基于状态观测器的调速器液压系统故障诊断

水轮机调速器是水电厂重要控制设备,其工作的稳定性直接关系到水轮发电机组乃至电力系统的安全稳定运行。应用现代故障诊断技术,提出了一种基于状态观测器的故障检测与诊断方法,以实现调速器液压系统的故障检测。通过仿真验证了这种方法依然具有较好的故障检测和诊断能力。     

基于扩张状态观测器的电力系统强迫扰动监测

提出将扩张状态观测器(extended state observer,ESO)应用于电力系统强迫扰动估计问题。将电力系统的强迫扰动量扩张成新的一阶状态量,与原系统方程一起组合成新的增广系统,以此来建立扩张状态观测器,在PSCAD里搭建观测器仿真模型,通过选择合适的观测器参数,对单机无穷大系统原动机功率扰动进行仿真分析,结果表明该观测器对系统的状态和扰动量可进行准确的估计,从而验证了该方法的有效性。并在此基础上,研究了正弦波和脉冲波2种扰动形式对系统稳定性的影响,结果表明在相同幅值和频率的情况下,正弦波更易引起系统的不稳定。     

模块化多电平变流器的高频谐振分析

首先基于动态向量方法建立模块化多电平变流器（MMC）主电路的10阶状态空间模型,然后根据实际工程建立包含电压电流内环控制、功率外环控制和环流控制在内的MMC控制器状态空间模型。考虑控制环节中存在的采样和计算等延时,采用Pade近似方法对非线性延时环节进行线性化,构建计及延时的MMC换流器与弱电网连接的系统状态空间模型。基于特征值法分析状态空间模型的谐振模态,分析实际MMC-HVDC工程产生高频谐振的机理并分析控制器输入输出延时对稳定性影响关系。通过仿真算例验证该文MMC换流器状态空间模型和高频谐振机理分析的正确性。     

基于区域极点配置电池荷电状态的估计方法

电池管理系统中蓄电池荷电状态的测量是非常重要的。在光伏系统中,蓄电池荷电状态决定了电池管理系统的充放电策略。根据一类电池等效电路模型,利用蓄电池荷电状态观测器误差系统的极点分布,给出蓄电池荷电状态观测器的设计方法。该方法可以根据圆盘极点位置的变化调整观测器荷电状态观测值的误差。通过仿真可以看到,基于极点配置的荷电状态观测器的有效性。     

基于ESO的PMSM驱动系统单相电流传感器模型预测转矩控制

针对仅有一相电流传感器的三相永磁同步电机(PMSM)系统,采用扩张状态观测器(ESO)技术构造观测器,以实现对其他两相电流和时变定子电阻的快速准确估计;为增强系统鲁棒性,设计改进滑模(SM)转速调节器;为减小转矩和磁链脉动,给出系统有限集-模型预测转矩(FS-MPTC)设计方法。所设计基于ESO的SM-MPTC策略能够使仅有一相电流传感器的PMSM系统可靠稳定运行,具有满意的动态性能和较强的鲁棒性。仿真结果验证了所提方法的正确性和可行性。     

基于线性扩张状态观测器的无刷双馈电机控制

无刷双馈电机内部存在复杂的非线性耦合关系,针对这些内部耦合项和外部扰动在实际中难于测得的特点,提出一种基于线性扩张状态观测器(linear extended state observer,LESO)的控制方法。首先建立无刷双馈电机在同步坐标系下的复变量模型,在此基础上分别对磁链和转速设计扩张状态观测器来估计系统的内部耦合和外部扰动并对它们做出补偿,进而实现系统的解耦控制,该控制策略不依赖系统的模型和参数。仿真对比结果表明,扩张状态观测器能够快速精确估计总扰动并做出补偿,具有很强的抗扰能力并可实现系统解耦。该控制器比传统控制器明显改进了系统的调节特性和鲁棒性。     

基于状态观测器的电喷汽油机进气流量精确估计

在对进气管空气流量动态特性进行建模、参数辨识的基础上构建了稳态及瞬态进气状态观测器,用以对进气流量进行精确估计.MATLAB/Wave联合仿真结果表明,所构建的观测器能够准确及时地跟随实际进气量变化,进气压力观测值最大误差不超过±3 kPa,每循环进气量观测值最大误差不超过±0.01 g.将观测器应用于实际ECU控制器中,台架试验结果表明,空燃比控制误差稳态时保持在±3 %以内,瞬态时保持在±6 %以内,满足空燃比精确控制要求.     

基于参数观测器的不确定混沌电力系统参数辨识

针对混沌电力系统参数辨识存在的稳定性差和易受干扰等问题,提出一种基于未知参数观测器的电力系统参数辨识方法。分析2阶电力系统和4阶电力系统混沌运行状态的数学模型,并分别针对这2种模型的稳定和混沌状态,将电力系统的未知参数看作系统的未知状态,利用非线性状态观测器和稳定性理论,通过构造非线性增益函数和辅助函数得到未知参数观测器,实现混沌电力系统的参数辨识。仿真结果表明该方法具有较好的辨识速度和精度,且具有较好的鲁棒性。     

永磁同步电机驱动系统逆变器故障诊断研究

采用混杂系统理论的分析方法,建立更精确的电机驱动系统开关函数模型——混合逻辑动态模型。并由此提出一种基于电流残差的永磁同步电机驱动系统逆变器开路故障诊断方法。该方法利用主控制器的变量,无需额外的传感器,构造的观测器直接引入真实检测电流,避免观测误差以及时间延迟,而且逆变器发生开路故障时残差与时间成正比,时间越长,残差量就越大,且极易检测,可靠性高。这种方法摆脱了负载和主控制器的影响,具有很强的鲁棒性。反应迅速,能在故障发生的1/4周期之内完成诊断与定位。通过Matlab/Simulink仿真研究验证所提故障诊断方法的可行性和有效性。     

煤层气发动机线性歧管压力观测器的研究

针对预混合双阀控制系统的煤层气发动机,利用稳态和动态实验数据辨识了进气歧管压力平均值模型的参数.依据Luenberger的状态观测器理论,通过极点配置确定合适的反馈增益矩阵,构建了歧管压力闭环观测器.采用节气门阶跃变化的实验数据,对观测器的观测效果进行了检验.结果表明,歧管压力观测器具有良好的预测和噪声抑制能力.对于系统动态非线性的影响,有必要采用非线性观测补偿器来改善观测器的鲁棒性.     

传感器故障检测的Powell神经网络方法

大型热力控制系统必须能够检测传感器故障,并采取相应的措施,保证控制过程的顺利进行,提出了一种基于Powell神经网络的故障检测新方法,为系统中每一个传感器构造一个神经网络观测器,首先离线训练神经网络观测器,然后进行故障检测并同时在线训练,利用神经网络估计输出代替故障传感器输出,保证系统的稳定,神经网络的训练采用Powell方法,该训练方法的收敛速度快,过程稳定,本方法具有在线学习,诊断多个传感器故障等优点,锅炉的实际试验结果表明,此方法行之有效。     

Actuator fault detection for a PEMFC system based on delta operator approach

This paper proposes an actuator fault detection observer design method for a proton exchange membrane fuel cell (PEMFC) system described by delta operator form. In the first, a nonlinear mathematical model for the PEMFC system is proposed by using the mechanism analysis method, which includes the time delay, external disturbance and uncertainty to reduce the conservatism of the design. Then, in order to detect the actuator fault, the functional observer is constructed as the residual generator, and sufficient conditions for the stability of the error system are obtained by using the Lyapunov-krasovsky functional theory in terms of linear matrix inequalities (LMIs), so as to ensure the design of the required functional observer. Finally, simulation results are provided to show the effectiveness of the approach.     

CFB锅炉主蒸汽压力系统的灰色预测控制

循环流化床（CFB）锅炉主蒸汽压力系统是一种大滞后系统,采用传统控制方法其效果并不理想。为此,将灰色预测及单神经元控制思想用于CFB锅炉主蒸汽压力控制系统,利用神经网络对系统的滞后时间进行辨识,并在此基础上采用AR拟合残差的变步长灰色预测方法对蒸汽压力系统的行为进行预测,同时结合单神经元控制器克服辨识误差、预测误差、系统干扰等不确定因素带来的影响,从而提高系统的自适应性。仿真结果表明,系统运行平稳,受不确定因素的影响较小,对CFB锅炉主蒸汽压力系统具有良好的控制效果。     

基于最小资源分配网络的热工对象辨识

建立热工过程的全局非线性模型是热工控制系统全局优化的基础,而静态神经网络难于对非线性动态过程进行建模。资源分配网络(RAN)可以动态调整网络参数,而扩展卡尔曼滤波器(EKF)算法可加快收敛速度。将上述方法有机地结合起来,在此基础上加入剪枝策略和滑动窗口RMS准则,形成了改进的最小资源分配网络(MRAN)。将改进方法应用于典型热工过程的非线性动态建模中,仿真结果表明MRAN网络结构紧凑,建模精度高,适合于在线应用。最后分析了网络初参数对其性能的影响。     

Improving the load-following capability of a solid oxide fuel cell system through the use of time delay control

As a new energy technology with distributed generation prospects, the load-following capability of solid oxide fuel cell (SOFC) systems is one of the main obstacles for commercial operation. This paper introduces a time delay control with an observer (TDO) in the fuel supply system to enhance the load-following capability to realize rapid load-following without fuel starvation. A dynamic model reflecting a 5-kW SOFC system with components such as a cell stack, combustor, heat exchanger and gas supply is developed in MATLAB/Simulink to implement time delay control. TDO is improved to TDOF (time delay control with an observer and filter) to avoid the undesirable impact of external disturbances (such as fuel disturbances) on the stability of the SOFC system. The fuel supply system can be driven by the TDOF controller to closely follow the reference trajectory based on the past responses and the input variables of the system during load-following operation. Simulation results reveal that the SOFC system is able to meet the requirement of load-following due to the satisfactory dynamic performance when the TDOF controller is applied in the fuel supply system. The system is appropriate for complicated power environments.     

汽轮机组回热系统故障诊断知识的模糊处理及诊断研究

在建立火电机组回热系统常见故障的故障集和征兆集基础上,利用模糊数学知识和相关理论,针对回热系统故障征兆参数的不同变化方向和程度,采用不同的变化等级和阈值,建立了回热系统典型故障样本模式知识库及实时故障模式集。同时利用基于MATLAB环境下的径向基函数网络,建立了回热系统故障诊断模型。并利用电站仿真机模似典型故障进行了神经网络模型的验证。实践表明,这种方法可有效地进行回热加热器故障样本模式的模糊量化处理,极大地改善了神经网络训练的收敛性。有利于回热系统的故障诊断。     

电厂热力系统的长期动态特性模型

热力系统的长期动态特性对各种火电机组的仿真或控制系统设计具有十分重要的意义。通过合理的机理分析和简化,从整体高度建立起热力系统的长期动态过程的数学模型,这一整体动态模型能较为合理地反映出长期动态过程中热力系统的蓄热与做功规律,弥补了现有火电机组动态模型的不足,更好地满足了机组长期动态特性分析与负荷控制策略研究的需要。最后以此为工具对某600MW超临界机组的长期动态特性进行了仿真研究,仿真结果合理正确。     

基于互信息和PID神经网络的SCR脱硝扰动补偿控制

针对火电厂选择性催化还原(Selective Catalytic Reduction,SCR)烟气脱硝系统机理复杂,工况变化时呈现的不确定性、强扰动等特点,提出了一种基于互信息和PID神经网络的SCR烟气脱硝扰动补偿控制方法。利用PID前向神经网络的学习性能逼近被控对象的逆构成扰动观测器对系统进行反馈补偿,以达到超前消除系统扰动的目的。选取观测扰动和系统扰动的互信息为目标函数,采用改进的帝国竞争算法实现PID神经网络权值的优化调整。设计鲁棒PID控制器来进一步克服被控对象存在的不确定性。仿真实验表明,该方法具有突出的抗干扰能力和较好的鲁棒性,控制品质优于常规的PID控制。     

并联型有源电力滤波器的Matlab仿真研究

有源电力滤波器用于动态谐波抑制和无功补偿,可以有效地改善电网质量,其主要由谐波电流检测和谐波补偿两部分组成。详细分析了并联型有源电力滤波器的结构及工作原理,采用基于瞬时无功功率理论的ip-iq谐波电流检测方法和三角载波电流跟踪控制方法,利用Matlab软件的Simulink模块对有源滤波器进行了系统建模,并进行了仿真研究。仿真结果表明,仿真模型能够实时检测系统中所含谐波电流,并进行补偿,可以很好地起到动态抑制电网谐波的效果。     

基于过程系统工程理论的热力系统性能模拟

在介绍了过程系统工程理论的基础上,采用过程系统工程理论的序贯模快法建立了电站汽轮机热力系统的过程单元模拟和系统模型,并采用回路断裂与收敛策略对热力系统进行了性能拟,验证了模型精度,最后分析了过程系统工程理论在电站过程系统性能模拟、分析、优化和诊断中应用的可行性与重要性。