[發明專利]一種水輪機調速器PID參數優化方法及系統

有效

• 申請號: 201710693859.9
• 申請日: 2017-08-14
• 公開（公告）號: CN107476931B
• 公開（公告）日: 2019-04-16
• 發明（設計）人: 陳剛;史華勃;湯凡;常曉青;丁理杰;張華
• 申請（專利權）人: 國網四川省電力公司電力科學研究院;國家電網公司;國電南瑞科技股份有限公司;國網四川省電力公司
• 主分類號: F03B15/00
• 分類號: F03B15/00
• 代理公司: 成都行之專利代理事務所(普通合伙) 51220
• 代理人: 梁田

1.一種水輪機調速器PID參數優化方法，其特征在于，所述方法包括：

獲得水輪機調速器PID參數優化綜合目標函數J；

J＝βJ₁+(1-β)J₂

其中，J₁為反映水輪機調速器調節性能的ITAE指標函數，J₂為反映水輪機調速器阻尼水平的指標函數；β是衡量水輪機調速器調節性能和阻尼水平指標的權重系數，0＜β＜1；

采用優化算法對水輪機調速器PID參數進行優化，獲得最優PID參數，使得綜合目標函數J最小；

反映水輪機調速器調節性能的ITAE指標函數J₁為：

其中，t表示時間，e(t)為水輪機調速系統頻率差值，e(t)＝x(t)-x_∞，x(t)為調速器、水輪機及發電機組成的閉環調節系統G_閉環在t時刻的階躍響應值，x_∞為穩態轉速偏差，e_n為水輪發電機組綜合自調節系數，e_y為水輪機力矩對導葉開度的傳遞系數，b_p為永態轉差系數，x_c為階躍輸入幅度，G_閉環為由調速器、水輪機以及發電機組成的閉環系統的傳遞函數；

反映水輪機調速器阻尼水平指標函數J₂為：

其中，D(f)為與頻率f相關的函數，f_min、f_max分別為參數優化時提升阻尼水平所關注的頻帶上、下限；

D(f)的計算方式為：

其中，K_D(f)為調速器和水輪機組成的開環系統G_開環在頻率f的阻尼系數。

2.根據權利要求1所述的水輪機調速器PID參數優化方法，其特征在于，所述方法還包括：建立包含水輪機調速系統、水輪機以及發電機的模型，具體包括：

建立包含水輪機調速系統、水輪機以及發電機的模型；

根據建立的模型，分別得到水輪機調速系統、水輪機以及發電機的開環傳遞函數G_調速、G_水輪機和G_發電機；

獲得水輪機輸出機械功率ΔP_m和調速器輸出頻率偏差Δω之間的開環傳遞函數G_開環：

獲得由調速器、水輪機以及發電機組成的閉環系統的傳遞函數G_閉環：

3.根據權利要求1所述的水輪機調速器PID參數優化方法，其特征在于，優化算法包括：粒子群算法、遺傳算法、模擬退火算法、蟻群算法、禁忌搜索算法。

4.根據權利要求1所述的水輪機調速器PID參數優化方法，其特征在于，采用優化算法對水輪機調速器PID參數進行優化，獲得最優PID參數，使得綜合目標函數J最小，具體包括：

讀取待優化參數的水輪機調速器系統模型和除PID之外的調速器參數、水輪機以及發電機參數；

對水輪機調速系統PID參數進行初始化；

將綜合目標函數作為待優化的目標函數，利用優化算法對水輪機調速器PID參數進行優化；

判斷目標函數J是否小于某一閾值或達到優化計算次數上限，若是，則結束調速系統參數優化流程，獲得最優水輪機調速器PID參數，若否，則繼續利用優化算法對水輪機調速器PID參數進行優化和判斷。

5.根據權利要求1所述的水輪機調速器PID參數優化方法，其特征在于，基于聯網參數或孤網參數或默認典型參數，確定衡量水輪機調速器調節性能和阻尼水平指標的權重系數β。

6.一種水輪機調速器PID參數優化系統，其特征在于，所述系統包括：

獲得單元，用于獲得調速器PID參數優化綜合目標函數J；

J＝βJ₁+(1-β)J₂

其中，J₁為反映水輪機調速器調節性能的ITAE指標函數，J₂為反映水輪機調速器阻尼水平的指標函數；β是衡量水輪機調速器調節性能和阻尼水平指標的權重系數，0＜β＜1；

優化單元，用于采用優化算法對水輪機調速器PID參數進行優化，獲得最優PID參數，使得綜合目標函數J最小；

反映水輪機調速器調節性能的ITAE指標函數J₁為：

其中，t表示時間，e(t)為水輪機調速系統頻率差值，e(t)＝x(t)-x_∞，x(t)為調速器、水輪機及發電機組成的閉環調節系統G_閉環在t時刻的階躍響應值，x_∞為穩態轉速偏差，e_n為水輪發電機組綜合自調節系數，e_y為水輪機力矩對導葉開度的傳遞系數，b_p為永態轉差系數，x_c為階躍輸入幅度，G_閉環為由調速器、水輪機以及發電機組成的閉環系統的傳遞函數；

反映水輪機調速器阻尼水平指標函數J₂為：

其中，D(f)為與頻率f相關的函數，f_min、f_max分別為參數優化時提升阻尼水平所關注的頻帶上、下限；

D(f)的計算方式為：

其中，K_D(f)為調速器和水輪機組成的開環系統G_開環在頻率f的阻尼系數。