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船舶电力系统暂态稳定性的研究

作　者: 许友
导　师: 丛望
学　校: 哈尔滨工程大学
专　业: 电力系统及其自动化
关键词: 船舶电力系统 H_∞励磁控制暂态稳定性数学模型同步发电机
分类号: U665.1
类　型: 硕士论文
年　份: 2008年
下　载: 174次
引　用: 6次
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内容摘要

随着科技的进步,船舶电力系统容量逐渐增大、品质越来越高、自动化程度日益增加。船舶电力系统和陆上电力系统相比是一个独立的电力系统,其规模比较小,但是结构很复杂,在船舶上具有十分重要的作用。研究船舶电力系统具有非常重要的意义。船舶电力系统运行的稳定性是电力系统保持安全运行的基础,电力系统暂态稳定性一直是电力系统研究人员和运行人员关注的一个重要课题。励磁控制是改善电力系统稳定性的一项经济而又有效的措施,是电力系统研究的热点之一。性能优良的励磁控制系统能够有效地保证电压的质量,提高电力系统运行的稳定性。与其他为提高电力系统稳定性而采取的方法相比,励磁控制具有投资少、易实现等优点。通过对发电机的励磁进行适当的控制,就可以改善电力系统的暂态稳定性。因为H_∞控制理论是分析和设计不确定系统的一种强有力的工具,主要解决对象建模中的误差和在一定范围内因模型参数摄动而引起控制品质恶化的控制难题,很适合对船舶电力系统进行研究。本文选择了H_∞控制方式,并对H_∞控制理论在船舶电力系统中的应用进行了着重研究。本文详细分析和研究了柴油发电机组在暂态过程中的数学模型,在此基础上应用H_∞控制理论对船舶电站柴油发电机组控制系统进行了优化设计,考虑了励磁调节对暂态电压稳定性的影响;考虑了转速调节对暂态频率稳定性的影响;又考虑了电压与转速耦合时综合调节对暂态稳定性的影响。本文对所设计的H_∞励磁控制器进行了计算机仿真分析。仿真结果表明:该控制器提高了发电机机端电压的控制精度,有效地改善了系统的暂态稳定性,提高了控制系统的鲁棒性,控制效果较好。

全文目录

摘要  5-6
ABSTRACT  6-10
第1章绪论  10-18
  1.1 船舶电力系统概述  10-13
  1.2 船舶电力系统暂态稳定性概述  13-17
  1.3 本文的主要工作  17-18
第2章鲁棒H_∞控制器的设计  18-28
  2.1 H_∞控制设计的基本步骤  18-19
  2.2 状态反馈H_∞控制  19-26
    2.2.1 基于Riccati不等式的状态反馈解  19-21
    2.2.2 基于Riccati方程的状态反馈解  21-22
    2.2.3 状态反馈的一般解  22-23
    2.2.4 状态反馈的完全解  23-25
    2.2.5 基于线性矩阵不等式方法的状态反馈解  25-26
  2.3 H_∞系统设计中的计算问题  26-27
  2.4 本章小结  27-28
第3章基于H_∞控制器的励磁控制系统的研究  28-54
  3.1 同步发电机的数学模型  28-34
    3.1.1 考虑次暂态电动势E″_d和E″_q的五阶模型  32-33
    3.1.2 考虑暂态电动势E'_q的三阶模型  33-34
  3.2 负荷的数学模型  34-36
    3.2.1 静负荷的数学模型  34-35
    3.2.2 动负荷的数学模型  35-36
  3.3 励磁系统及其数学模型  36-41
  3.4 同步发电机励磁系统H_∞控制器的设计  41-47
    3.4.1 考虑同步电机暂态电势E'_q变化情况分析  42-44
    3.4.2 考虑同步电机E'_qE″_dE″_q变化情况分析  44-47
  3.5 MATLAB仿真结果分析  47-53
  3.6 本章小结  53-54
第4章基于H_∞控制器的调速系统的研究  54-62
  4.1 柴油机及调速装置的数学模型  54-55
    4.1.1 柴油机的数学模型  54
    4.1.2 调速器的数学模型  54-55
  4.2 柴油发电机组调速系统H_∞控制器的设计  55-59
  4.3 MATLAB仿真结果分析  59-60
  4.4 本章小结  60-62
第5章基于H_∞控制器的综合控制系统研究  62-71
  5.1 H_∞综合控制器的设计  62-67
  5.2 MATLAB仿真结果分析  67-69
  5.3 本章小结  69-71
结论  71-73
参考文献  73-77
攻读硕士学位期间发表的论文和取得的科研成果  77-78
致谢  78

船舶电力系统暂态稳定性的研究

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