[發明專利]非線性隱極水輪發電機水門與勵磁聯合調節方法和系統

有效

• 申請號: 202010035780.9
• 申請日: 2020-01-14
• 公開（公告）號: CN111237116B
• 公開（公告）日: 2021-04-09
• 發明（設計）人: 王萬成;邱松;徐佼
• 申請（專利權）人: 河海大學
• 主分類號: F03B13/00
• 分類號: F03B13/00;F03B11/00;F03B15/00
• 代理公司: 南京縱橫知識產權代理有限公司 32224
• 代理人: 朱遠楓

本發明公開了一種非線性隱極水輪發電機水門與勵磁聯合調節方法和系統，方法包括：建立隱極水輪發電機的水門與勵磁聯合調節系統的非線性數學模型；選取合適的坐標變換，將所述非線性數學模型進行精確狀態反饋線性化，得到線性化后的標準型系統，并將零動態歸入選定的線性子系統進行調節；根據非最小相位子系統系統控制器的一般形式建立非最小相位子系統狀態方程；利用控制器作為控制核心實現水輪發電機組水門與勵磁聯合控制。本發明能很好的克服在生產過程中因非線性非最小相位特性所產生的不利影響，且能保證在系統較大的運行范圍內都有良好的控制效果。

技術領域

本發明屬于非線性控制技術領域，涉及非線性隱極水輪發電機水門與勵磁聯合調節方法和系統，具體涉及一種非線性非最小相位隱極水輪發電機水門與勵磁聯合調節系統設計方法。

背景技術

水輪機組作為一種典型的非最小相位系統，其傳統控制方法為在小波動情況下采用系統的線性化模型，然后采用PID控制方法對機組轉速進行控制，但是這一方法將發電機簡化為一個一階模型不考慮勵磁輸入，只是通過水門控制機組轉速，存在很大局限性：當系統非線性特性十分明顯時(轉速出現大擾動)，這種方法將不再適用。

非小相位系統的穩定控制方法一直是人們研究的重點，由此產生了各種不同的控制方法和策略，近似線性化方法和微分幾何方法是其中最常用的兩種方法。

近似線性化的基本思想是在狀態空間的平衡點處用全微分來代替系統的增量，從而將系統近似轉換為線性系統，從而進行控制。然而實際系統非常復雜，當系統出現較大擾動偏離平衡點時，線性系統就很難表征此時實際的系統特性，那么這時的控制器的調節效果就很難達到實際性能要求，因此客觀上就需要在明確考慮實際系統的非線性特征的基礎上設計非線性控制器。

近三十年來，人們將微分幾何理論應用于非線性系統的控制，這一方法通過一個合適的坐標變換與一個恰當的狀態反饋將原非線性系統進行精確反饋線性化得到線性標準型，從而對其中的線性子系統設計控制器，與近似線性化方法相比，其優點在于系統并不局限于平衡點而能夠在狀態空間的一個足夠大的域甚至整個狀態空間中精確的轉化為線性系統。該方法在對非線性系統進行線性化的過程中，通過微分同胚變換可將原非線性系統變換為兩部分：線性子系統描述的外部動態和非線性子系統描述的內部動態(即零動態)。對于非最小相位系統(即零動態不穩定的系統)，僅對線性子系統所設計的能使外部動態滿足某種性能要求的控制器卻難以保證系統內部零動態的穩定，因此非最小相位特性使基于微分幾何的精確反饋線性化方法遇到了極大挑戰。

為了真正實現水輪機組高性能控制，就必須要解決非線性、非最小相位特性對系統運行時所造成的不良影響，尋求一種有效的控制方法。

發明內容

本發明的目的在于針對當系統非線性特性十分明顯時現有控制方法的調節效果很難達到實際性能要求的不足，提供一種非線性非最小相位隱極水輪發電機水門與勵磁聯合調節系統設計方法，能很好的克服在生產過程中因非線性非最小相位特性所產生的不利影響，且能保證在系統較大的運行范圍內都有良好的控制效果。

本發明采用如下技術方案：

在一方面提供非線性隱極水輪發電機水門與勵磁聯合調節方法，包括如下步驟:

步驟SS1：采集隱極水輪發電機的發電機轉子角轉速、水門開度、有壓引水管道流量、發電機功角和發電機輸出電磁功率；根據采集的數據建立隱極水輪發電機的水門與勵磁聯合調節系統的非線性數學模型；

步驟SS2：選擇特定的坐標變換，將所述非線性數學模型進行精確狀態反饋線性化，得到線性化后的標準型系統，所述標準型系統包括相對階分別為一階和三階的兩個子系統，并將零動態歸入選定的一階線性子系統進行調節；

步驟SS3：根據非最小相位三階子系統系統控制器的一般形式建立非最小相位子系統狀態方程；

步驟SS4：利用DSP控制器作為控制核心實現水輪發電機組水門與勵磁聯合調節控制。