励磁控制理论简介-余翔.ppt

励磁控制理论简介 宜昌能达通用电气有限责任公司 余翔 目的 介绍各种在励磁控制中得到应用的理论 部分控制理论的实现 通过实验或现场波形对比PID控制 现有的励磁控制理论 PID PID+PSS 线性最优控制 自适应最优控制 非线性控制 自动控制中的几个问题 运行状态改变后控制输出会稳定在哪一点 偏差是怎么得到的 可以预测偏差的变化做到“超前”控制吗 PID控制 比例参数的作用和影响 对稳态特性的影响 加大比例控制KP，在系统稳定的情况下，可以减小稳态误差，提高控制精度，但加大KP只减小误差，却不能完全消除稳态误差； 对动态特性的影响 比例控制KP加大，会使系统的动作灵敏、响应速度快；KP偏大，振荡次数变多，调节时间加长，当KP太大时，系统会趋于不稳定。若KP太小，又会使系统的响应缓慢。 积分参数的作用和影响 对稳态特性的影响 积分控制能消除系统的稳态误差，提高控制系统的控制精度。但若TI太大，积分作用太弱，将不能减小稳态误差； 对动态特性的影响 积分时间常数TI偏小，积分作用强，振荡次数较多，TI太大，对系统性能的影响减小。当时间常数TI合适时，过渡性能比较理想。 微分参数的作用和影响 微分控制的作用跟偏差信号的变化趋势有关，通过微分控制能够预测偏差，产生超前的校正作用，可以较好地改善动态特性，如超调量减少，调节时间缩短，允许加大比例控制，使稳态误差减小，提高控制精度等。但当TD偏大时，超调量较大，调节时间较长。当TD偏小时，同样超调量和调节时间也都较大。只有TD取得合适，才能得到比较满意的效果。 空载阶跃时的电压变化 空载阶跃时的ΔV和ΔV’ 空载阶跃时控制角及其积分 PID控制的实现 控制规律 传递函数 PID控制的数字实现 PID控制输出的累加形式 控制偏差的增量形式 PID在励磁中的实现 比例 ΔV=V-Ref ΔEf=ΔV×KP 积分 Efavg＝ Efavg ＋ΔEf×KI 微分 ΔEf＝ΔEf＋（ΔV(k)-ΔV(k-1)）×KD 有功功率的处理（用于PSS） 比例 ΔP＝P－Pavg 积分 Pavg＝Pavg＋ΔP×KI 稳态误差的由来及其消除方法 稳态误差的由来——截断误差 Δα＝ΔV×KP αavg= αavg+ Δα×KI α＝αavg+ Δα 当Δα×KI＝ ΔV×KP ×KI截断误差， αavg 、α都不再发生变化 稳态误差的消除方法 αavg= αavg+ Δα×KI1+ ΔV×KI2 电力系统稳定器(PSS)原理 根据发电机固有频率进行补偿，使之频谱特性与期望值一致。 国家电网公司企业标准中电力系统稳定器整定试验导则要求，需要通过相位补偿，使0.2~2Hz范围内PSS输出的力矩向量对应轴在超前+10°~-45°。 PSS补偿特性图 PSS补偿特性图 单输入PSS KPSS=3，T1=0.09s，T2=0.031s，T3=0.3s T4=0.99s，Tw=2.3s 惯性环节 的离散化 有x+Ts·x=u, 即dx/dt=(u-x)/T 令控制周期为h, ε =h/2, 离散化得到 化简得到 隔直环节和超前滞后环节 隔直环节 超前滞后环节 单输入PSS的特点 优点 原理清晰 实现简单 抑制低频振荡效果较好 缺点 抑制振荡频率范围窄 有功功率的反调 多机系统中的配合 PSS2A -4%阶跃(动模试验) P=0.57，t=1s时给定值由1.08突变为1.04 三相接地实验（动模试验） V=1.05, P=0.45, t=1s时发生三相接地故障，0.2s后故障消失。 线性最优励磁控制 一种多变量PID 理论：△Ef=KV× △V＋Kδ× △ δ＋Kω× △ω 实际：△Ef=KV× △V＋KP× △ P＋KF× △F 将来： △Ef=KV× △V＋KP× △ P＋ Kω× △ω 1%阶跃 4％PSS试验（PID） 4％PSS试验（线性最优） 自适应控制 变增益自适应 模型参考自适应 自校正控制 变增益自适应 预置几组控制参数，运行时根据一个或多个辅助变量的大小选取最合适的一组。 具有一定的适应能力，实际仍然是改进的定点控制方式。 设计简单，容易实现。 模型参考自适应 由两个环路组成：内环是调节器和被控对象，外环为参考模型和自适应机构。参考模型经过精心设计，性能优良。这样通过自适应机构使被控对象与参考模型之间的广义误差最小化，从而达到被控对象性能最优。 能够很快跟踪被控对象的变化。 要求零极点对消，很难保证闭环稳定。 参考模型难以设计。 模型参考自适应（续） 自校正控制 通常由辨识器、控制器参数设计部分和控制器本体三部分组成。这种算法对同步发电机控制过程进行实时辨识，并将