2012年一级建造师考试水利水电经典资料56

水轮机调节系统计算机辅助分析发展概况综述

摘要：对目前水电站水轮机调节系统分析所用方法如：新型FNNS控制策略，智能权函数模糊控制，MATLAB软件及SIMULINK等方法在水轮机调节系统计算机辅助分析中的应用作一简要介绍。

关键词：水电站 水轮机调节系统 新型FNNS 模糊控制 MATLAB软件

1水轮机调节系统动态过程简介

水电站水轮机调节系统是一个复杂的自动控制系统，其动态过程可分为小波动和大波动两类。小波动是指水轮机调节系统受到微小的干扰（负荷或指令信号扰动），系统中各参数的变化都较小，可认为是在所讨论工况点附近作微小变化，则可将调节系统各环节加以线性化，既用线性微分方程式来描述各环节及整个系统的动态特性；而大波动是指水轮机调节系统受到幅度较大的干扰（负荷变化），系统参数的变化剧烈，整个系统已超出了线性范围，因此不能作线性处理，即系统不能按线性系统对待。小波动主要影响的是水轮机调节系统工作的稳定性，即所生产的电能的质量；而大波动不仅影响所生产的电能的质量，而且在负荷突然变化（特别是甩负荷）时影响到水压、转速等各种参数的变化情况。因为水轮机调节系统工作性能的优劣直接关系到水电站和机组运行的安全以及所生产电能的质量，因此，对水轮机调节系统的大、小波动动态过程分析具有重要意义。

2水轮机调节系统分析发展概况

现今水轮机调节系统分析所用方法很多，现在简要介绍如下。

2.1传统方法

小波动稳定性分析一般采用传递函数的数学模型，过水系统按弹性水机考虑，过水系统的数学模型的传递函数中含有双曲函数，为此特根据双曲函数性质将过水系统的传递函数近似表达为若干个一阶微分方程式。因而调速器、水轮发电机组等数学模型也用一阶微分方程式表达。则整个系统小波动的数学模型都采用一阶微分方程组的形式来表达。然后用状态方程来表示，即：

X＆＝Ax＋BU

式中X＆——状态向量；

U——输入向量；

A、B——系数矩阵。

可用求解一阶微分方程组的常用方法：即四阶龙格—库塔法进行仿真计算[1].

大波动过渡过程一般利用差分方程进行仿真[1]，采用特征线解法原理，将水机的基本方程式：运动方程和连续方程，转变为特征方程组，然后再求解。

2.2新型FNNS控制策略

新型FNNS控制策略是模糊神经网络系统与变参数控制相结合的智能控制系统，该系统能适应水轮机调节系统结构、参数变化较大情况下的控制要求。

廖忠[2]针对水轮机调节系统非线性、结构参数变化范围较大等特点，进行了仿真研究，他指出水轮机调节系统是一个典型的高阶、时变、非最小相位系统，而且又是一个参数随工况点改变而变化的非线性系统，在系统动态及暂态过程中，采用以PID控制为基础的线性控制方法较难满足这一特性复杂的对象的控制要求，在控制效果及控制器调整方面尚不尽人意。随着智能控制理论的发展，人们将神经网络与模糊控制相结合研究，提出了基于神经网络的模糊控制器，并且根据水电机组的特点，将其应用于水轮机调节系统，取得较好效果。新型FNNS控制策略是变参数控制的思想与FNNS二者结合的体现，采用多个FNNS作为控制器，通过辩识当前运行工况，然后基于某种法则选择最适合的FNNS作为当前控制器。变参数控制的思想，所采用的方法主要是基于运行区域的划分及插值运算。变参数控制的思想与传统的PID等控制规律的结合，的确使之具有了适应被控对象参数变化的能力，提高了控制效果，只要能确保所有的FNNS覆盖整个状态空间，那么可以不用在线学习，而只是在不同FNNS中切换就能得到整个工况范围内满意的调节性能，从而保证了控制的实时性。

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