励磁控制理论简介－余翔

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1、励磁控制理论简介宜昌能达通用电气有限责任公司余翔目的介绍各种在励磁控制中得到应用的理论部分控制理论的实现通过实验或现场波形对比PID控制现有的励磁控制理论PIDPID+PSS线性最优控制自适应最优控制非线性控制自动控制中的几个问题运行状态改变后控制输出会稳定在哪一点偏差是怎么得到的可以预测偏差的变化做到“超前”控制吗PID控制比例参数的作用和影响对稳态特性的影响加大比例控制KP，在系统稳定的情况下，可以减小稳态误差，提高控制精度，但加大KP只减小误差，却不能完全消除稳态误差；对动态特性的影响比例控制KP加大，会使系统的动作灵敏、响应速度快；KP偏大，振荡次数变

2、多，调节时间加长，当KP太大时，系统会趋于不稳定。若KP太小，又会使系统的响应缓慢。积分参数的作用和影响对稳态特性的影响积分控制能消除系统的稳态误差，提高控制系统的控制精度。但若TI太大，积分作用太弱，将不能减小稳态误差；对动态特性的影响积分时间常数TI偏小，积分作用强，振荡次数较多，TI太大，对系统性能的影响减小。当时间常数TI合适时，过渡性能比较理想。微分参数的作用和影响微分控制的作用跟偏差信号的变化趋势有关，通过微分控制能够预测偏差，产生超前的校正作用，可以较好地改善动态特性，如超调量减少，调节时间缩短，允许加大比例控制，使稳态误差减小，提高控制精度等。

3、但当TD偏大时，超调量较大，调节时间较长。当TD偏小时，同样超调量和调节时间也都较大。只有TD取得合适，才能得到比较满意的效果。空载阶跃时的电压变化空载阶跃时的ΔV和ΔV’空载阶跃时控制角及其积分PID控制的实现控制规律传递函数PID控制的数字实现PID控制输出的累加形式控制偏差的增量形式PID在励磁中的实现比例ΔV=V-RefΔEf=ΔV×KP积分Efavg＝Efavg＋ΔEf×KI微分ΔEf＝ΔEf＋（ΔV(k)-ΔV(k-1)）×KD有功功率的处理（用于PSS）比例ΔP＝P－Pavg积分Pavg＝Pavg＋ΔP×KI稳态误差的由来及其消除方法稳态误差的由

4、来——截断误差Δα＝ΔV×KPαavg=αavg+Δα×KIα＝αavg+Δα当Δα×KI＝ΔV×KP×KI<截断误差，αavg、α都不再发生变化稳态误差的消除方法αavg=αavg+Δα×KI1+ΔV×KI2电力系统稳定器(PSS)原理根据发电机固有频率进行补偿，使之频谱特性与期望值一致。国家电网公司企业标准中电力系统稳定器整定试验导则要求，需要通过相位补偿，使0.2~2Hz范围内PSS输出的力矩向量对应轴在超前+10°~-45°。PSS补偿特性图PSS补偿特性图单输入PSSKPSS=3，T1=0.09s，T2=0.031s，T3=0.3sT4=0.99s，

5、Tw=2.3s惯性环节的离散化有x+Ts·x=u,即dx/dt=(u-x)/T令控制周期为h,ε=h/2,离散化得到化简得到隔直环节和超前滞后环节隔直环节超前滞后环节单输入PSS的特点优点原理清晰实现简单抑制低频振荡效果较好缺点抑制振荡频率范围窄有功功率的反调多机系统中的配合PSS2A-4%阶跃(动模试验)P=0.57，t=1s时给定值由1.08突变为1.04三相接地实验（动模试验）V=1.05,P=0.45,t=1s时发生三相接地故障，0.2s后故障消失。线性最优励磁控制一种多变量PID理论：△Ef=KV×△V＋Kδ×△δ＋Kω×△ω实际：△Ef=KV×△V

6、＋KP×△P＋KF×△F将来：△Ef=KV×△V＋KP×△P＋Kω×△ω1%阶跃P=0.7,t=1s时给定值由1突变为1.01；t=7s给定值由1.01突变为1.04％PSS试验（PID）4％PSS试验（线性最优）自适应控制变增益自适应模型参考自适应自校正控制变增益自适应预置几组控制参数，运行时根据一个或多个辅助变量的大小选取最合适的一组。具有一定的适应能力，实际仍然是改进的定点控制方式。设计简单，容易实现。控制器被控对象变增益机构Yrefu模型参考自适应由两个环路组成：内环是调节器和被控对象，外环为参考模型和自适应机构。参考模型经过精心设计，性能优良。这样通

7、过自适应机构使被控对象与参考模型之间的广义误差最小化，从而达到被控对象性能最优。能够很快跟踪被控对象的变化。要求零极点对消，很难保证闭环稳定。参考模型难以设计。模型参考自适应（续）参考模型前馈调节器被控对象反馈调节器自适应机构uYr广义误差e+-自校正控制通常由辨识器、控制器参数设计部分和控制器本体三部分组成。这种算法对同步发电机控制过程进行实时辨识，并将辨识参数代入离散的Riccati方程，实时求解最优反馈增益，以得到最优控制输出。理论上该控制器能够保证被控对象始终保持最优性能。自校正控制（续）被控对象辨识器控制器参数设计控制器++yu0自适应与PID控制性

8、能的比较三相短路实验自适应励磁控制现场