摘 要： 在電力系統(tǒng)中，當同步發(fā)電機由于失磁、過負荷及遭受小干擾或大干擾時可能會使系統(tǒng)穩(wěn)定性遭到破壞并造成失步而切機，從而使系統(tǒng)有較大的功率缺額和經濟損失。為此,尋求一種較好的再同步控制措施具有很大的實際價值。該文基于多機電力系統(tǒng)再同步附加斷續(xù)控制原理，提出了用模糊控制器來實現這種控制策略。通過數字仿真驗證了其優(yōu)越性和有效性。 關鍵詞：失步；再同步附加斷續(xù)控制；模糊控制器 [b]1 引言 [/b] 保持電力系統(tǒng)發(fā)電機的同步運行是電力系統(tǒng)正常運行的必要條件。因此，電力系統(tǒng)的靜態(tài)和暫態(tài)穩(wěn)定性的概念也都是以電力系統(tǒng)中任一發(fā)電機是否失去同步運行為依據。在電力系統(tǒng)中，一旦發(fā)電機進入異步運行，就應立刻將其切去，以保持電力系統(tǒng)其他部分的正常運行。但是，由于電力系統(tǒng)容量的日益擴大使系統(tǒng)具有較大的無功功率備用，特別是廣泛采用了快速勵磁調節(jié)系統(tǒng)和其他自動裝置之后，為發(fā)電機的短時非同步運行和迅速恢復再同步提供了客觀的可能性。實踐證明，在很多情況下短時異步運行是允許的，而且不會導致電力系統(tǒng)運行的嚴重后果。但是，異步運行只能看作是一種暫時的不正常運行或進入正常運行方式前的過渡過程，希望經過一定時間以后，通過人工的干預或自動裝置的作用牽入同步，恢復或進入正常運行。這樣就要求確定從異步運行進入同步的可能性及其條件，并研究保證進入同步的具體措施。 在發(fā)電機失步后異步運行期間，應對發(fā)電機采取恰當的控制，使之在引起較小的振蕩和較小的轉差情況下把發(fā)電機快速地拉入同步。過去采用的控制方式有： ① 整定調速器調差系數，減少原動機出力； ② 在失步后將勵磁回路短接，待進入穩(wěn)態(tài)異步運行后再選擇適當時刻重投勵磁，使之拉入同步； ③ 時間最優(yōu)控制； ④ 非線性參數優(yōu)化； ⑤ 分段線性最優(yōu)控制等等。文獻[3]提出了再同步附加斷續(xù)控制策略，這是按照過程的不同階段采用的不同控制措施，具有較好的魯棒性和自適應性。并且，控制規(guī)律簡單、容易實現和便于工程應用。通過數字仿真研究和用微機構成的在線控制器進行動態(tài)模擬實驗，證明了其原理的可行性和實用性。 本文在再同步斷續(xù)控制原理的基礎上，進一步提出了基于再同步斷續(xù)控制的模糊控制器控制方式，它可以實現實時在線控制。在單機-無窮大系統(tǒng)和多機系統(tǒng)中對其進行的數字仿真結果證明，此控制措施具有較好的控制效果，控制方式簡單,并且具有自適應特點。 [b]2 再同步附加斷續(xù)控制原理簡述 [/b] 再同步附加斷續(xù)控制策略具體原理分析見文獻[3～5]，其控制規(guī)律簡述如下： （1）再同步勵磁控制 ① 當檢測到失步后，使勵磁電壓達正頂值，以便增大電功率，使之盡快拉入再同步； ② 當檢測到滑差過零后，使勵磁電壓達負頂值，以減小電功率，防止滑過同步； ③ 當發(fā)電機再次加速，施加正比于加速度的勵磁控制信號時，增加阻尼力矩，以防止再同步失敗； ④ 當發(fā)電機再次減速時，切除附加斷續(xù)勵磁控制，僅由常規(guī)AVR工作。 2）再同步快關汽門控制 ① 當檢測到失步后，迅速關閉汽門，以減少機械功率，使之盡快拉入同步； ② 當檢測到滑差過零時，較快地開啟汽門，增加機械功率，以防止滑過同步； ③ 當發(fā)電機再次加速，將正比于加速度的控制信號作用于調速器輸入端，增加阻尼力矩，以防止再同步失敗； ④ 當發(fā)電機再次減速時，退出附加控制，僅由調速器工作。 [b]3 模糊控制器的原理 [/b] 實現模糊控制器的模糊結構共有3個部分，包括2個輸入量、模糊控制器和1個輸出量。實現再同步附加斷續(xù)控制原理的模糊控制器結構應由4個模糊系統(tǒng)組成，每個系統(tǒng)完成此原理的一個階段。 模糊推理采用Mamdani方法,去模糊化采用中位數法， 為實現附加斷續(xù)控制，模糊控制器應由4個模糊子控制器組成，每個模糊子控制器完成附加斷續(xù)控制的1個過程階段，圖4是整個模糊控制器的結構示意圖。從圖中可看出，4個控制器對應著4個控制階段，而每個控制器的輸出除了控制操作外，還有上個控制器激勵下一個控制器的作用（僅前3個子控制器有此作用）。故這4個子控制器的控制 規(guī)則并不相同，從而推理過程也不相同。對于前3個控制器，要實現以下3個功能：控制操作（滿足控制條件）、不作用（在常規(guī)情況下）及激發(fā)下一個模糊控制器（當不滿足上面的條件時）。而第4個模糊控制器則只需完成前2個功能。對于控制器操作的條件，后面3個模糊控制器不但要在符合模糊推理條件下才能操作，還必須是在前一模糊控制的激發(fā)狀態(tài)為真時才可以實施本控制器的操作，兩個條件缺一不可 。 [b]4 仿真結果分析 [/b] 4.1單機-無窮大系統(tǒng)及其仿真結果 根據本文所提出的模糊控制的控制器，應用MATLAB仿真工具分別對單機-無窮大系統(tǒng)和多機系統(tǒng)進行系統(tǒng)失步的數字仿真。 其發(fā)電機及其勵磁系統(tǒng)模型參數的選擇見文獻[10]的附錄。而原動機及調速系統(tǒng)的模型由于要加入快關汽門控制，故采用的是文獻[9]中的調速器模型和原動機模型的典型值。當系統(tǒng)中的一條輸電線在距發(fā)電機端約1km處發(fā)生三相接地短路故障且因某種原因而延遲切除故障時或發(fā)生三相永久性短路時,會使發(fā)電機失步, 從而進入異步運行狀態(tài)。在這種情況下, 若允許系統(tǒng)短時異步運行，那么采用本文提出的模糊控制器,便可使發(fā)電機迅速拉入同步運行。分別給出了在發(fā)生延遲0.4s切除故障且線路不再重合的條件下，常規(guī)控制措施的轉差變化曲線及施加附加斷續(xù)模糊控制器的轉差變化曲線。從中可以看出，在附加控制措施下，發(fā)電機經過一段時間后便恢復同步運行狀態(tài)。 4.2 多機系統(tǒng)及其結果 仿真所使用的用兩機-無窮大系統(tǒng)表示的多機系統(tǒng)簡單。此系統(tǒng)中發(fā)電機及其勵磁系統(tǒng)模型的參數選擇及調速器模型和原動機模型參數的選擇與前面所述的方法類似，在這里僅增加了發(fā)電機的臺數。系統(tǒng)中G1和¥系統(tǒng)之間的一條輸電線在距G1端約1km處發(fā)生三相接地短路故障, 且由于某種原因而延遲切除故障大約0.8s，在常規(guī)控制措施下發(fā)電機將失步,進入異步運行狀態(tài)。采取本文提出的附加斷續(xù)模糊控制器對其進行控制，給出了在G1端母線發(fā)生三相永久性短路、延遲0.8 s故障切除時間并且線路不再重合的條件下，常規(guī)控制措施及加上附加斷續(xù)模糊控制器后的轉差變化曲線。 使用附加斷續(xù)模糊控制器可改善轉差變化情況，使用附加斷續(xù)控制措施可使發(fā)電機快速地拉入同步，從而使系統(tǒng)很快恢復到同步運行狀態(tài)。由可看出，G1的控制效果比較明顯，可在大約4～5s內使失步的發(fā)電機很快地拉入同步運行狀態(tài)，證明了附加斷續(xù)控制措施的有效性；由于故障發(fā)生在距G1很近的地方，所以對G1的影響很大，而對G2的影響比較小，所以G2的附加斷續(xù)控制裝置基本上沒有動作，可由其常規(guī)控制系統(tǒng)的調節(jié)作用來達到穩(wěn)定要求。 [b]5 結論 [/b] 本文對模糊控制器的工作原理進行了說明，并通過在單機-無窮大系統(tǒng)和多機系統(tǒng)中的仿真結果證明，這種模糊控制器對電力系統(tǒng)再同步具有較好的控制作用，從而也說明了智能控制器具有實際的應用價值。