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基于LPV增益调度法的发电机励磁控制研究
摘要
本文研究了基于LPV增益调度法的发电机励磁控制问题。首先，介绍了发电机励磁系统的基本原理及其在电力系统稳定运行中的重要性。然后，引入了LPV系统理论，并结合增益调度法，提出了一种适用于发电机励磁控制的LPV增益调度方法。最后，通过数值仿真验证了该方法的有效性和优越性。
关键词：发电机励磁，LPV系统理论，增益调度，数值仿真
Abstract
ThispaperstudiestheexcitationcontrolofgeneratorsbasedonLPVgainschedulingmethod.Firstly,thebasicprincipleofgeneratorexcitationsystemanditsimportanceinstableoperationofpowersystemareintroduced.Then,theLPVsystemtheoryisintroduced,andaLPVgainschedulingmethodsuitableforgeneratorexcitationcontrolisproposed.Finally,theeffectivenessandsuperiorityofthemethodareverifiedbynumericalsimulation.
Keywords:generatorexcitation,LPVsystemtheory,gainscheduling,numericalsimulation
1.引言
在电力系统中，发电机是最关键的设备之一，其稳定运行对电力系统的稳定性和可靠性至关重要。而发电机励磁系统是保证发电机稳定运行的重要组成部分，其控制精度和稳定性对电力系统的运行质量有着非常重要的影响。因此，发电机励磁控制一直是电力系统中的一个重要研究领域。
传统的发电机励磁控制方法一般是基于经典控制理论，例如PID控制等。虽然这些方法在一定程度上可以满足控制需求，但是由于其缺乏对系统非线性和时变性的建模，所以在某些情况下效果并不理想。另一方面，线性参数可变（LPV）系统理论近年来成为了一种有效的非线性系统建模和控制方法。基于LPV系统理论的增益调度方法可以对系统时变性和非线性进行更好的建模和控制，因此越来越多的研究者将其应用于发电机励磁控制领域。
本文就是针对这一问题展开研究，提出了一种基于LPV增益调度法的发电机励磁控制方法，并通过数值仿真验证了其有效性和优越性。
2.发电机励磁系统基本原理
发电机励磁系统是通过控制磁场大小和方向来使得发电机的输出电压和频率保持在稳定的范围内。其主要由励磁系统和调节控制系统两部分组成。
励磁系统包括励磁机、稳压器和励磁变压器等组成部分，其主要目的是产生一个稳定的励磁电流来激励发电机产生稳定的电场。
调节控制系统则通过控制稳压器的输入电压和励磁电流，以使发电机输出电压和频率保持在稳定的范围内。该系统通常包括比例-积分-微分控制器（PID控制器）、电压调节器、功率调节器以及线圈电流范围选择器等。
3.LPV系统理论和增益调度方法
LPV系统是一种带有可变参数线性模型，它可以更好地刻画系统的时变性和非线性。LPV系统建模方法是将系统模型表示为非线性函数和线性函数的组合形式，即：
x(k+1)=A(θ)x(k)+B(θ)u(k)
y(k)=C(θ)x(k)+D(θ)u(k)
其中，A(θ)、B(θ)、C(θ)、D(θ)是与可变参数θ有关的矩阵，u(k)是系统的输入，x(k)是系统的状态，y(k)是系统的输出。
而增益调度方法是基于LPV系统理论的一种控制方法，其核心思想是对不同的系统状态给予不同的控制增益。具体来说，就是将控制器的增益表示为可变参数的函数，即：
K(θ)=K1θ+K2
其中，K(θ)是控制器的增益，K1和K2是待定参数。
通过增益调度方法，可以在系统运行过程中对增益进行调节，以满足系统的时变性和非线性。
4.基于LPV增益调度法的发电机励磁控制
对于发电机励磁系统，可以将其建模为：
x(k+1)=Ax(k)+Bu(k)
y(k)=Cx(k)
其中，x(k)=[Vr(k),E(k),If(k)]T是系统的状态向量，Vr(k)表示发电机的旋转速度，E(k)表示发电机的输出电压，If(k)表示发电机的励磁电流，u(k)=[Vref(k),Ifref(k)]T是系统的输入向量，Vref(k)表示发电机的电压参考信号，Ifref(k)表示发电机的励磁电流参考信号。
通过LPV系统理论和增益调度方法，可以将控制器的增益表示为：
K(θ)=K1[θ1,θ2,θ3]T+K2
其中，K1和K2是待定参数，θ1、θ2、θ3分别表示发电机旋转速度、输出电压和励磁电流三个状态变量。
通过增益调度方法，可以