李瑞

摘要：發(fā)電機的結(jié)構復雜，性能多樣。但是，在同步發(fā)電機當中，有一種重要的系統(tǒng)，就是勵磁系統(tǒng)，勵磁系統(tǒng)在電廠發(fā)電機當中扮演了重要的角色，為將發(fā)電機應用于電力化行業(yè)中提供一定的基礎和保障。勵磁系統(tǒng)，是電廠發(fā)電機中的核心部件和重要部位。其中，勵磁系統(tǒng)的節(jié)能特性，就是當前電廠發(fā)電機的一項重要功能，對于電力的發(fā)展，具有不可估量的作用和影響。因此研究發(fā)電機勵磁系統(tǒng)的節(jié)能控制模型，具有重要意義。

關鍵詞：電廠發(fā)電機;勵磁系統(tǒng);節(jié)能控制模型

一、勵磁系統(tǒng)概述

所謂的勵磁系統(tǒng)，就是提供勵磁電流的電源或是一些重要的輔助設備。一般的勵磁系統(tǒng)分為直流勵磁系統(tǒng)、交流勵磁系統(tǒng)等等。勵磁系統(tǒng)在發(fā)電機中的功能強大。首先，勵磁系統(tǒng)能夠為發(fā)電機提供勵磁電流，促進發(fā)電機正常工作的運行，其次，勵磁系統(tǒng)還能夠控制發(fā)電機的穩(wěn)定性，為發(fā)電機的正常工作創(chuàng)造良好的條件。除了這些，勵磁系統(tǒng)還具有一定的功率輸出，這是電廠發(fā)電機工作的必要條件。

二、發(fā)電機勵磁系統(tǒng)的節(jié)能控制原理探究

分析發(fā)電機勵磁系統(tǒng)的工作原理，不難發(fā)現(xiàn)，其分為手動勵磁電機和自動勵磁電機，無論是哪一種電機，在其正常的工作活動當中，都需要將勵磁機與其他系統(tǒng)進行一定的整合，得到交流電源或是直流電源。再經(jīng)過一系列的系統(tǒng)調(diào)節(jié)和控制，最終實現(xiàn)勵磁系統(tǒng)的工作。而針對于勵磁系統(tǒng)的節(jié)能控制原理，主要是在勵磁系統(tǒng)當中加上一些具有節(jié)能作用的結(jié)構和部件，或是通過當前發(fā)達的科學技術，在發(fā)電機勵磁系統(tǒng)當中進行功率和工作熱效應的調(diào)控，通過一些方法的采取，讓勵磁系統(tǒng)的節(jié)能控制得以凸顯，促進發(fā)電機工作當中的節(jié)能。對于勵磁系統(tǒng)的節(jié)能控制設計，目前在市場中的設計范圍還比較小，人們對于發(fā)電機勵磁系統(tǒng)的節(jié)能原理和節(jié)能功能，還沒有一個深刻的意識。在當前的人類社會發(fā)展進程中，節(jié)能已經(jīng)成為時代發(fā)展的重要選擇，減少能源的消耗的無關浪費，已經(jīng)成為社會各界的廣泛關注。尤其是在電廠這樣的電力領域，對于節(jié)能，有著更好的要求。設計出節(jié)能的發(fā)電機，讓打發(fā)電機的基本節(jié)能功能得以展現(xiàn)，這在一定程度上預示著電廠成本的節(jié)約、工作效率的提高和經(jīng)濟效益的實現(xiàn)。實施發(fā)電機勵磁系統(tǒng)的節(jié)能控制，這不僅是時代的要求，也是電廠發(fā)展和不斷進步的呼喚。節(jié)能，是當下快節(jié)奏社會的要求，為了實現(xiàn)社會的可持續(xù)發(fā)展，進行勵磁系統(tǒng)的節(jié)能設計，具有重要的指導意義。實現(xiàn)勵磁系統(tǒng)的節(jié)能原理，需要付出大量的精力，需要相關人士的積極研究。

三、電廠發(fā)電機勵磁系統(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)電機勵磁系統(tǒng)節(jié)能控制模型的基礎和關鍵。因為勵磁系統(tǒng)所消耗的能量基本上為電能，所以本節(jié)將電量作為勵磁系統(tǒng)的輸入變量值，用Os描述電磁系統(tǒng)設定電量值，用Oi描述電磁系統(tǒng)真實的測量值，求出的值和真實值之差用Ei進行描述，同時將其看作是模糊自適應控制器的一個輸入量，Ei=Os-Oi（i=1，2，3，…），其中，i表示所構建節(jié)能控制模型的第i次的采樣。通過不斷的采樣計算，把差值的變化量Eci看作是其中的一個輸出量Eci=Ei-Ei-1（i=1，2，3，…）。上述2個輸入量為模糊輸入量。將勵磁系統(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)則的設計

模糊控制規(guī)則為人工寫入的，是模糊控制芯片

進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輸出量狀態(tài)的改變進行判斷。詳細模糊控制規(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，則此時相對額定值電量偏差是整數(shù)，同時有增長的趨勢，為了防止偏差增長，恢復額定值，則控制量的取值取負大。2）在偏差值為正中的情況下，如果偏差變化量是負值，則當前偏差有降低的趨勢，為了在控制超調(diào)量的同時滿足額定電量，控制量的值取負中或者負小。3）在偏差值為正小的情況下，如果這時偏差變化量是負值，那么此刻相對額定電量偏差是正數(shù)，同時有降低的趨勢，為了高效地達到額定值，控制量應取負小或者0。4）在偏差值為負大的情況下，如果此刻偏差變化量值為負值，為了避免偏差的出現(xiàn)，達到額定值，控制量值應取正大。

3.3勵磁系統(tǒng)節(jié)能控制過程模糊推理

模糊控制規(guī)則設計好后，接下來就需要依據(jù)模糊控制規(guī)則和輸入變量進行模糊推理獲取節(jié)能控制模型的模糊輸出量。本節(jié)通過極大極小值法實現(xiàn)勵磁系統(tǒng)節(jié)能控制過程的模糊推理。其基本思想如下：針對存在的多個前提規(guī)則，通過模糊邏輯“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。針對存在多個結(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。詳細實現(xiàn)過程如下。如果模糊規(guī)則為Ai且Bi，則電容C的關系可描述如下：

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。

為了驗證本文提出模型的有效性，進行相關的實驗分析。實驗將PID節(jié)能控制模型作為對比，通過matlab7.0仿真軟件構建實驗環(huán)境。電廠發(fā)電機勵磁系統(tǒng)節(jié)能控制是一個非線性、多變量耦合的復雜對象，因此，需構建一個模擬環(huán)境進行仿真實驗，試驗后的對比圖如下：

電廠發(fā)電機勵磁系統(tǒng)節(jié)能控制實驗環(huán)境為Pentium（R）4CPU，4.00UHz，500MB內(nèi)存的PC機，將階躍響應的優(yōu)劣作為評價節(jié)能控制模型好壞的標準，躍階響應曲線越平穩(wěn)，控制效果越穩(wěn)定。躍階響應是指在單位階躍信號u（t）的激勵下產(chǎn)生的零狀態(tài)響應，本文將電機勵磁系統(tǒng)節(jié)能控制的躍階響應閾值設定為0.95。在進行2種模型仿真結(jié)果比較實驗時，采用本文模型對仿真勵磁系統(tǒng)進行節(jié)能控制產(chǎn)生的超調(diào)量更小，和預期值更加吻合，整個控制過程的平穩(wěn)性更高，而且本文模型所需的過渡時間更短，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)當代發(fā)達的電力產(chǎn)業(yè)當中，發(fā)電機充當了必不可少的角色。對于發(fā)電機的勵磁系統(tǒng)節(jié)能控制，應該引起社會人士的廣泛關注，積極進行仿真，尋找理論依據(jù)，最終實現(xiàn)其節(jié)能優(yōu)勢和作用。

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