[发明专利]基于满意控制的水轮机调速系统参数优化方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种PID(proportional-integral-derivative)控制器参数优化技术领域，具体说是一种基于满意控制的水轮机调速系统参数优化方法，属PID控制器参数优化技术领域。 

背景技术

水电机组是一个典型的水力、机械、电气耦合系统，具有时变、非最小相位特性，又是一个参数随工况改变而变化的非线性对象，现广泛采用常规PID(proportional-integral-derivative)调节器。良好的调速系统控制不仅对电力系统大干扰稳定性的改善有很大作用，而且对系统的小干扰稳定性的提高及抑制系统低频振荡也非常有效。水轮机调速器的参数直接关系到水轮机调节系统的稳定、运行及调节品质，进而会影响到电能的质量。 

PID控制器应用的关键在于PID参数的整定。在工况确定的情况下，适当地选择比例、积分、微分系数可以使水轮机调节系统得到比较完善的动态和稳态性能。随着超高压远距离输电的大规模互联电力系统的日益发展，高水头大容量水轮机组和大容量抽水蓄能机组的出现，对水轮机调节系统的调节品质提了更高的要求，同时也对调速器的参数优化设计提出了更高的要求。 

各种先进的控制理论和方法广泛用于水轮机调节系统的PID参数整定，优化算法大多以PID的控制效果最优为目标来设计系统参数。诸如水力发电机组这样的工况多变、强非线性系统，其参数的最优化设计有现实困难。一般而言，其主要性能指标满足要求即可。 

本发明满意控制方法是以系统的具体性能指标要求为依据，以系统的实际运行结果为衡量标准来设计优化控制器参数的，由此设计的系统不一定在最优的工况下运行，却能较好满足实际要求，大大减小了寻优的代价，因此更具实用性。满意控制理论提出以来，已应用于工业过程控制，乃至军事领域。随着高水头大容量水轮机组和大容量抽水蓄能机组的出现，对水轮机调速器的参数优化设计提出了更高的要求。当前，针对水轮机调节系统的PID参数整定的优化算法大多以PID的控制效果最优为目标来设计系统参数。诸如水力发电机组这样的工况多变、强非线性系统，其参数的最优化设计有现实困难。 

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，针对水轮机线性和非线性水击两种情况，发明一种基于满意控制的水轮机调速系统参数优化方法，它是以水轮机系统的具体性能指标要求为依据，以系统的实际运行结果为衡量标准来设计优化控制器参数，建立以系统性能指标总体满意度函数为适应度的遗传算法模型，通过对三种参数优化设计方法的仿真对比分析，进行提出基于满意控制的水轮机调速系统参数优化方法，该设计的系统不一定在最优的工况下运行，却能较好满足实际要求，大大减小了寻优的代价，表明系统满意控制方法用于水轮机调速系统可行、有效、实用。 

本发明基于满意控制的水轮机调速系统参数优化方法的特征在于：先以水轮机系统的具体性能指标要求数据为依据，采集水轮机系统响应的上升时间、超调量、调整时间和稳态误差性能指标，既得到各性能指标的满意度函数，以系统的实际运行结果为衡量标准来设计优化控制器参数，建立以系统性能指标总体满意度函数为适应度的遗传算法模型，通过对三种参数优化设计方法的仿真对比分析，进行提出基于满意控制的水轮机调速系统参数优化方法，及总体满意度符合设计要求的PID参数。 

本发明机理是： 

1.水机电系统的线性及非线性模型 

1.1线性水轮机模型 

对混流式水轮机： 

q＝e_qyy+e_qxx+e_qhh    (1) 

m_t＝e_yy+e_xx+e_hh      (2) 

其中：q，m_t，y，x，h分别表示流量、力矩、接力器行程、转速、水头的偏差；e_qy，e_qx，e_qh分别表示接力器行程、转速、水头-流量的传递系数；e_y，e_x，e_h分别表示接力器行程、转速、水头-力矩的传递系数。 

水轮机一阶线性化刚性水击模型为：