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高压直流输电系统智能控制器的研究和设计

作　者: 路林娟
导　师: 杜欣慧
学　校: 太原理工大学
专　业: 电力系统及其自动化
关键词: 高压直流输电换流器传统PI控制模糊控制神经控制 MATLAB仿真
分类号: TM571.6
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
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内容摘要

全国电网互联是我国电网发展的必然趋势,建设“西电东送”和“南北互供”的工程既是解决中国能源资源分布与需求不平衡的客观需要,也是中国电力工业发展的客观需要。高压直流输电适合于远距离、大容量输送电力,将成为电网互联的主要方式之一。高压直流输电系统作为一个高度可控的系统,其控制器的性能是直流输电系统正常运行的有力保证。因此,对高压直流输电系统的研究是一个具有实际意义的课题。目前,在高压直流输电控制应用领域中常用的控制方法还是传统的控制器。而高压输电系统是一个典型的强非线性、时变系统,经典的控制器很难保证在所有的运行方式下系统能够正常运行。针对传统控制器所存在的自适应不足的问题,本文侧重于模糊控制和神经网络控制理论在直流控制系统中的应用研究,结合传统的控制技术设计出智能控制器,它能实时响应系统的变化,从而为电力系统解决了复杂的非线性、不确定问题。论文首先介绍了高压直流输电系统的理论体系,包括直流输电系统的基本原理和构成以及主要元件的功能特性,由于换流器是直流输电工程中最重要的部件,本文对12脉波换流器的工作原理和特性进行了详细地讨论,为系统控制策略的研究进行了理论铺垫。在建立了系统模型的基础上,详细分析了直流输电系统的控制机理,确定基本的控制方式为整流侧定电流控制,逆变侧定电压控制,同时给出了基本控制框图。其次论文详细讨论了模糊控制和神经网络控制的机理,并将它们应用到高压直流输电系统的控制器中。最后,本文设计了以模糊控制和神经网络技术为基础的智能控制器。利用MATLAB搭建起12脉波高压直流输电系统仿真模型,对所设计的控制器控制策略进行如下仿真实验:(1)当系统整流侧发生交流单相接地故障时,采用传统PI控制、模糊控制、神经网络控制等多种控制策略进行仿真实验,并且将各控制策略下系统的动态响应曲线进行分析比较;(2)当系统发生直流线路接地故障时,采用传统控制与智能控制相结合的各种控制策略进行仿真实验,并且与整流侧、逆变侧均采用传统PI控制策略下的动态响应曲线进行比较。仿真结果表明:与传统的PI控制相比,智能控制更加符合实际,在系统的跟随性以及故障后的恢复性等方面表现出了强大的优势。因此论文所设计的智能控制器具有更强的鲁棒性和自适应学习能力以及较好的动态性能。

全文目录

摘要  3-5
ABSTRACT  5-10
第一章绪论  10-16
  1.1 选题背景及研究意义  10-11
  1.2 课题研究现状及发展动态  11-14
  1.3 本文的主要工作  14-16
第二章高压直流输电系统构成及控制  16-46
  2.1 高压直流输电系统的机理  16-25
    2.1.1 基本原理  16-18
    2.1.2 直流输电系统常见的接线方式  18-22
    2.1.3 高压直流输电系统的元件构成  22-25
    2.1.4 高压直流输电与交流输电的比较及应用  25
  2.2 换流器的工作原理  25-36
    2.2.1 双桥整流器的工作原理  26-34
    2.2.2 双桥逆变器的工作原理  34-36
  2.3 系统模型  36-39
  2.4 高压直流输电系统的控制机理  39-44
    2.4.1 直流系统控制原理与方程  39-40
    2.4.2 换流器的基本控制方式  40-43
    2.4.3 实际系统的基本控制方式  43-44
  2.5 小结  44-46
第三章模糊与神经网络智能控制理论  46-68
  3.1 引言  46-47
  3.2 模糊控制机理  47-56
    3.2.1 概述  47-48
    3.2.2 模糊控制系统的构成  48-49
    3.2.3 模糊化运算  49-50
    3.2.4 数据库  50-52
    3.2.5 规则库  52-54
    3.2.6 模糊推理  54-55
    3.2.7 清晰化计算  55-56
  3.3 神经网络机理  56-66
    3.3.1 概述  56-57
    3.3.2 神经元网络模型  57-58
    3.3.3 神经网络的学习  58-62
    3.3.4 多层前馈网络与BP 学习算法的研究  62-66
  3.4 小结  66-68
第四章高压直流输电系统控制器的设计和研究  68-92
  4.1 高压直流输电系统模型的建立  68-72
  4.2 传统PI 控制器的设计  72-73
    4.2.1 整流侧传统PI 控制器的设计  72-73
    4.2.2 逆变侧传统PI 控制器的设计  73
  4.3 模糊控制器的设计  73-78
    4.3.1 整流侧模糊控制器的设计  73-77
    4.3.2 逆变侧模糊控制器的设计  77-78
  4.4 神经控制器的设计  78-79
    4.4.1 整流侧神经控制器的设计  78-79
    4.4.2 逆变侧神经控制器的设计  79
  4.5 仿真实例及其分析  79-91
    4.5.1 整流侧单相交流接地故障分析  80-87
    4.5.2 系统直流线路接地故障分析  87-91
  4.6 小结  91-92
第五章总结和展望  92-94
参考文献  94-98
致谢  98-99
攻读学位期间发表的学术论文  99

高压直流输电系统智能控制器的研究和设计

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