一种水轮机调速器PID参数优化方法及系统.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN107476931A(43)申请公布日2017.12.15(21)申请号201710693859.9(51)Int.Cl.(22)申请日2017.08.14F03B15/00(2006.01)(71)申请人国网四川省电力公司电力科学研究院地址610000四川省成都市青羊区青华路24号25栋1-7号申请人国家电网公司国电南瑞科技股份有限公司国网四川省电力公司(72)发明人陈刚史华勃汤凡常晓青丁理杰张华(74)专利代理机构成都行之专利代理事务所(普通合伙)51220代理人梁田权利要求书2页说明书5页附图4页(54)发明名称一种水轮机调速器PID参数优化方法及系统(57)摘要本发明公开了一种水轮机调速器PID参数优化方法及系统，所述方法包括：获得抑制超低频振荡的调速器PID参数优化综合目标函数J，采用优化算法进行优化，找到最优PID参数，使得综合目标函数最小，该方法以频率阶跃响应偏差绝对值积分和调速系统阻尼在所关注的超低频带积分加权后作为优化目标，得到的调速器参数同时兼顾了调速器调节性能和阻尼水平，以解决由调速器负阻尼引起的超低频振荡问题，并兼顾调速器调节的动态品质。CN107476931ACN107476931A权利要求书1/2页1.一种水轮机调速器PID参数优化方法，其特征在于，所述方法包括：获得水轮机调速器PID参数优化综合目标函数J；J＝βJ1+(1-β)J2其中，J1为反映水轮机调速器调节性能的ITAE指标函数，J2为反映水轮机调速器阻尼水平的指标函数；β是衡量水轮机调速器调节性能和阻尼水平指标的权重系数，0≤β≤1；采用优化算法对水轮机调速器PID参数进行优化，获得最优PID参数，使得综合目标函数J最小。2.根据权利要求1所述的水轮机调速器PID参数优化方法，其特征在于，反映水轮机调速器调节性能的ITAE指标函数J1为：其中，t表示时间，e(t)为水轮机调速系统频率差值，e(t)＝x(t)-x∞，x(t)为调速器、水轮机及发电机组成的闭环调节系统G闭环在t时刻的阶跃响应值，x∞为稳态转速偏差，en为水轮发电机组综合自调节系数，ey为水轮机力矩对导叶开度的传递系数，bp为永态转差系数，xc为阶跃输入幅度。3.根据权利要求1所述的水轮机调速器PID参数优化方法，其特征在于，反映水轮机调速器阻尼水平指标函数J2为：其中，D(f)为与频率f相关的函数，fmin、fmax分别为参数优化时提升阻尼水平所关注的频带上、下限。4.根据权利要求3所述的水轮机调速器PID参数优化方法，其特征在于，D(f)的计算方式为：其中，KD(f)为调速器和水轮机组成的开环系统G开环在频率f的阻尼系数。5.根据权利要求1所述的水轮机调速器PID参数优化方法，其特征在于，所述方法还包括：建立包含水轮机调速系统、水轮机以及发电机的模型，具体包括：建立包含水轮机调速系统、水轮机以及发电机的模型；根据建立的模型，分别得到水轮机调速系统、水轮机以及发电机的开环传递函数G调速、G水轮机和G发电机；获得水轮机输出机械功率ΔPm和调速器输出频率偏差Δω之间的开环传递函数G开环：获得由调速器、水轮机以及发电机组成的闭环系统的传递函数G闭环：2CN107476931A权利要求书2/2页6.根据权利要求1所述的水轮机调速器PID参数优化方法，其特征在于，优化算法包括：粒子群算法、遗传算法、模拟退火算法、蚁群算法、禁忌搜索算法。7.根据权利要求1所述的水轮机调速器PID参数优化方法，其特征在于，采用优化算法对水轮机调速器PID参数进行优化，获得最优PID参数，使得综合目标函数J最小，具体包括：读取待优化参数的水轮机调速器系统模型和除PID之外的调速器参数、水轮机以及发电机参数；对水轮机调速系统PID参数进行初始化；将综合目标函数作为待优化的目标函数，利用优化算法对水轮机调速器PID参数进行优化；判断目标函数J是否小于某一阈值或达到优化计算次数上限，若是，则结束调速系统参数优化流程，获得最优水轮机调速器PID参数，若否，则继续利用优化算法对水轮机调速器PID参数进行优化和判断。8.根据权利要求1所述的水轮机调速器PID参数优化方法，其特征在于，基于联网参数或孤网参数或默认典型参数，确定衡量水轮机调速器调节性能和阻尼水平指标的权重系数β。9.一种水轮机调速器PID参数优化系统，其特征在于，所述系统包括：获得单元，用于获得调速器PID参数优化综合目标函数J；J＝βJ1+(1-β)J2其中，J1为反映水轮机调速器调节性能的ITAE指标函数，J2为反映水轮机调速器阻尼水平的指标函数；β是衡量水轮机调速器调节性能和阻尼水平指标的权重系数，0≤β≤1；优化单元，用于采用优化算法对水轮机调速器PID参数进行优化，获得