基于多工况时域响应的PID水轮机调速器参数优化方法.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(10)申请公布号CNCN103590969103590969A(43)申请公布日2014.02.19(21)申请号201310588803.9(22)申请日2013.11.20(71)申请人华中科技大学地址430074湖北省武汉市洪山区珞喻路1037号(72)发明人刘昌玉何雪松颜秋容王湛张恩博(74)专利代理机构华中科技大学专利中心42201代理人朱仁玲(51)Int.Cl.F03B15/00(2006.01)权权利要求书1页利要求书1页说明书5页说明书5页附图4页附图4页(54)发明名称基于多工况时域响应的PID水轮机调速器参数优化方法(57)摘要本发明公开了一种基于多工况时域响应的PID水轮机调速器参数优化方法，包括以下步骤：（1）建立水轮机调节系统模型，具体包括：PID水轮机调速器模型，水轮机-引水管道模型和发电机模型；（2）通过现场试验和参数辨识的方式求得水轮机调节系统模型参数；（3）设计基于多工况时域响应的综合适应度函数，确定优化目标为：找到最优PID控制参数，使得综合适应度函数值达到最小；（4）利用智能优化算法求取最优控制参数。该方法求取的控制参数使得系统能够在不同的工况下都保持满意的动态特性，增强了系统鲁棒性。CN103590969ACN103596ACN103590969A权利要求书1/1页1.一种基于多工况时域响应的PID水轮机调速器参数优化方法，具体包括以下步骤：（1）在某一具体工况Cm下，根据最大超调量M、稳定时间T以及振荡次数N这三个时域响应指标，对一组给定的PID控制参数K，定义单一工况适应度函数为：其中，系数ai用于各个指标之间的加权，i=1,2,3,4；函数e(·)表示频率偏差；K为PID控制器比例系数Kp、积分系数Ki和微分系数Kd构成的向量，t表示时间。（2）在多个工况Cm(m＝1,2,...,M)的情况下，定义PID控制参数K的综合适应度函数为：（3）确定优化目标为：找到最优PID控制参数K*，使得综合适应度函数值达到最小，即：2.根据权利要求1所述的优化方法，其中，所述步骤（1）之前还包括水轮机调节系统模型建立步骤和求取模型参数的步骤。所述水轮机调节系统模型建立步骤包括：建立水轮机调节系统非线性模型，包括PID水轮机调速器模型、水轮机-引水管道模型以及发电机模型；所述求取模型参数的步骤包括：通过现场试验求得水轮机调节系统模型参数，包括死区、接力器反应时间、最短开启、关闭时间，并利用参数辨识方法对水轮机-引水管道模型中的水轮机增益、水流惯性时间常数、引水管道弹性时间常数、水轮机阻尼系数进行辨识。3.根据权利要求1所述的优化方法，其中，所述步骤（3）之后还包括步骤（4）：利用智能优化算法求取最优控制参数。4.根据权利要求3所述的优化方法，其中，所述步骤（4）包括：（4.1）任意取定一组控制参数K，并依次在不同工况Cm(m＝1,2,...,M)下为水轮机调节系统模型施加阶跃扰动，记录系统的时域响应过程；（4.2）根据系统时域响应过程，利用公式（1）计算各自单一工况下的适应度函数值并由公式（2）求得多工况下的综合适应度函数值Fit(K)；（4.3）采用智能优化算法对参数K进行更新，并不断重复步骤（4.1）与步骤（4.2），直至最小化综合适应度函数值Fit(K)，求得最优控制参数K*。2CN103590969A说明书1/5页基于多工况时域响应的PID水轮机调速器参数优化方法技术领域[0001]本发明涉及水轮机调节技术，具体涉及一种基于多工况时域响应的PID水轮机调速器参数优化方法。背景技术[0002]水轮机调节的基本任务是根据电网负荷的变化，不断调节发电机组的有功功率输出，并维持机组转速在规定的范围内，其调节对象包括：压力引水系统和泄水系统、水轮机、发电机和机组并入运行的电网。由于该对象是一个将水力过程、机械过程和电气过程综合于一体、彼此密切联系的结构复杂和参数时变的被控制系统，在水电站控制中通常采用比例积分微分（PID）调速器与其构成闭环水轮机调节系统，以确保该系统安全稳定运行，进而为电网提供高质量的供电。[0003]对水轮机调节系统而言，水轮机调速器是保证其拥有满意的动态特性并可靠运行的重要控制设备，而调速器的控制参数选择是否得当则决定了调速器控制品质的优劣。不合理的参数选择会导致水电机组性能不佳，限制其调节能力的发挥，并存在严重的安全问题。[0004]许多先进的理论和方法已广泛用于PID水轮机调速器参数优化，但大多数方法都是在系统处于某一特定工况的基础上进行控制参数优化，这样得到的最优参数不能保证系统在其它工况下也拥有满意的调节品质，因而导致水轮机调节系统对工况变化的鲁棒性较差。发明内容[0005]针对现有技术的不足，