[發明專利]基于不確定性模型的水輪機PID調速器控制參數整定方法

有效

• 申請號: 201410535128.8
• 申請日: 2014-10-11
• 公開（公告）號: CN104389733A
• 公開（公告）日: 2015-03-04
• 發明（設計）人: 劉昌玉;董鴻魁;何雪松;顏秋容;何常勝;楊劍鋒;劉肖
• 申請（專利權）人: 華中科技大學;云南電力試驗研究院（集團）有限公司電力研究院
• 主分類號: F03B15/08
• 分類號: F03B15/08;G06F19/00
• 代理公司: 武漢東喻專利代理事務所(普通合伙) 42224
• 代理人: 方放

1.一種基于不確定性模型的水輪機PID調速器控制參數整定方法，其特征在于，基于水輪機調節系統不確定性模型，將水輪機PID調速器控制參數整定問題歸納為一個約束優化問題進行求解，具體包括以下主要步驟：

(1)建立水輪機調節系統不確定性模型：

水輪機調節系統由水輪機調速器和水輪發電機組兩部分構成，其中水輪機PID調速器模型描述為：

K(s)=Δy(s)Δxc(s)-Δx(s)=kds2+kps+kiTys2+(1+Tybpki)s+bpki]]>

式中，s是拉普拉斯算子；k_p、k_i和k_d分別是比例、積分和微分增益；Δx是機組轉速相對偏差值；Δx_c是轉速給定相對偏差值；Δy是導葉開度相對偏差值；b_p是永態反饋系數；T_y是接力器反應時間；

通過定義狀態變量將水輪發電機組不確定性模型描述如下：

ξ.1ξ.2=[-a10Tw-a30-a10TwTaa50-a30-egTa+-ω1δ1Tw-ω3δ3-ω1δ1TwTaω5δ5-ω3δ3Ta]ξ1ξ2+[-a20a40-a20Ta+-ω2δ2ω4δ4-ω2δ2Ta]Δy]]>

Δx=01ξ1ξ2]]>

其中，Δq是流量相對偏差值；T_w是水流慣性時間常數；T_a是機組慣性時間常數；e_g是發電機自調節系數；ω_i和δ_i分別是標稱值、攝動值和歸一化的不確定性，它們三者構成如下不確定參數a_i：

ai=Δai0+ωiδi,|δi|≤1,i=1,2,···,5]]>

該不確定參數描述了水輪機傳遞系數e_y、e_h、e_x、e_qy、e_qh和e_qx的攝動特性，并滿足如下關系：

a1=1eqh,a2=eheqyeqh,a3=eheqxeqh,]]>a₄＝e_y，a₅＝e_x

水輪機PID調速器模型與水輪發電機組不確定性模型一起構成了水輪機調節系統不確定性模型；

(2)確定水輪機調節系統魯棒穩定的充要條件，并定義水輪機調節系統動態品質的性能指標：

水輪機調節系統魯棒穩定的充要條件為：

μΔ(T(jω))=(infδ{σ-(δ)|det(I-T(jω)δ)=0})-1≤1,∀ω∈[0,∞)]]>

式中，μ_Δ(·)表示結構奇異值；j是虛數單位；ω是頻率；δ是由δ_i構成的對角矩陣δ＝diag(δ₁,δ₂,δ₃,δ₄,δ₅)；T(s)是一個5×5階的傳遞函數矩陣，其各行列元素分別為：

T11(s)=-ω1(a40K(s)+Tas-a50+eg)L(s),T1n(s)=ω1Twa30(K(s)-1)L(s),n=4,5]]>

T21(s)=ω2sK(s)L(s),T2n(s)=-ω2K(s)(Tws+a10)L(s),n=4,5]]>

T31(s)=-ω3sL(s),T3n(s)=ω3(Tws+a10)L(s),n=4,5]]>

T41(s)=ω4sK(s)L(s),T4n(s)=-ω4K(s)(Tws+a10)L(s),n=4,5]]>

T51(s)=-ω5sL(s),T5n(s)=ω5(Tws+a10)L(s),n=4,5]]>

T_mn(s)＝T_wT_m1(s),m＝1,2,…,5,n＝2,3

L(s)=[(a40-a20)Tws+a10a40]K(s)+TwTas2+(Tweg-Twa50+Twa30+Taa10)s+(eg-a50)a10]]>

定義水輪機調節系統動態品質的性能指標：

對不確定性為0的系統標稱模型采用ITAE積分指標：

JITAE0=∫0∞t|Δx(t)|dt,δi=0,i=1,2,···,5]]>

(3)歸納水輪機PID調速器控制參數整定問題，求解該問題得到所要找尋的最優控制參數k^*：

水輪機PID調速器控制參數整定問題被歸納為如下約束優化問題。

minJITAE0]]>

s.t.μΔ(T(jω))≤1,∀ω∈[0,∞)]]>