抽水蓄能机组调速系统模糊分数阶PID控制方法.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CN106125552A(43)申请公布日2016.11.16(21)申请号201610643704.X(22)申请日2016.08.08(71)申请人国家电网公司地址100761北京市西城区西长安街86号申请人国网新源控股有限公司江西洪屏抽水蓄能有限公司(72)发明人散齐国(74)专利代理机构南昌市平凡知识产权代理事务所36122代理人许艳(51)Int.Cl.G05B13/04(2006.01)权利要求书2页说明书9页附图10页(54)发明名称抽水蓄能机组调速系统模糊分数阶PID控制方法(57)摘要本发明公开了一种抽水蓄能机组调速系统模糊分数阶PID控制方法，属于电力系统水力发电机组的精细化建模与控制优化领域。本发明首先基于分数阶微积分和模糊控制理论建立针对抽水蓄能机组的模糊分数阶PID控制器；然后对抽水蓄能机组调速系统建模，包括调速器模型，引水系统近似弹性水击模型，基于全特性曲线的水泵水轮机模型，发电机和负载模型；最后，通过提出的并行引力搜索算法优化控制器参数。本发明提出的控制方法更大程度地满足水电能源系统仿真、电力系统分析和抽水蓄能机组优化控制的要求。CN106125552ACN106125552A权利要求书1/2页1.抽水蓄能机组调速系统模糊分数阶PID控制方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1：根据分数阶微积分和模糊控制理论，建立针对抽水蓄能机组的模糊分数阶PID控制器模型，所述控制器模型的模糊推理环节的隶属度函数选用三角形型函数，设计控制器参数误差与误差分数阶积分的模糊规则；步骤2：建立抽水蓄能机组调速系统精细化模型；所述调速系统精细化模型包括模糊分数阶PID控制器模型、引水系统近似弹性水击模型、基于全特性曲线水泵水轮机模型以及一阶发电机模型；步骤3：建立抽水蓄能机组调速系统控制器参数优化的目标函数，以寻求一组调节参数使得机组调速系统在工况转换过渡过程中上升时间快、超调量小、调节时间短；步骤4：设置所述调速系统的模型参数、引力搜索算法参数与控制参数的解空间，通过并行引力搜索算法迭代调整控制器参数，使得目标函数值最小，进而得到机组调速系统的最优控制参数，包括以下子步骤：1)初始化所述调速系统模型参数、并行引力搜索算法参数与算法种群位置；2)通过分配子线程，将种群体划分为多个子种群，并给所述多个子种群分配粒子个数；3)依据建立的目标函数，计算每一子种群的适应值；在子线程中依据粒子群的进化规则，更新所述多个子种群中粒子速度和位置，获得子种群当前最优参数解；4)重复子步骤2)和子步骤3)，直至达到最大迭代次数或预设精度，则停止参数优化搜索，得到的最优解即为提出的抽水蓄能机组调速系统控制器的最优控制参数。2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述模糊分数阶PID控制器模型包括模糊分数阶PID控制模型和接力器执行机构模型，其中所述模糊分数阶PID控制模型的传递函数如下：μ式中：e表示机组转速误差；De表示e的分数阶微分；uFLC表示模糊控制输出；y为机组导叶开度；yc为机组导叶开度设定值；uFLC_FOPI表示分数阶积分环节输出；uFLC_FOPD表示比例环节输出；uFLC_FOPID表示接力器执行机构输入；Ke、Kd、KPI、KPD分别表示模糊控制误差输入比例系数、误差输入分数阶微分系数、输出分数阶积分系数、输出分数阶微分系数；f1(·)、f2(·)分别为KPI、KPD的模糊推理函数；所述接力器执行机构的输出y，其计算公式如下：其中：Ty表示主接力器响应时间常数；TyB表示辅助接力器响应时间常数；k0表示放大系数；ycon表示控制环节输出。3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，所述系数KPI与KPD应用的模糊规则，分别如以下表：表1系数KPI的模糊规则2CN106125552A权利要求书2/2页表2系数KPD的模糊规则4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤1中模糊推理环节采用Mamdani法作为模糊推理方法。3CN106125552A说明书1/9页抽水蓄能机组调速系统模糊分数阶PID控制方法技术领域[0001]本发明属于电力系统水力发电机组的精细化建模与控制优化领域，更具体地，涉及一种抽水蓄能机组调速系统模糊分数阶PID控制方法。背景技术[0002]随着我国经济和社会的快速发展，电力负荷迅速增长，峰谷差不断加大，调峰能力不足将成为制约电力系统发展的突出问题。抽水蓄能电站以其调峰填谷的独特运行特性，发挥着调节负荷和维护电网安全稳定运行的功能，逐步成为我国电力系统有效的、不可或缺的调节手段。然而，水泵水轮机全特性存在着水轮机反“S”区和水泵驼峰区两个运行不稳定的区域，导致低水头水轮机起动并网困难、低水头调相转发电不稳定、机组空载振荡、水泵启