励磁控制器设计：非线性预测控制增强同步发电机稳定性

"本文主要介绍了同步发电机励磁系统的非线性预测控制技术，该技术旨在提高电力系统的稳定性和动态性能，特别关注发电机机端电压的静态调节精度。通过使用功角、有功功率和角速度作为反馈量，设计了一种具有闭合解析形式控制律的励磁控制器，其设计参数简单，仅包括滚动预测时间和控制阶，有利于实际工程中的实现和调试。仿真结果显示，该控制器能有效提升系统的稳定性和动态品质。关键词包括非线性预测控制、电力系统稳定性以及励磁控制器。" 同步发电机在电力系统中起着至关重要的作用，它的励磁控制系统对维持电网的稳定运行和发电机自身的电压水平至关重要。非线性预测控制（Nonlinear Predictive Control, NPC）是一种先进的控制策略，尤其适用于处理非线性系统，如电力系统中的励磁控制。这种控制技术基于系统模型，预测未来的系统行为，然后优化控制输入以实现期望的性能指标。 在本文中，作者提出了一种新的励磁控制器设计方法，它利用非线性预测控制理论，选择功角、有功功率和角速度作为可测量的反馈变量。这些变量是电力系统运行状态的关键参数，能够准确反映发电机的工作状态。控制器的设计采用闭合解析形式，这意味着控制律可以通过数学公式直接获得，简化了控制器的设计和实现过程。 控制器的关键参数包括滚动预测时间T和控制阶r。滚动预测时间T决定了控制器考虑未来系统行为的时间范围，而控制阶r则影响控制策略的复杂性和精确度。较小的控制阶可能简化控制器，但可能导致控制性能的下降，反之，较大的控制阶可能提供更好的性能，但增加计算负担。 通过仿真研究，作者证明了所提出的非线性预测励磁控制器可以显著提高系统的稳定性，并且在动态响应上表现出优良的性能。此外，控制器能够有效地保持发电机端电压的静态调节精度，这对于维持电网电压稳定至关重要。这表明，非线性预测控制策略对于励磁系统的优化具有巨大潜力，特别是在提升电力系统整体性能方面。 这项工作为电力系统中的励磁控制提供了新的视角和解决方案，利用非线性预测控制技术可以实现更高级别的控制性能，同时简化了控制器的工程实现。未来的研究可能会进一步探索如何将这种方法应用于更大规模的电力系统，以及如何优化控制参数以适应不同的系统条件和需求。