一种基于滑模的水轮机调速系统死区非线性补偿方法.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局*CN102352812A*(12)发明专利申请(10)申请公布号CN102352812A(43)申请公布日2012.02.15(21)申请号201110200593.2(22)申请日2011.07.18(71)申请人华北电力大学地址102206北京市昌平区朱辛庄北农路2号(72)发明人钱殿伟张博雅刘向杰(74)专利代理机构北京众合诚成知识产权代理有限公司11246代理人黄家俊(51)Int.Cl.F03B15/00(2006.01)G05B13/04(2006.01)权利要求书1页说明书7页附图3页(54)发明名称一种基于滑模的水轮机调速系统死区非线性补偿方法(57)摘要本发明公开了水轮机控制技术领域中的一种基于滑模的水轮机调速系统死区非线性补偿方法。本发明首先构建了水轮机调速系统的状态空间模型，引入附加状态变量；然后设计了滑模调速器，通过调整滑模调速器的控制量，使得理想水轮机调速系统渐近稳定；最后设计了死区非线性补偿器，用以补偿实际水轮机调速系统的死区非线性。本发明提高了水轮机调速系统的自动化水平，增加了机组的安全性能，减轻了机组的机械磨损，降低了设备维护维修的成本，提高了水力发电机组的经济性能。CN102358ACCNN110235281202352819A权利要求书1/1页1.一种基于滑模的水轮机调速系统死区非线性补偿方法，其特征是该方法包括以下步骤：步骤1：构建水轮机调速系统的状态空间模型，引入附加状态变量；步骤2：在步骤1的基础上设计滑模调速器，通过调整滑模调速器的控制量，使得理想水轮机调速系统渐近稳定；步骤3：在步骤2的基础上设计死区非线性补偿器，用以补偿实际水轮机调速系统的死区非线性。2.根据权利要求1所述的一种基于滑模的水轮机调速系统死区非线性补偿方法，其特征是所述附加状态变量的计算公式为：其中：x4为附加状态变量；KE为正常数；x(t)为水轮机转速变化量。3.根据权利要求1所述的一种基于滑模的水轮机调速系统死区非线性补偿方法，其特征是所述滑模调速器的控制量的计算公式为：usmc＝ueq+usw其中：usmc为滑模调速器的控制量；ueq为等效控制量；usw为切换控制量。4.根据权利要求1所述的一种基于滑模的水轮机调速系统死区非线性补偿方法，其特征是所述死区非线性补偿器是基于滑模的径向基函数网络设计的。5.根据权利要求4所述的一种基于滑模的水轮机调速系统死区非线性补偿方法，其特征是所述径向基函数网络的权值更新公式为：其中：为径向基函数RBF网络的权值向量的变化量；α为更新常数；S为滑模平面变量；Ф(usmc)为径向基函数向量。2CCNN110235281202352819A说明书1/7页一种基于滑模的水轮机调速系统死区非线性补偿方法技术领域[0001]本发明属于水轮机控制技术领域，尤其涉及一种基于滑模的水轮机调速系统死区非线性补偿方法。背景技术[0002]水轮机调速系统是一个水力、机械、电气相耦合的复杂系统，它能够自动地调节水轮发电机组的转速，使机组保持在额定转速允许的偏差内运行，以满足电网对电能频率质量的要求。在水轮机调速系统中包含死区非线性，主要表现在机组转速变化对调速系统的小信号不够敏感，若不补偿会严重影响到水轮机调速系统的稳定性。通常，水轮调速系统采用PID调速器。这种调速器忽略死区非线性的影响，采用“额定负荷下设计、最差工况下校正”的方法求取PID调速器的参数，无法从理论上保证包含死区非线性的水轮机调速系统的稳定性。[0003]水轮机调速系统可以分为基于状态反馈和基于输出反馈两大类。PID调速器属于基于输出反馈的调速器，由于此类调速器仅利用输出信息(频率偏差)计算控制量，这从方法上制约了水轮机调速系统性能的提高和死区非线性补偿器的设计。随着我国“积极开发水电能源”的战略实施，水轮发电机组向着高水头、大容量、高转速的趋势发展，这对水轮机调速系统的性能提出了更高的要求，迫切需要引入基于状态反馈的方法以解决水轮机调速系统的设计问题，补偿死区非线性的影响，从理论上保证水轮机调速系统的稳定性。[0004]滑模控制是一种基于状态反馈的变结构控制方法，具有强鲁棒性。当满足匹配条件时，在滑动超平面上对系统的外部干扰和内部参数摄动具有不变性，为设计水轮机调速系统、补偿死区非线性提供了一个备选方法。Ye等人在文章《Variablestructureandtime-varyingparametercontrolforhydroelectricgeneratingunit》和《Anintelligentdiscontinuouscontrolstrategyforhydroelectricgeneratingunit》中设计了水轮机调速系统的无滑动模态的变结构调速器，有关滑模调速器设计的文