根据现场输入的操作和状态信号进行逻辑判断,实现各种运行方式所需的励磁调节和限制、保护、检测、故障判断功能。
2系统硬件设计励磁
控制器硬件是整个励磁系统的关键,主要包括:模拟输入单元、同步测频单元、数字量输出单元和移相触发单元。
2.1模拟输入通道
模拟输入通道主要是交流采样,这个过程是将被测电流、电压信号送入互感器,通过信号调理电路调节到A/D转换器的转换范围之内,经过计算得到被测量的值。因为DSP控制器的A/D转换单元只能转换0V到3.3V的单极性信号,因此要采用内部模数转换器必须将互感器出来的双极性交流信号(-5V到+5V)调节到0V至3.3V之间。电路如图2所示。图2中第一级为反相器,其放大倍数通过可调电位器进行调节;第二级电路为对第一级的信号和-2.5V电压基准进行反相求和,并通过可调电位器将输出信号调解到0～3.3V。
2.2同步和测频单元
频率测量采取测量交流信号周期的方法,其主要目的是确定交流采样的周期,以确保移相脉冲在频率发生变化时的准确性。频率测量信号和同步信号取自同一方波,具体电路如图3所示。相电压经过LM311(正反馈接法)所构成的过零比较器,形成方波信号,然后经过光电隔离器后送入DSP控制器的捕获单元。在方波的每一个上升沿DSP控制器产生一次捕获中断,两次中断的时间差就是交流信号的周期。同时每一个上升沿也是一个同步信号。
2.3数字量处理单元
利用DSP处理器的SPI接口可实现数字量的输出,74LS595实现串并联转换并驱动输出。图4为数字量输出电路图。控制器局域网采用CAN现场总线。TMS320lf2000集成有CAN控制器,所以在设计中只需要增加一个总线驱动器PCA82C250即可[3],从而简化了电路。
3移相触发
在DSP微机励磁控制器中,DSP处理器计算出的导通角α是一个数字量,要把它转换为可控硅的触发脉冲,就需要触发脉冲处理。移相触发形成包括同步、数字移相和脉冲形成三个部分。而脉冲变压器只能通过窄脉冲,因此宽脉冲先通过微分电路将脉冲的上升沿变化为0.2～0.4ms宽的窄脉冲,然后通过二极管与门电路形成双窄脉冲[4]。这样可防止错误的宽脉冲或高电平通过脉冲变压器,从而保护了脉冲变压器,也保护了功率单元。移相触发脉冲经过光电隔离器后,再经过MC1413提高驱动能力,然后驱动三极管。
4系统软件设计
励磁控制器的软件是整个励磁控制器的核心,关系到励磁控制系统的性能和其功能的实现。励磁控制器的软件包括主程序和中断服务处理程序,其流程如图5和图6所示。控制器通过软件完成开停机、恒机端电压调节、恒无功调节、总线通讯、故障诊断等功能。
5结束语
本励磁调节器的软硬件在实验室通过了调试和验证,从调试结果来看,这次设计采用了交流采样,省去了电压、电流和功率变送器;采用高速的片内A/D转换器件,避免了由于采样及转换速率太低所导致的同相电压与电流之间的相角差,从而使计算出来的有功功率、无功功率及功率因数等参数更接近于真实值。整个控制器的结构简单紧凑,硬件集成度高,软件灵活,抗干扰能力强,能够完成励磁系统所要求的功能,在一定程度上提高了励磁系统的性价比。
参考文献
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同步发电机微机励磁控制分析 篇6
1 同步发电机微机恒功率因数、恒无功励磁控制工作原理分析
以单机无穷大为系统在同步发电机微机励磁设定为快速晶闸管励磁工作模式的前提下, 达成微机励磁控制目标的方程关系基本如下式 (1) ～式 (2) 所示:
(1) 发电机设备转子运行角角度数值=角速度数值-稳态角速度数值;
(2) 角速度数值=稳态角速度数值/机械转子惯量数值·[发电机设备机械功率数值-阻尼系数/稳态角速度数值 (角速度数值-稳态角速度数值) -发电机设备电磁有功功率数值]。
通过分析上述方程关系, 相对于暂态电势数值而言, 其受到了包括发电机设备同步电抗数值、瞬变电抗数值、微机励磁控制电压输出数值、发电机设备在定子开路状态下励磁绕组时间常数数值等多项因数的共同作用与影响, 在单机无穷大系统中共同实现对同步发电机整体的微机励磁控制。
2 同步发电机微机励磁控制方式分析
恒功率因数控制可以说是当前技术条件下, 最简单有效的能量最优控制方式。在将其作用于同步发电机微机励磁控制的过程当中, 以同步发电机设备在输电状态下所表现出的功率因素偏差情况来实现对电容量投切大小的评估与决定, 最为突出的一点特点在于:励磁控制状态下的补偿量与有功功率指标呈现出正比例相关关系, 使得励磁控制中的最大补偿量有着明确的限制。然而相对于恒无功励磁控制而言, 其实现对同步发电机励磁控制的关键在于:针对测量点位置所表现出的电压偏离值大小进行评估, 按照此种方式来确定与之相对应的补偿电容量数值大小。从这一角度上来说, 在恒无功补偿方式作用之下, 电容量指标与同步发电机输电状态下的有功功率指标并不呈现出正比例相关关系。这使得, 在应用恒无功控制方式的作用之下, 在电能较大的情况下, 电压高补偿量反而会得到一定程度上的降低, 从而达到微机励磁控制的重要目的。
3 微机励磁控制在同步发电机中的重要意义分析
首先, 同步发电机微机励磁控制系统可实现对电压水平的合理控制。过高或者过低的电压数值都会对整个同步发电机的正常运行产生不利的影响。一方面, 在实际电压水平低于额定电压水平的情况下, 可能引发定子绕组的温度升高, 不利于发电机运行的可靠性与安全性;另一方面, 在实际电压水平高于额定电压水平的情况下, 可能导致转子绕组以及定子铁芯呈现出瞬时性的温度升高问题, 由此势必会对定子绕组的绝缘性能产生不利影响。而通过引入微机励磁控制系统的方式, 可借助于改变电流的方式, 达到改变发电机设备感应电势数值的目的, 进而合理调整同步发电机所输出的无功电流数值, 将相应的电压数值维持在既定的安全范围之内;
其次, 同步发电机微机励磁控制系统可实现对无功功率分配的合理控制。在同步发电机微机励磁控制系统的运行过程当中, 配备有形成发电机外特性的运行环节, 即调差环节。通过对调差环节的合理应用, 能够实现对发电机设备外部性能的有效改善, 从而确保在并联或者是在串联状态下, 同步发电机组外特性的一致性, 确保发电机组相互间无功负荷分配的合理性与稳定性;
最后, 同步发电机可通过强行励磁的方式, 达到改善整个电力系统运行条件的重要目的。一方面, 电力系统终端用户对于异步电动机的使用需求是极大的, 一旦出现故障, 在重新自启动状态下需要吸收电网系统中大量的无功功率, 由此可能导致电网运行安全性受到影响。为此, 通过引入微机励磁控制系统, 并适当调整励磁电流的方式, 可提高发电机所输出无功功率, 补偿缺少功率, 在满足电动机自启动条件的基础之上, 确保电网系统运行的安全性与稳定性;另一方面, 对于同步发电机而言, 在低负荷运行状态下, 其工作电流参数较小。在此状态下, 一旦出现短路事故, 则势必会导致继电器保护装置无法正常执行跳闸动作而引发事故。然而, 通过对微机励磁控制系统的引入, 在发生短路故障情况下, 该控制系统能够针对同步发电机所输出的电流大小进行合理调整, 保障继电保护装置能在短路故障下正常跳闸, 提高继电保护工作的可靠性与准确性。
4 结论
通过本文以上分析应认识到:同步发电机微机励磁控制系统的运行质量在很大程度上直接关系到整个电力系统运行的稳定性与可靠性。保障励磁控制的有效性也正是保障电力系统运行稳定性的关键所在, 值得引起广泛关注与重视。总之, 本文针对有关同步发电机微机励磁控制所涉及到的相关问题做出了简要分析与说明, 希望能通过本文相关研究工作的开展, 为同步发电机微机励磁控制的有效性与稳定性提供良好的支持与保障。
摘要：众所周知, 同步发电机微机励磁控制系统的运行质量很大程度上关系到整个电力系统运行的稳定性与可靠性。具体到励磁系统运行而言, 其最主要的工作任务在于:确保发电机以及其他各个控制点所对应的电压数值能够始终处于稳定且可控状态下, 保障电力系统运行的稳定性与安全性。本文依据该情况, 以同步发电机微机励磁控制为研究对象, 首先针对同步发电机微机恒功率因数及恒无功励磁控制方式的基本规律作简要分析, 进而详细研究了当前技术条件下, 微机励磁控制具体实施方式, 并据此论证了其在保障同步发电机稳定可靠运行中所发挥的重要作用与意义。
关键词：同步发电机,微机励磁控制,恒功率因数,恒无功
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智能励磁控制器 篇7
电力系统稳定器(PSS)被广泛用于改善电力系统的稳定性,常规PSS的设计依赖于线性数学模型,其参数是基于某一工作点设计的[1]。当出现负载变化和不可预测的干扰时,PSS性能就将下降并且不具备在线调整自身参数的能力。尽管可以为常规PSS确定一般参数,但所需的几个强制约束条件使常规PSS的设计困难重重[2]。
近年来,人工神经网络的出现使模糊逻辑控制器和神经模型的集成化应用成为可能[3]。神经网络模仿生物的机理,避免了在自适应控制系统的设计中需要知道精确数学模型的麻烦[4]。本文提出了2个神经网络与2个基本类PI模糊控制器的复合方案。研究表明,将本方案应用于比温度过程具有更快动态特性的同步发电机是非常有效的。
1 控制器设计
1.1 同步发电机模型
发电机模型可用一个5阶非线性微分方程来描述,以进行仿真研究和训练神经网络。
该系统用X=AX+BU来描述。
式中:为d轴电压的二阶导数;ΔD为阻尼电路磁通链;为q轴电压一阶导数;ω为转子速度;δ为转子角为状态变量。
式中:Tm为来自于控制器的机械输入;Efd是加到励磁电路的控制信号。
q轴和d轴电流、电压定义为
并且
1.2 PI型模糊控制器
系统采用了2个PI型模糊控制器。一个用来控制频率,另一个用来控制机端电压。PI型控制器的数学表达式为
并且包含如下规则:如果e为(负大)并且Δe为(负小),则Δu为(负大)。
最终的控制输出为
在2个模糊控制器中,误差和误差变化量的隶属函数分为5档,对Δu也是如此(见图1)。
1.3 神经网络
当仅考虑频率作为输出量时,必须对一个神经网络进行训练以弥补发电机的超前动力特性。该神经网络的作用是为第2个神经网络的输出提供合适的误差信号,以改善模糊控制器的性能。在隐含层和输出层之间的神经网络模糊补偿器的误差信号为
从竞争器的隐含层和输出层之间的误差信号可以得到补偿器输入层和隐含层之间的误差信号,即:
本文中,在线调整发电机竞争器的权重,这一工作由实际频率输出和超前网络输出之间的误差方程的后向传播来实现。
1.4 控制系统结构
图2表示含有2个多层神经网络模型的模糊神经网络,神经网络生物竞争器由9个隐含节点组成,该隐含节点具有S型函数输出而不是线性输入和输出。神经网络模糊补偿器的结构类似。
2 仿真结果
仿真程序采用4阶Runge-Kutta算法,采样和控制时间为40 ms。仿真过程中使用了下列模糊参数:频率模糊控制器GE=100,GD=46.32,控制动作较为缓慢,GU=0.145;机端电压模糊控制器GE=55,GD=29,GU=0.132。实验发电机的参数示于表1。首先进行系统不控制情况下的仿真实验;然后进行采用2个PI型模糊控制器的实验;最后,完全采用模糊神经控制器进行实验。
在各种仿真过程中,初始负载为1(标么值),即发电机发出3 kW的微小功率。为了测试所提出控制器的鲁棒性,突然将发电机的输出功率在1.3 s内由3 kW减小到6 W,图3表示了系统不加控制时频率和机端电压的响应。控制系统的性能示于图4。图4a清楚地示出了在PI型模糊控制器的输出中,神经网络是如何补偿标定因子GU的错误选择的。在图4b中,机端电压的改善等同于一系列的关于频率的模糊神经控制。
3 结论
本文提出了一个同步发电机的模糊神经控制器设计方案,采用此方案,降低了模糊控制器比例因子的调整难度,当在稳态情况下选用了错误的规则时,神经网络补偿器将输出一个与控制变量的偏差及其变化率成比例的控制信号,改善系统的性能。仿真结果表明,该系统在负载剧烈变化情况下具有良好的鲁棒性。
摘要：同步发电机输出电压和频率的稳定程度影响供电质量,提出一种用来稳定同步发电机输出电压和频率的模糊—神经控制器。该控制器由2个PI型模糊控制器和2个神经网络构成。采用此方案,降低了模糊控制器比例因子的调整难度。仿真结果表明,该系统在负载剧烈变化情况下具有良好的鲁棒性。
关键词：模糊神经控制,比例因子,励磁系统,同步发电机
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