基于多工況時(shí)域響應(yīng)的pid水輪機(jī)調(diào)速器參數(shù)優(yōu)化方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種基于多工況時(shí)域響應(yīng)的PID水輪機(jī)調(diào)速器參數(shù)優(yōu)化方法，包括以下步驟：（1）建立水輪機(jī)調(diào)節(jié)系統(tǒng)模型，具體包括：PID水輪機(jī)調(diào)速器模型，水輪機(jī)-引水管道模型和發(fā)電機(jī)模型；（2）通過現(xiàn)場試驗(yàn)和參數(shù)辨識(shí)的方式求得水輪機(jī)調(diào)節(jié)系統(tǒng)模型參數(shù)；（3）設(shè)計(jì)基于多工況時(shí)域響應(yīng)的綜合適應(yīng)度函數(shù)，確定優(yōu)化目標(biāo)為：找到最優(yōu)PID控制參數(shù)，使得綜合適應(yīng)度函數(shù)值達(dá)到最小；（4）利用智能優(yōu)化算法求取最優(yōu)控制參數(shù)。該方法求取的控制參數(shù)使得系統(tǒng)能夠在不同的工況下都保持滿意的動(dòng)態(tài)特性，增強(qiáng)了系統(tǒng)魯棒性。
【專利說明】基于多工況時(shí)域響應(yīng)的PID水輪機(jī)調(diào)速器參數(shù)優(yōu)化方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及水輪機(jī)調(diào)節(jié)技術(shù)，具體涉及一種基于多工況時(shí)域響應(yīng)的PID水輪機(jī)調(diào)速器參數(shù)優(yōu)化方法。
【背景技術(shù)】
[0002]水輪機(jī)調(diào)節(jié)的基本任務(wù)是根據(jù)電網(wǎng)負(fù)荷的變化，不斷調(diào)節(jié)發(fā)電機(jī)組的有功功率輸出，并維持機(jī)組轉(zhuǎn)速在規(guī)定的范圍內(nèi)，其調(diào)節(jié)對(duì)象包括:壓力引水系統(tǒng)和泄水系統(tǒng)、水輪機(jī)、發(fā)電機(jī)和機(jī)組并入運(yùn)行的電網(wǎng)。由于該對(duì)象是一個(gè)將水力過程、機(jī)械過程和電氣過程綜合于一體、彼此密切聯(lián)系的結(jié)構(gòu)復(fù)雜和參數(shù)時(shí)變的被控制系統(tǒng)，在水電站控制中通常采用比例積分微分(PID)調(diào)速器與其構(gòu)成閉環(huán)水輪機(jī)調(diào)節(jié)系統(tǒng)，以確保該系統(tǒng)安全穩(wěn)定運(yùn)行，進(jìn)而為電網(wǎng)提供高質(zhì)量的供電。
[0003]對(duì)水輪機(jī)調(diào)節(jié)系統(tǒng)而言，水輪機(jī)調(diào)速器是保證其擁有滿意的動(dòng)態(tài)特性并可靠運(yùn)行的重要控制設(shè)備，而調(diào)速器的控制參數(shù)選擇是否得當(dāng)則決定了調(diào)速器控制品質(zhì)的優(yōu)劣。不合理的參數(shù)選擇會(huì)導(dǎo)致水電機(jī)組性能不佳，限制其調(diào)節(jié)能力的發(fā)揮，并存在嚴(yán)重的安全問題。
[0004]許多先進(jìn)的理論和方法已廣泛用于PID水輪機(jī)調(diào)速器參數(shù)優(yōu)化，但大多數(shù)方法都是在系統(tǒng)處于某一特定工況的基礎(chǔ)上進(jìn)行控制參數(shù)優(yōu)化，這樣得到的最優(yōu)參數(shù)不能保證系統(tǒng)在其它工況下也擁有滿意的調(diào)節(jié)品質(zhì)，因而導(dǎo)致水輪機(jī)調(diào)節(jié)系統(tǒng)對(duì)工況變化的魯棒性較差。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明的目的在于提出一種基于多工況時(shí)域響應(yīng)的PID水輪機(jī)調(diào)速器參數(shù)優(yōu)化方法，該方法求取的控制參數(shù)使得系統(tǒng)能夠在不同的工況下都保持滿意的動(dòng)態(tài)特性，系統(tǒng)魯棒性得以增強(qiáng)。
[0006]為實(shí)現(xiàn)以上發(fā)明目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案:
[0007]一種基于多工況時(shí)域響應(yīng)的PID水輪機(jī)調(diào)速器參數(shù)優(yōu)化方法，具體包括以下步驟:
[0008](1)在某一具體工況Cm下，根據(jù)最大超調(diào)量M，穩(wěn)定時(shí)間T以及振蕩次數(shù)N這三個(gè)時(shí)域響應(yīng)指標(biāo)，對(duì)一組給定的PID控制參數(shù)K，定義單一工況適應(yīng)度函數(shù)為:
[0009]
【權(quán)利要求】
1.一種基于多工況時(shí)域響應(yīng)的PID水輪機(jī)調(diào)速器參數(shù)優(yōu)化方法，具體包括以下步驟: (1)在某一具體工況Cm下，根據(jù)最大超調(diào)量M、穩(wěn)定時(shí)間T以及振蕩次數(shù)N這三個(gè)時(shí)域響應(yīng)指標(biāo)，對(duì)一組給定的PID控制參數(shù)K，定義單一工況適應(yīng)度函數(shù)為:

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的優(yōu)化方法，其中，所述步驟(1)之前還包括水輪機(jī)調(diào)節(jié)系統(tǒng)模型建立步驟和求取模型參數(shù)的步驟。 所述水輪機(jī)調(diào)節(jié)系統(tǒng)模型建立步驟包括:建立水輪機(jī)調(diào)節(jié)系統(tǒng)非線性模型，包括PID水輪機(jī)調(diào)速器模型、水輪機(jī)-引水管道模型以及發(fā)電機(jī)模型； 所述求取模型參數(shù)的步驟包括:通過現(xiàn)場試驗(yàn)求得水輪機(jī)調(diào)節(jié)系統(tǒng)模型參數(shù)，包括死區(qū)、接力器反應(yīng)時(shí)間、最短開啟、關(guān)閉時(shí)間，并利用參數(shù)辨識(shí)方法對(duì)水輪機(jī)-引水管道模型中的水輪機(jī)增益、水流慣性時(shí)間常數(shù)、引水管道彈性時(shí)間常數(shù)、水輪機(jī)阻尼系數(shù)進(jìn)行辨識(shí)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的優(yōu)化方法，其中，所述步驟(3)之后還包括步驟(4):利用智能優(yōu)化算法求取最優(yōu)控制參數(shù)。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的優(yōu)化方法，其中，所述步驟(4)包括: (4.1)任意取定一組控制參數(shù)K，并依次在不同工況Cm(m= 1，2，...，M)下為水輪機(jī)調(diào)節(jié)系統(tǒng)模型施加階躍擾動(dòng)，記錄系統(tǒng)的時(shí)域響應(yīng)過程； (4.2)根據(jù)系統(tǒng)時(shí)域響應(yīng)過程，利用公式(I)計(jì)算各自單一工況下的適應(yīng)度函數(shù)值./:: (〃)，并由公式(2)求得多工況下的綜合適應(yīng)度函數(shù)值Fit (K)； (4.3)采用智能優(yōu)化算法對(duì)參數(shù)K進(jìn)行更新，并不斷重復(fù)步驟(4.1)與步驟(4.2)，直至最小化綜合適應(yīng)度函數(shù)值Fit (K)，求得最優(yōu)控制參數(shù)K'
【文檔編號(hào)】F03B15/00GK103590969SQ201310588803
【公開日】2014年2月19日 申請日期:2013年11月20日 優(yōu)先權(quán)日:2013年11月20日
【發(fā)明者】劉昌玉, 何雪松, 顏秋容, 王湛, 張恩博 申請人:華中科技大學(xué)