水輪機(jī)調(diào)節(jié)系統(tǒng)預(yù)測控制方法研究.pdf

1、水電作為第一大清潔能源，提供了全世界五分之一的電力能源，在改善電網(wǎng)系統(tǒng)調(diào)峰調(diào)頻，維護(hù)電網(wǎng)頻率電壓穩(wěn)定以及平衡電網(wǎng)負(fù)荷需求有重要作用。水力發(fā)電機(jī)組作為水電站核心設(shè)備，是一集水力、機(jī)械、電氣為一體的復(fù)雜非線性系統(tǒng)，其運(yùn)行狀態(tài)直接關(guān)系到水電站乃至電力系統(tǒng)安全、高效、穩(wěn)定運(yùn)行。針對水輪機(jī)調(diào)節(jié)系統(tǒng)復(fù)雜非線性特性，其外部環(huán)境擾動(dòng)多樣性及其內(nèi)部動(dòng)力學(xué)特性不確定性等因素影響，傳統(tǒng)線性PID控制因忽略水輪機(jī)調(diào)節(jié)系統(tǒng)非線性本質(zhì)，難以滿足其高控制要求，獲得令

2、人滿意的控制效果。預(yù)測控制具有對模型精度要求低、包容性強(qiáng)，對線性和非線性系統(tǒng)都有良好適用性等優(yōu)點(diǎn)，解決了傳統(tǒng)線性PID控制難以解決的非線性控制問題。為此，我們將模型預(yù)測控制理論引入非線性水輪機(jī)調(diào)節(jié)系統(tǒng)控制，設(shè)計(jì)水輪機(jī)調(diào)節(jié)系統(tǒng)預(yù)測控制器，并通過離散李雅普諾夫(Lyapunov)函數(shù)證明系統(tǒng)穩(wěn)定性，利用模型預(yù)測、滾動(dòng)優(yōu)化和反饋校正實(shí)現(xiàn)了對非線性水輪機(jī)調(diào)節(jié)系統(tǒng)的高效控制。此外，我們詳細(xì)討論了控制系統(tǒng)中不確定性系統(tǒng)變量對系統(tǒng)控制性能的影響;進(jìn)一

3、步，我們系統(tǒng)分析了控制系統(tǒng)在擾動(dòng)、模型失配等非正常運(yùn)行情形下控制性能，驗(yàn)證水輪機(jī)調(diào)節(jié)系統(tǒng)模型預(yù)測控制器具有良好魯棒性。最后，與傳統(tǒng)PID控制對比，突出設(shè)計(jì)控制器巨大的控制性能優(yōu)越性。
　　針對已提出的非線性水輪機(jī)調(diào)節(jié)系統(tǒng)，我們提出一種基于Takagi-Sugeno(T-S)模糊模型的非線性模型預(yù)測控制方法。首先，采用T-S模糊模型建模方法離線建立離散高精度水輪機(jī)調(diào)節(jié)系統(tǒng)非線性模糊模型，且給出具體模糊模型系統(tǒng)參數(shù);進(jìn)一步，基于建立的

4、水輪機(jī)調(diào)節(jié)系統(tǒng)非線性模糊模型進(jìn)行在線模型預(yù)測控制，從而實(shí)現(xiàn)水輪機(jī)調(diào)節(jié)系統(tǒng)非線性模糊模型預(yù)測控制，并利用李雅普諾夫穩(wěn)定性理論分析了非線性水輪機(jī)調(diào)節(jié)系統(tǒng)模糊模型預(yù)測控制系統(tǒng)穩(wěn)定性。此外，針對建立的水輪機(jī)調(diào)節(jié)系統(tǒng)T-S模糊模型，我們設(shè)計(jì)了非線性模糊PID控制器。最后，非線性模糊模型預(yù)測控制器與非線性模糊PID控制器以及模型預(yù)測控制器對比分析，突出非線性模糊模型預(yù)測控制器優(yōu)良控制效果。
　　針對模型預(yù)測控制在線計(jì)算量大、理論算法復(fù)雜、實(shí)時(shí)

5、性欠佳等制約，我們嘗試將水輪機(jī)調(diào)節(jié)系統(tǒng)非線性模糊建模與預(yù)測函數(shù)控制相結(jié)合，設(shè)計(jì)非線性水輪機(jī)調(diào)節(jié)系統(tǒng)模糊預(yù)測函數(shù)控制器;為了驗(yàn)證所設(shè)計(jì)控制器魯棒性，我們探究了水輪機(jī)調(diào)節(jié)系統(tǒng)在模型失配和無模型失配條件下，系統(tǒng)存在擾動(dòng)和響應(yīng)約束條件下的控制性能，結(jié)果表明非線性模糊預(yù)測函數(shù)控制器具有良好魯棒性;最后，非線性模糊預(yù)測函數(shù)控制方法與PID控制方法對比分析，充分說明非線性模糊預(yù)測函數(shù)控制方法在水輪機(jī)調(diào)節(jié)系統(tǒng)中控制性能更優(yōu)越。
　　基于設(shè)計(jì)的預(yù)測