近半個世紀(jì)以來

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1、近半個世紀(jì)以來，同步發(fā)電機勵磁控制一直是學(xué)術(shù)界關(guān)注和研究的熱點，僅國內(nèi)學(xué)者在這一領(lǐng)域所發(fā)表的研究論文已有數(shù)百篇之多。幾乎所有先進控制理論，如線性最優(yōu)、非線性最優(yōu)、魯棒控制、人工智能等，都被引人到勵磁控制的研究中。任何一種新近提出的控制算法，都在某一些方面取得了進展和突破，這為實際系統(tǒng)勵磁控制水平的提高積累了較多資料，也為穩(wěn)定控制研究的繼續(xù)深人提供了理論準(zhǔn)備。但是，應(yīng)該看到，勵磁控制的目標(biāo)是多重的，而不是單一的不同發(fā)電機的勵磁調(diào)節(jié)回路之間又是藕合的、交互影響的，電力系統(tǒng)的高維、非線性特點更增加了控制的復(fù)雜性。因此，勵磁控制至今還是一個挑戰(zhàn)性的難題。雖然學(xué)術(shù)界已經(jīng)取得了一定成果，但是，實際電力系統(tǒng)

2、中大量運行的仍然是傳統(tǒng)AVR+PSS，所占比例高居以98%上?？梢?，勵磁調(diào)節(jié)在控制算法層次上的應(yīng)用水平并沒有實質(zhì)性提高。在“西電東送”和“全國互聯(lián)”的推進中，大區(qū)電網(wǎng)的低頻振蕩現(xiàn)象時有發(fā)生，雖未形成災(zāi)難事故，但其潛伏的隱患令人擔(dān)憂，很多棘手的問題有待解決。眾多學(xué)者也因此而對勵磁控制更加關(guān)注。很多同行已經(jīng)認(rèn)識到這一事實截止目前，沒有任何一種勵磁規(guī)律能夠圓滿解決電力大系統(tǒng)的穩(wěn)定控制問題，勵磁控制的研究仍然任重道遠(yuǎn)。大型同步發(fā)電機勵磁控制研究長期以來是一個非常活躍的領(lǐng)域，成為各種控制理論和方法的“試金石”，經(jīng)過多年的探索，在理論和實踐上，都已取得了豐碩的成果；而在目前和將來，隨著電網(wǎng)規(guī)模的不斷擴大及

3、其對安全穩(wěn)定性水平要求的提高，以及控制理論的推陳出新，這一領(lǐng)域的研究將繼續(xù)深入發(fā)展。作者認(rèn)為，在當(dāng)前，應(yīng)該對此進行一些實事求是和“承上啟下”的分析和小結(jié)，以明確:哪些問題已得到了比較圓滿的解決，不需要再花精力去研究了；哪些關(guān)鍵問題還沒有得到滿意的解答，是今后研究的著力點；哪些問題仍然模糊不清，亟待明確；而哪些問題乃細(xì)枝末節(jié)，不必沉溺于其中等等，將是大有裨益的事。誠然，想完成這件有益的事并非一兩個研究組發(fā)表一兩篇文章所能勝任的。需要不同學(xué)派同仁各抒己見、集思廣益，方能奏效。文章嘗試對大型發(fā)電機組勵磁控制發(fā)展的歷史和現(xiàn)狀作一簡要概括，并從工程角度對已經(jīng)比較好地解決了的問題、尚存在的問題以及未來大致

4、走向發(fā)表拙見?！耙闪x相與析”，僅供廣大電力科研人員特別是長期從事勵磁控制研究的學(xué)者參考。1　主題描述現(xiàn)代大型同步發(fā)電機勵磁控制的主要目標(biāo)包括:高精度的電壓調(diào)節(jié)功能；機組無功功率分配功能；提供適當(dāng)?shù)娜斯ぷ枘岷吞岣呦到y(tǒng)穩(wěn)定性和傳輸功率的功能，其中穩(wěn)定性主要指功角穩(wěn)定性(包括靜態(tài)、暫態(tài)和動態(tài)穩(wěn)定性)和電壓穩(wěn)定性。勵磁控制設(shè)計需要解決的關(guān)鍵問題有；1)為簡化控制器設(shè)計所需的多機系統(tǒng)降階動態(tài)等值問題；2)控制規(guī)律構(gòu)造問題；3)系統(tǒng)非線性問題——包括可微非線性和不可微強非線性(如控制限幅)的處理及機端電壓的處理問題；4)多機或多子系統(tǒng)間關(guān)聯(lián)的處理，即分散與解耦控制問題；5)多控制目標(biāo)的協(xié)調(diào)問題；6)勵磁控

5、制器之間及其與別的控制手段的協(xié)調(diào)問題；7)系統(tǒng)不確定性問題；8)適應(yīng)性問題，勵磁控制器對不同運行點、運行方式和擾動模式的適應(yīng)能力和優(yōu)化程度；9)控制系統(tǒng)的特性分析，包括閉環(huán)系統(tǒng)的穩(wěn)定性、魯棒性等。2　歷史與現(xiàn)狀下面以勵磁控制所基于的設(shè)計模型為線索簡單概括一下對該問題研究的歷史與現(xiàn)狀。2.1　線性傳遞函數(shù)數(shù)學(xué)模型上的單變量設(shè)計20世紀(jì)50年代出現(xiàn)的自動電壓調(diào)節(jié)器(AVR)即是體現(xiàn)了這一設(shè)計理論的勵磁控制方式，它采用機端電壓偏差作為反饋量進行比例(P)或比例2積分2微分(PID)調(diào)節(jié)。運用古典控制理論中頻率響應(yīng)法或根軌跡法來確定控制器參數(shù)。AVR式勵磁控制器的基本功能是電壓調(diào)節(jié)和無功功率分配，對提

6、高靜穩(wěn)和暫穩(wěn)也有明顯作用。前蘇聯(lián)學(xué)者所創(chuàng)造的強力式勵磁調(diào)節(jié)器可謂集這一方法之大成，但由于其設(shè)計上的明顯不便，所以雖曾一度成為熱點，卻并未在國外引起效尤。2.2　線性傳遞函數(shù)數(shù)學(xué)模型上的多變量設(shè)計為了改善AVR式勵磁控制器在調(diào)節(jié)精度和穩(wěn)定性間的矛盾以及在提供人工阻尼方面的不足，美國學(xué)者F.D.Demello和C.Concordia于1969年提出了電力系統(tǒng)穩(wěn)定器(PSS)的輔助勵磁控制策略，從而形成了“AVR+PSS”結(jié)構(gòu)的勵磁控制器，成為這一時期的杰作。它在北美被廣泛采用，國內(nèi)也得到推廣。最初的PSS采用機組轉(zhuǎn)速或角頻率作為反饋量，是一種針對特定網(wǎng)絡(luò)模型和振蕩頻率區(qū)間設(shè)計的單輸入、定參數(shù)和線性

7、控制規(guī)律，適應(yīng)能力差。為提高其魯棒性和適應(yīng)能力，許多學(xué)者提出了大量的魯棒和或自適應(yīng)設(shè)計方法，這方面的研究至今仍在繼續(xù)。同時，PSS最初的單變量設(shè)計情況也很快被打破，出現(xiàn)了雙變量反饋的PSS。2.3　線性狀態(tài)空間模型上的多變量優(yōu)化設(shè)計20世紀(jì)60年代末，現(xiàn)代控制理論的發(fā)展和逐漸成熟，為電力系統(tǒng)多變量控制開拓了新的有效途徑。國際上，余耀南教授率先開展了電力系統(tǒng)多變量控制的研究。在國內(nèi)，言茂松教授最先