模糊控制规则归纳为:①若e负大,则u正大;②若e负小,则u正小;③若e为零,则u为零;④若e正小,则u负小;⑤若e正大,则u负大。
该控制规则也可用英文写成如下形式:①if e = NB then u = PB or②if e = NS then u = PS or③if e = 0 then u = 0 or④if e = PS then u = NS or⑤if e = PB then u = NB 2. 4自适应模糊控制方式的实现自适应模糊控制的结构,如所示。其工作原理是:模糊控制输入信号取自发电机每个瞬间速度偏差及加速度偏差,经模糊推理算出注入励磁回路的阻尼信息,确定输出是正或负,以及其幅值大小,并与原有的PSS控制信号一起加入到励磁控制系统中。而自适应调整因子采用反映发电机瞬间变化的电磁功率与原动机输出功率差值即k = P m - P e.从而控制器根据系统当前的运行工况自动修正调整规则,使控制性能达到最优。
设发电机转速为Δω,则发电机加速度可定义为:α(k)=Δω(k)-Δω(k - 1)/ΔT式中Δω(k)―――第k次采样得到的转速偏差;Δω(k - 1)―――第k - 1次,即前一次采样的转速偏差;ΔT―――采样周期,一般取3. 3~10 ms.
如果输入为电功率,则α(k)= -ΔP e(k)/ MΔω(k)=α(k)ΔT +Δω(k - 1)式中ΔP e(k)―――第k次采样得到的电功率偏差;M―――发电机转动惯量系数。
定义模糊控制器输入的辅助信号u(k)为:u(k)= <α(k)2 +Δω(k)2 > 1 2模糊控制器输出的幅值u′(k)正比于u(k),即u′(k)= k< N(θ)- P(θ)>u(k)式中u(k)―――模糊控制器输入值;k―――自适应调整因子;N(θ)、P(θ)―――模糊变量。
发电机的任一种运动状态都对应着相平面上的一点,其中原点对应着理想的稳定状态。当发电机受到干扰后,即系统发生各种类型的短路故障或系统突然失去一部分负荷后,发电机输出电磁功率减少,致使发电机加速功率大于零,这时发电机的速度与加速度均大于零,运行点落在相平面第一象限内,α、Δω均为正,此时要求增加励磁,以加大发电机电磁转矩的阻尼发电机加速,即施加减速控制的可能性同理,当系统突然切掉部分发电机组,或突然增加负荷时,发电机输出的电磁功率增大,这时发电机输出的速度与加速度均小于零,运行点落在相平面第三象限内,α、Δω均为负,此时要求降低励磁以减少发电机电磁转矩,以阻尼发电机减速,即施加减速控制的可能性为N(θ)= 0,施加加速控制的可能性为P(θ)= 1.当发电机运行点落在相平面第二、四象限时,可能出现Δω为负,α为正或Δω为正,α为负的情况,此时发电机已加速的转子能量在释放,根据同步发电机稳定性分析的等面积定则,可以分析出相上对应控制信号特性,如所示N(θ)、P(θ)的模糊隶属函数关系。
依照模糊隶属函数关系,可设发电机励磁控制系统自适应模糊逻辑控制规则。由P(θ)和N(θ)关系式N(θ)+ P(θ)= 1,则u′(k)= k< N(θ)- P(θ)>?
u(k)式中k = P M - P e P M―――发电机原动机输出功率;P e―――发电机瞬时电磁功率。
当系统发生三相短路时,电磁功率等于零,模糊控制器增益具有最大值,即施加最强的励磁控制信号。在其他故障或负荷变化情况下,模糊控制器相应具有不同增益,可用模糊推理算出励磁控制信号的大小。以此确定的励磁控制信号,可N(θ)~P(θ)的关系以充分反映发电机状态瞬间变化程度大小与控制强弱之间的关系,即电磁率(瞬态值)愈小,励磁控制信号强度愈大。
4仿真和结果比较4. 1普通励磁系统的仿真由文献<1>中对普通励磁系统各组成单元的原理分析和传递函数,可得到所示的普通励磁系统的传递函数框图。
中对各组成单位的特性分析以及传递函数的系数要求,将K A = 40,T A = 0,K Z = 1,T Z = 0. 01,S E = 0. 3,T E = 0. 69,K G = 1,T′d01 = 8. 38,K R = 1,T R = 0. 04,代入中各模块,并对其进行仿真,得到仿真结果如所示。
4. 2加入模糊控制后励磁系统的仿真在普通励磁系统中加入模糊控制后对其进行仿真,并对两者仿真结果进行分析比较,如与所示。
加了模糊控制器后,系统响应特性曲线振荡次数减少,超调量减少,这对电力系统的稳定运行是有好处的。从而提高了原有励磁系统的响应速度,改善了电力系统的暂态和稳定性能。
5结论还可以通过在励磁系统中加入励磁稳定器(ESS)、电力系统稳定器(PSS)、PID控制器或者将几种控制器综合起来应用于励磁系统等来提高励磁系统的性能。