[發明專利]一種優化同步發電機勵磁系統PID參數的方法

在審

• 申請號: 201710593762.0
• 申請日: 2017-07-20
• 公開（公告）號: CN107402515A
• 公開（公告）日: 2017-11-28
• 發明（設計）人: 王平;黃凱;王向東;楊夢楠;章熙;姬源;沈冠全;馬覃峰;梁鈴;黃育松;陳勝;覃海;李穎杰;劉淑君
• 申請（專利權）人: 貴州電網有限責任公司電力調度控制中心
• 主分類號: G05B11/42
• 分類號: G05B11/42
• 代理公司: 南京縱橫知識產權代理有限公司32224
• 代理人: 董建林,王丹

技術領域

本發明涉及一種優化同步發電機勵磁系統PID參數的方法。

背景技術

智能電網的目標之一是用智能控制保證電力系統的“堅強”，而關系到電壓穩定和無功調節的發電機勵磁控制是實現這一目標最直接有效的手段，目前PID控制仍然是電廠勵磁控制的主流，其優點是容易實現，具有一定魯棒性。其發電機勵磁控制的PID參數多數依賴工程經驗的整定方法，即便在穩態情況下控制效果良好，一旦發電機負荷增減或受外界干擾導致運行狀態發生突變時，原來的PID參數面對改變的系統狀況，高品質控制性能難以保證，需要人工調節。因此如何自適應優化PID參數使之能夠更好地適應發電機復雜系統的動態變化，成為發電機勵磁控制研究的主要方向之一。

現有技術中，優化PID參數的方法主要有如下幾種：

第一、將模糊控制與PID控制結合，優點是無需數學模型，結構簡單，實現方便，抗干擾能力強，但控制規則取決于專家知識和經驗，控制性能受到人為因素的影響。

第二、神經網絡因其強大的非線性擬合能力而被用與PID控制相結合控制勵磁系統，其魯棒性強，但存在收斂速度慢，容易陷入局部最優的缺點。

第三、有學者將預測控制和PID控制相結合，用于同步發電機勵磁系統，其在線計算量小、實現方便，但所用的仿真軟件MATLAB相比于目前流行的電力系統暫態仿真儀RTDS(Real Time Digital Simulators)，在實時性和準確度上有較大差距，并且仿真驗證僅考慮了小擾動，沒有考慮大擾動和電力系統穩定器PSS的作用，比如，專利號為201010554113.8的中國專利，公開了一種基于PID預測函數的勵磁控制方法。

發明內容

針對上述問題，本發明提供一種優化同步發電機勵磁系統PID參數的方法，在常規PID勵磁控制策略的基礎上加以改進，引入Tabu算法搜索最優PID控制參數，進一步應用于發電機勵磁控制，并在RTDS上進行實驗驗證。克服了傳統PID控制在運行狀態突變情況下控制性能降低的缺陷，對電壓和功率波動都體現了較好的抗干擾能力，具有較高的工程應用價值。

為實現上述技術目的，達到上述技術效果，本發明通過以下技術方案實現：

一種優化同步發電機勵磁系統PID參數的方法，包括如下步驟：

步驟1、數據初始化：置迭代周期，設迭代次數K＝1，Tabu表置空，任選點X，初設鄰域范圍為S_K；

步驟2、在當前狀態點X的鄰域S(X，S_K)內隨機產生初始狀態Y_j；

步驟3、將狀態點Y_j作為PID參數，針對發電機勵磁系統進行仿真，計算電壓性能指標f(Y_j)；

步驟4、判斷Y_j是否屬于Tabu表，若Y_j不屬于Tabu表則進入步驟5；若Y_j屬于Tabu表，則判斷Y_j是否滿足釋放條件，若滿足釋放條件則進入步驟5，否則進入步驟2；

步驟5、計算n個狀態點，取n個狀態點的適應度最小值記為f(Y)；

步驟6、將f(Y)與當前適應度最優值f_opt進行比較：

若f(Y)<f_opt，則令最優解X_opt＝Y，f_opt＝f(Y)；

若f(Y)>f_opt，則直接進入步驟7；

步驟7、若超過迭代周期且目標函數無改善，則迭代終止且X_opt為最優解，否則將迭代次數加1后進入步驟2。

優選，步驟3中，按適應度函數計算電壓性能指標，其中，適應度函數f為：

式中，t_s為電壓調整時間，t_r為電壓上升時間，ω為權重系數且ω∈[0，1]，σ為電壓的超調量，e_i為電壓輸出誤差。

優選，根據優化的不同階段對搜索目標的要求，動態調整鄰域范圍，方法如下：

式中，R為鄰域半徑，c是鄰域半徑調節的參數，Δd是個體變量的上下界之差，f是當前適應度值。

優選，設定Tabu表禁止條件：步長和此步長對應的狀態點坐標，同時滿足上述兩個條件的移動被禁止。