電廠發(fā)電機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)的節(jié)能控制模型仿真分析

李瑞

摘要：發(fā)電機(jī)的結(jié)構(gòu)復(fù)雜，性能多樣。但是，在同步發(fā)電機(jī)當(dāng)中，有一種重要的系統(tǒng)，就是勵(lì)磁系統(tǒng)，勵(lì)磁系統(tǒng)在電廠發(fā)電機(jī)當(dāng)中扮演了重要的角色，為將發(fā)電機(jī)應(yīng)用于電力化行業(yè)中提供一定的基礎(chǔ)和保障。勵(lì)磁系統(tǒng)，是電廠發(fā)電機(jī)中的核心部件和重要部位。其中，勵(lì)磁系統(tǒng)的節(jié)能特性，就是當(dāng)前電廠發(fā)電機(jī)的一項(xiàng)重要功能，對(duì)于電力的發(fā)展，具有不可估量的作用和影響。因此研究發(fā)電機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)的節(jié)能控制模型，具有重要意義。

關(guān)鍵詞：電廠發(fā)電機(jī);勵(lì)磁系統(tǒng);節(jié)能控制模型

一、勵(lì)磁系統(tǒng)概述

所謂的勵(lì)磁系統(tǒng)，就是提供勵(lì)磁電流的電源或是一些重要的輔助設(shè)備。一般的勵(lì)磁系統(tǒng)分為直流勵(lì)磁系統(tǒng)、交流勵(lì)磁系統(tǒng)等等。勵(lì)磁系統(tǒng)在發(fā)電機(jī)中的功能強(qiáng)大。首先，勵(lì)磁系統(tǒng)能夠?yàn)榘l(fā)電機(jī)提供勵(lì)磁電流，促進(jìn)發(fā)電機(jī)正常工作的運(yùn)行，其次，勵(lì)磁系統(tǒng)還能夠控制發(fā)電機(jī)的穩(wěn)定性，為發(fā)電機(jī)的正常工作創(chuàng)造良好的條件。除了這些，勵(lì)磁系統(tǒng)還具有一定的功率輸出，這是電廠發(fā)電機(jī)工作的必要條件。

二、發(fā)電機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)的節(jié)能控制原理探究

分析發(fā)電機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)的工作原理，不難發(fā)現(xiàn)，其分為手動(dòng)勵(lì)磁電機(jī)和自動(dòng)勵(lì)磁電機(jī)，無(wú)論是哪一種電機(jī)，在其正常的工作活動(dòng)當(dāng)中，都需要將勵(lì)磁機(jī)與其他系統(tǒng)進(jìn)行一定的整合，得到交流電源或是直流電源。再經(jīng)過(guò)一系列的系統(tǒng)調(diào)節(jié)和控制，最終實(shí)現(xiàn)勵(lì)磁系統(tǒng)的工作。而針對(duì)于勵(lì)磁系統(tǒng)的節(jié)能控制原理，主要是在勵(lì)磁系統(tǒng)當(dāng)中加上一些具有節(jié)能作用的結(jié)構(gòu)和部件，或是通過(guò)當(dāng)前發(fā)達(dá)的科學(xué)技術(shù)，在發(fā)電機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)當(dāng)中進(jìn)行功率和工作熱效應(yīng)的調(diào)控，通過(guò)一些方法的采取，讓勵(lì)磁系統(tǒng)的節(jié)能控制得以凸顯，促進(jìn)發(fā)電機(jī)工作當(dāng)中的節(jié)能。對(duì)于勵(lì)磁系統(tǒng)的節(jié)能控制設(shè)計(jì)，目前在市場(chǎng)中的設(shè)計(jì)范圍還比較小，人們對(duì)于發(fā)電機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)的節(jié)能原理和節(jié)能功能，還沒(méi)有一個(gè)深刻的意識(shí)。在當(dāng)前的人類(lèi)社會(huì)發(fā)展進(jìn)程中，節(jié)能已經(jīng)成為時(shí)代發(fā)展的重要選擇，減少能源的消耗的無(wú)關(guān)浪費(fèi)，已經(jīng)成為社會(huì)各界的廣泛關(guān)注。尤其是在電廠這樣的電力領(lǐng)域，對(duì)于節(jié)能，有著更好的要求。設(shè)計(jì)出節(jié)能的發(fā)電機(jī)，讓打發(fā)電機(jī)的基本節(jié)能功能得以展現(xiàn)，這在一定程度上預(yù)示著電廠成本的節(jié)約、工作效率的提高和經(jīng)濟(jì)效益的實(shí)現(xiàn)。實(shí)施發(fā)電機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)的節(jié)能控制，這不僅是時(shí)代的要求，也是電廠發(fā)展和不斷進(jìn)步的呼喚。節(jié)能，是當(dāng)下快節(jié)奏社會(huì)的要求，為了實(shí)現(xiàn)社會(huì)的可持續(xù)發(fā)展，進(jìn)行勵(lì)磁系統(tǒng)的節(jié)能設(shè)計(jì)，具有重要的指導(dǎo)意義。實(shí)現(xiàn)勵(lì)磁系統(tǒng)的節(jié)能原理，需要付出大量的精力，需要相關(guān)人士的積極研究。

三、電廠發(fā)電機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)的節(jié)能控制模型仿真分析

3.1節(jié)能控制模型輸入輸出變量的確定

輸入輸出變量的確定是電廠發(fā)電機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)節(jié)能控制模型的基礎(chǔ)和關(guān)鍵。因?yàn)閯?lì)磁系統(tǒng)所消耗的能量基本上為電能，所以本節(jié)將電量作為勵(lì)磁系統(tǒng)的輸入變量值，用Os描述電磁系統(tǒng)設(shè)定電量值，用Oi描述電磁系統(tǒng)真實(shí)的測(cè)量值，求出的值和真實(shí)值之差用Ei進(jìn)行描述，同時(shí)將其看作是模糊自適應(yīng)控制器的一個(gè)輸入量，Ei=Os-Oi（i=1，2，3，…），其中，i表示所構(gòu)建節(jié)能控制模型的第i次的采樣。通過(guò)不斷的采樣計(jì)算，把差值的變化量Eci看作是其中的一個(gè)輸出量Eci=Ei-Ei-1（i=1，2，3，…）。上述2個(gè)輸入量為模糊輸入量。將勵(lì)磁系統(tǒng)的電量控制量yi看作是節(jié)能控制模型的輸出變量。

3.2模糊控制規(guī)則的設(shè)計(jì)

模糊控制規(guī)則為人工寫(xiě)入的，是模糊控制芯片

進(jìn)行邏輯判斷的理論依據(jù)，節(jié)能控制模型依據(jù)輸入的偏差量和偏差變化量對(duì)輸出量狀態(tài)的改變進(jìn)行判斷。詳細(xì)模糊控制規(guī)則如下。1）在偏差值為正大的情況下，如果偏差該變量亦為正，則此時(shí)相對(duì)額定值電量偏差是整數(shù)，同時(shí)有增長(zhǎng)的趨勢(shì)，為了防止偏差增長(zhǎng)，恢復(fù)額定值，則控制量的取值取負(fù)大。2）在偏差值為正中的情況下，如果偏差變化量是負(fù)值，則當(dāng)前偏差有降低的趨勢(shì)，為了在控制超調(diào)量的同時(shí)滿(mǎn)足額定電量，控制量的值取負(fù)中或者負(fù)小。3）在偏差值為正小的情況下，如果這時(shí)偏差變化量是負(fù)值，那么此刻相對(duì)額定電量偏差是正數(shù)，同時(shí)有降低的趨勢(shì)，為了高效地達(dá)到額定值，控制量應(yīng)取負(fù)小或者0。4）在偏差值為負(fù)大的情況下，如果此刻偏差變化量值為負(fù)值，為了避免偏差的出現(xiàn)，達(dá)到額定值，控制量值應(yīng)取正大。

3.3勵(lì)磁系統(tǒng)節(jié)能控制過(guò)程模糊推理

模糊控制規(guī)則設(shè)計(jì)好后，接下來(lái)就需要依據(jù)模糊控制規(guī)則和輸入變量進(jìn)行模糊推理獲取節(jié)能控制模型的模糊輸出量。本節(jié)通過(guò)極大極小值法實(shí)現(xiàn)勵(lì)磁系統(tǒng)節(jié)能控制過(guò)程的模糊推理。其基本思想如下：針對(duì)存在的多個(gè)前提規(guī)則，通過(guò)模糊邏輯“與”和“或”的算法，取各前提的最小值或最大值為該規(guī)則的值，稱(chēng)作是該規(guī)則的力量。而前提的值為該命題的模糊邏輯值，即輸入變量隸屬于指定模糊子集的程度。針對(duì)存在多個(gè)結(jié)論的規(guī)則，所有結(jié)論的取值均為該規(guī)則的力量。該結(jié)論的值就是該結(jié)論的命題中輸出變量隸屬于指定模糊子集的程度。詳細(xì)實(shí)現(xiàn)過(guò)程如下。如果模糊規(guī)則為Ai且Bi，則電容C的關(guān)系可描述如下：

式中：μAi為模糊規(guī)則Ai的電流值;μBi為模糊規(guī)則Bi的電流值。相反，如果模糊規(guī)則是Ai或Bi，則模糊推理可描述成：

其中，

也就是：

依據(jù)上述分析，模糊隸屬函數(shù)可描述成：

式中：u為電壓;uA′為模糊推理后的模糊規(guī)則A′的電壓;uB′為模糊推理后的模糊規(guī)則B′的電壓;uAi為模糊規(guī)則Ai的電壓;uB′為模糊推理后的模糊規(guī)則B′的電壓。

為了驗(yàn)證本文提出模型的有效性，進(jìn)行相關(guān)的實(shí)驗(yàn)分析。實(shí)驗(yàn)將PID節(jié)能控制模型作為對(duì)比，通過(guò)matlab7.0仿真軟件構(gòu)建實(shí)驗(yàn)環(huán)境。電廠發(fā)電機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)節(jié)能控制是一個(gè)非線性、多變量耦合的復(fù)雜對(duì)象，因此，需構(gòu)建一個(gè)模擬環(huán)境進(jìn)行仿真實(shí)驗(yàn)，試驗(yàn)后的對(duì)比圖如下：

電廠發(fā)電機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)節(jié)能控制實(shí)驗(yàn)環(huán)境為Pentium（R）4CPU，4.00UHz，500MB內(nèi)存的PC機(jī)，將階躍響應(yīng)的優(yōu)劣作為評(píng)價(jià)節(jié)能控制模型好壞的標(biāo)準(zhǔn)，躍階響應(yīng)曲線越平穩(wěn)，控制效果越穩(wěn)定。躍階響應(yīng)是指在單位階躍信號(hào)u（t）的激勵(lì)下產(chǎn)生的零狀態(tài)響應(yīng)，本文將電機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)節(jié)能控制的躍階響應(yīng)閾值設(shè)定為0.95。在進(jìn)行2種模型仿真結(jié)果比較實(shí)驗(yàn)時(shí)，采用本文模型對(duì)仿真勵(lì)磁系統(tǒng)進(jìn)行節(jié)能控制產(chǎn)生的超調(diào)量更小，和預(yù)期值更加吻合，整個(gè)控制過(guò)程的平穩(wěn)性更高，而且本文模型所需的過(guò)渡時(shí)間更短，節(jié)能控制的性能明顯優(yōu)于PID節(jié)能控制模型。本文模型的控制誤差曲線更加平穩(wěn)，而且控制誤差更低，本文模型充分體現(xiàn)出優(yōu)良的節(jié)能控制性能。

四、總結(jié)

在現(xiàn)當(dāng)代發(fā)達(dá)的電力產(chǎn)業(yè)當(dāng)中，發(fā)電機(jī)充當(dāng)了必不可少的角色。對(duì)于發(fā)電機(jī)的勵(lì)磁系統(tǒng)節(jié)能控制，應(yīng)該引起社會(huì)人士的廣泛關(guān)注，積極進(jìn)行仿真，尋找理論依據(jù)，最終實(shí)現(xiàn)其節(jié)能優(yōu)勢(shì)和作用。

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