一種基于特征參數(shù)的水電機(jī)組調(diào)速系統(tǒng)控制參數(shù)整定方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于水輪機(jī)調(diào)速器優(yōu)化技術(shù)領(lǐng)域，更具體地，涉及一種基于特征參數(shù)的水 電機(jī)組調(diào)速系統(tǒng)控制參數(shù)整定方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 水電機(jī)組作為電力系統(tǒng)的重要組成部分，因其具有開、停機(jī)速度快，響應(yīng)迅速，能 夠快速、靈活地針對(duì)電網(wǎng)情況做出調(diào)整等優(yōu)點(diǎn)，所以是理想的調(diào)頻、調(diào)峰和事故備用電源。
[0003] 水電機(jī)組調(diào)節(jié)性能的優(yōu)劣主要由其調(diào)速系統(tǒng)的控制參數(shù)決定。但長久以來，控制 參數(shù)整定仍然缺乏行之有效的方法，主要還是依賴水電站操作人員對(duì)特定機(jī)組運(yùn)行狀況和 規(guī)律的經(jīng)驗(yàn)總結(jié)。因此，如何建立一套系統(tǒng)化、通用化的水電機(jī)組調(diào)速系統(tǒng)控制參數(shù)整定方 法，成為學(xué)者們持續(xù)關(guān)注的研宄熱點(diǎn)。
[0004] 盡管眾多學(xué)者利用勞斯-赫爾維茨穩(wěn)定判據(jù)、狀態(tài)空間特征值、根軌跡和極點(diǎn)相 消法在水輪機(jī)調(diào)速器控制參數(shù)優(yōu)化領(lǐng)域做出了大量開拓性的工作，并提出了各種經(jīng)典整定 公式，但由于在研宄中采用了過于簡(jiǎn)化的水電機(jī)組模型，從而導(dǎo)致這些整定公式在實(shí)際工 程中的使用效果并不理想，主要起到指導(dǎo)性的作用。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的以上缺陷或改進(jìn)需求，本發(fā)明提供一種基于特征參數(shù)的水電機(jī)組 調(diào)速系統(tǒng)控制參數(shù)整定方法，能夠根據(jù)水電機(jī)組的5個(gè)特征參數(shù)（水流慣性時(shí)間常數(shù)、機(jī)組 慣性時(shí)間常數(shù)、接力器反應(yīng)時(shí)間常數(shù)、永態(tài)轉(zhuǎn)差系數(shù)和發(fā)電機(jī)綜合自調(diào)節(jié)系數(shù)）直接整定 出調(diào)速系統(tǒng)最優(yōu)控制參數(shù)。
[0006] 本發(fā)明提供一種基于特征參數(shù)的水電機(jī)組調(diào)速系統(tǒng)控制參數(shù)整定方法，包括以下 步驟：
[0007] 步驟1根據(jù)水電機(jī)組模型建立所述水電機(jī)組的閉環(huán)特征方程，引入無量綱參數(shù)λ i 代入所述閉環(huán)特征方程，得到所述水電機(jī)組的無量綱特征方程，其中，i = 1，2，···，6,定義 無量綱時(shí)間常數(shù)τ和無量綱拉普拉斯算子q如下： Δ t 、i/
[0008] Τ^ττ, q~- = Ls iW ClT
[0009] 其中，t表示時(shí)間；Tw表示水流慣性時(shí)間常數(shù)無量綱特征方程；s表示拉普拉斯算 子；
[0010] 步驟2對(duì)所述無量綱特征方程應(yīng)用勞斯-赫爾維茨穩(wěn)定判據(jù)，得到系統(tǒng)穩(wěn)定條件， 整定無量綱參數(shù)λ 3的最優(yōu)值；
[0011] 步驟3根據(jù)所述無量綱參數(shù)λ 3的最優(yōu)值，應(yīng)用根軌跡法對(duì)所述無量綱特征方程 進(jìn)行分析，整定無量綱參數(shù)λ JP λ 2的最優(yōu)值；
[0012] 步驟4根據(jù)所述無量綱參數(shù)λρ \2和λ 3的最優(yōu)值，利用線性回歸法和曲線擬合 技術(shù)獲得所述水電機(jī)組調(diào)速系統(tǒng)控制參數(shù)的最優(yōu)值。
[0013] 總體而言，通過本發(fā)明所構(gòu)思的以上技術(shù)方案與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有以下有益效 果：
[0014] 本發(fā)明借助線性回歸和曲線擬合技術(shù)將水輪機(jī)PID調(diào)速器經(jīng)典整定公式推廣至 更一般的情況，由于在分析過程中使用了更為詳細(xì)的水電機(jī)組模型，使其能夠根據(jù)系統(tǒng)五 大特征參數(shù)（水流慣性時(shí)間常數(shù)、機(jī)組慣性時(shí)間常、接力器反應(yīng)時(shí)間、永態(tài)轉(zhuǎn)差系數(shù)和發(fā)電 機(jī)綜合自調(diào)節(jié)系數(shù)）直接整定出最優(yōu)控制參數(shù)，從而使得本發(fā)明方法更具實(shí)用價(jià)值。
【附圖說明】
[0015] 圖1為本發(fā)明基于特征參數(shù)的水電機(jī)組調(diào)速系統(tǒng)控制參數(shù)整定方法的流程圖；
[0016] 圖2為本發(fā)明水電機(jī)組模型框圖；
[0017] 圖3為本發(fā)明根軌跡圖；
[0018] 圖4(a)為本發(fā)明λ 4= 〇時(shí)λ 1的回歸平面示意圖；
[0019] 圖4(b)為本發(fā)明λ 4= 〇時(shí)λ 2的回歸平面示意圖；
[0020] 圖5(a)為本發(fā)明回歸系數(shù)α ^勺擬合圖；
[0021] 圖5(b)為本發(fā)明回歸系數(shù)β 4勺擬合圖；
[0022] 圖6為本發(fā)明第一組系數(shù)下水電機(jī)組響應(yīng)過程頻率曲線圖；
[0023] 圖7為本發(fā)明第二組系數(shù)下水電機(jī)組響應(yīng)過程頻率曲線圖。
【具體實(shí)施方式】
[0024] 為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下結(jié)合附圖及實(shí)施例，對(duì) 本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實(shí)施例僅僅用以解釋本發(fā)明，并 不用于限定本發(fā)明。此外，下面所描述的本發(fā)明各個(gè)實(shí)施方式中所涉及到的技術(shù)特征只要 彼此之間未構(gòu)成沖突就可以相互組合。
[0025] 本發(fā)明提供一種基于特征參數(shù)的水電機(jī)組調(diào)速系統(tǒng)控制參數(shù)整定方法，其基本思 想為：在水電機(jī)組無量綱特征方程的基礎(chǔ)上，應(yīng)用勞斯-赫爾維茨穩(wěn)定判據(jù)和根軌跡法求 取調(diào)速系統(tǒng)最優(yōu)控制參數(shù)，并用線性回歸法和曲線擬合技術(shù)獲得控制參數(shù)的定量整定公 式。
[0026] 圖1所示為本發(fā)明基于特征參數(shù)的水電機(jī)組調(diào)速系統(tǒng)控制參數(shù)整定方法的流程 圖，具體包括以下步驟：
[0027] 步驟1建立水電機(jī)組無量綱特征方程。圖2所示為本發(fā)明水電機(jī)組模型框圖， 其中水電機(jī)組是由控制器、執(zhí)行器、水輪機(jī)、壓力管道、發(fā)電機(jī)和負(fù)荷組成的復(fù)雜系統(tǒng)，圖 中X表示機(jī)組轉(zhuǎn)速；X。表示給定轉(zhuǎn)速;m g表示阻力矩。在本發(fā)明實(shí)施例中，控制器的傳遞
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種基于特征參數(shù)的水電機(jī)組調(diào)速系統(tǒng)控制參數(shù)整定方法，其特征在于，包括： 步驟1根據(jù)水電機(jī)組模型建立所述水電機(jī)組的閉環(huán)特征方程，引入無量綱參數(shù)A4代 入所述閉環(huán)特征方程，得到所述水電機(jī)組的無量綱特征方程，其中，i= 1，2,…，6,定義無 量綱時(shí)間常數(shù)t和無量綱拉普拉斯算子q如下：
其中，t表示時(shí)間；Tw表示水流慣性時(shí)間常數(shù)無量綱特征方程；s表示拉普拉斯算子； 步驟2對(duì)所述無量綱特征方程應(yīng)用勞斯-赫爾維茨穩(wěn)定判據(jù)，得到系統(tǒng)穩(wěn)定條件，整定 無量綱參數(shù)A3的最優(yōu)值； 步驟3根據(jù)所述無量綱參數(shù)A3的最優(yōu)值，應(yīng)用根軌跡法對(duì)所述無量綱特征方程進(jìn)行 分析，整定無量綱參數(shù)A:和X2的最優(yōu)值； 步驟4根據(jù)所述無量綱參數(shù)、、^和X3的最優(yōu)值，利用線性回歸法和曲線擬合技術(shù) 獲得所述水電機(jī)組調(diào)速系統(tǒng)控制參數(shù)的最優(yōu)值。
2. 如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，在所述步驟1中，定義
i中，kp、kJP1^分別 表示控制器的比例、積分和微分增益，均是需要整定的所述水電機(jī)組調(diào)速系統(tǒng)控制參數(shù)；Ty 表示執(zhí)行器反應(yīng)時(shí)間常數(shù)；Ta表示機(jī)組慣性時(shí)間常數(shù)；bp表示永態(tài)轉(zhuǎn)差系數(shù)；en表示發(fā)電機(jī) 綜合自調(diào)節(jié)系數(shù)。
3. 如權(quán)利要求1或2所述的方法，其特征在于，在所述步驟2中，將無量綱參數(shù)X3的 最優(yōu)值整定為將所述系統(tǒng)穩(wěn)定條件分為兩種穩(wěn)定條件的臨界值。
4. 如權(quán)利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述步驟3包括以下子步驟： (3-1)根據(jù)根軌跡圖，設(shè)置極點(diǎn)的最優(yōu)阻尼比 (3-2)根據(jù)所述最優(yōu)阻尼比獲得適合的（AA2)組合值，在所述水電機(jī)組模型 中定義基于轉(zhuǎn)速偏差e(t)的泛函積分指標(biāo)/ = 將各組（A1;A2)值逐一代入 所述水電機(jī)組模型中仿真階躍負(fù)荷擾動(dòng)響應(yīng)過程；選取令所述泛函積分指標(biāo)J值最小的 (入^J組合值作為入1和入2的最優(yōu)整定值。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述步驟4包括以下子步驟： (4-1)定義無量綱參數(shù)A:和X2的回歸模型如下：
其中，A；和義表示所述步驟3中整定的最優(yōu)值；4和七:表示A；'和2)對(duì)應(yīng)的自變量取 值；a…a"a2、0p0 0 2表示回歸系數(shù)； <和￡丨表示隨機(jī)誤差； (4-2)用線性回歸法求無量綱參數(shù)A:和X2的回歸方程； (4-3)歸納總結(jié)所述回歸系數(shù)a^ana2、^和02與無量綱參數(shù)X4的關(guān)系， 利用曲線擬合的方法求得各個(gè)回歸系數(shù)的擬合方程； (4-4)將得到的各回歸系數(shù)帶入到所述回歸模型中去，無量綱參數(shù)A:和X2最終被整 理為由無量綱參數(shù)14、^和X6構(gòu)成的函數(shù)，得到所述水電機(jī)組調(diào)速系統(tǒng)控制參數(shù)的定量 整定公式，進(jìn)而獲得所述水電機(jī)組調(diào)速系統(tǒng)控制參數(shù)的最優(yōu)值。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種基于特征參數(shù)的水電機(jī)組調(diào)速系統(tǒng)控制參數(shù)整定方法，屬于水輪機(jī)調(diào)速器優(yōu)化技術(shù)領(lǐng)域。本發(fā)明包括以下步驟：(1)通過無量綱化處理得到水電機(jī)組無量綱特征方程；(2)應(yīng)用勞斯-赫爾維茨穩(wěn)定判據(jù)和根軌跡法求取調(diào)速系統(tǒng)最優(yōu)控制參數(shù)；(3)利用線性回歸法和曲線擬合技術(shù)獲得調(diào)速系統(tǒng)控制參數(shù)的最優(yōu)值。本發(fā)明具有整定過程簡(jiǎn)單、計(jì)算量小、易于實(shí)現(xiàn)等優(yōu)點(diǎn)，能夠根據(jù)水電機(jī)組的五個(gè)特征參數(shù)(水流慣性時(shí)間常數(shù)、機(jī)組慣性時(shí)間常數(shù)、接力器反應(yīng)時(shí)間常數(shù)、永態(tài)轉(zhuǎn)差系數(shù)和發(fā)電機(jī)綜合自調(diào)節(jié)系數(shù))直接整定出調(diào)速系統(tǒng)最優(yōu)控制參數(shù)。
【IPC分類】G05D13-62, G05B13-04
【公開號(hào)】CN104808705
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510204386
【發(fā)明人】唐戢群, 劉昌玉, 何雪松, 沈春華, 顏秋容, 高曉光, 劉肖
【申請(qǐng)人】貴州電力試驗(yàn)研究院, 華中科技大學(xué)
【公開日】2015年7月29日
【申請(qǐng)日】2015年4月27日