励磁控制方法的研究现状

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励磁控制包括励磁控制装置和励磁控制方法。励磁控制装置包括励磁功率单元和励磁调节器，励磁调节器在很大程度上决定了整个励磁系统动、静态特性。按照整流方式的不同，励磁方式可以分成直流、交流、静态三类，其中静态自并励静止励磁方式目前被广泛采用。硬件结构可分为模拟式和微机式两类，目前广泛采用微机式。65100

相较于励磁控制装置，控制方法的优化更为关键。随着控制理论的发展，各种控制方法已被应用于励磁控制设计中，其中一些控制方法在实际电力系统中产生了很好的效益。下面将概括介绍各种励磁控制方法[4~10]以及励磁控制与其他控制间的协调控制，并指出励磁控制的发展方向。励磁控制方法的发展经历了线性单变量控制、线性多变量控制、非线性多变量控制及智能控制几个发展阶段，其中线性多变量控制可分为强力式、PID+PSS、线性最优等励磁控制方法；非线性多变量控制可分为鲁棒、变结构、自适应、内模、预测、灰色、自抗扰、Lyapunov、反步、无源优化、Hamilton、反馈线性化等励磁控制；智能控制可分为模糊、神经网络、支持向量机、专家、迭代学习、基于遗传算法、模糊神经等励磁控制[11]。

基于线性传递函数模型的单变量方法[4]，运用频率法或根轨迹法确定控制参数，算法简单可靠，物理意义明确，调整方便，可抑制故障后的电压波动，改善发电机电压的稳定性，但仅适用于单变量的线性定常系统，不适用于非线性、时变、耦合及参数和结构不确定的复杂对象，无法同时兼顾功率、发电机转速等其他变量的调节性能，抑制系统低频振荡的作用有限，还存在无法区别在正、负阻尼之间的变化情况等等问题。

由于大容量机组、远距离输电以及快速的静止励磁方式的广泛应用，致使整个电力系统的阻尼特性恶化，若还是采用常规PID励磁控制方式，将导致电力系统发生低频振荡，因而随着控制理论的发展，一些先进控制方法被引入到励磁控制中，并产生良好的控制效果，如PID+PSS控制[5]。它在一定程度上改善了控制性能，但是PSS的参数要通过实验方法整定，工作量大；另外，PSS的参数只能对系统一般范围的振荡频率（0.5-5Hz)有比较好的抑制作用，当系统发生超低频振荡或次同步振荡时，PSS不能发挥很好的作用，甚至会起相反的作用，所以这个时候往往要把PSS闭锁；PSS是针对特定网络模型和低频振荡空间设计的，当运行方式有较大改变时，参数整定后与实际振荡频率偏离较大，控制效果就会减弱，甚至起到反作用，鲁棒性和适应性较差，往往只能得到较好结果，而不是最优结果。论文网

这时，线性最优励磁控制[6]出现了，它是在满足一定约束条件下，寻求最优控制策略，使得系统的性能指标达到极值。虽然动态品质和稳定性之间有了较好的统一，改善了系统的鲁棒性、适应性及阻尼特性，但是只有在符合几个前提条件的理想状态下系统对应的Riccati方程才有真解，局部线性化也没有考虑到运行方式改变时参数的变化。

对此，自适应最优励磁控制[7]有一定改善。它可以解决PSS等方法存在的实际运行点离设计运行点偏移较大时控制效果变差的问题，控制效果优于其他参数固定的励磁控制方式；能跟踪被控系统运行状态并不断修正参数，具有很强的抗干扰能力和良好的鲁棒性。但是数学模型的建立和运算比较复杂，控制系统不易实现；进行辨识和校正需要一定时间，主要适用于渐变和实时性不高的过程，难以在时变、快速的励磁控制中应用；处理非线性及结构变化的能力较差，在多输出系统中的应用尚不成熟。