[发明专利]一种基于特征参数的水电机组调速系统控制参数整定方法

说明书

技术领域

本发明属于水轮机调速器优化技术领域，更具体地，涉及一种基于特征参数的水电机组调速系统控制参数整定方法。

背景技术

水电机组作为电力系统的重要组成部分，因其具有开、停机速度快，响应迅速，能够快速、灵活地针对电网情况做出调整等优点，所以是理想的调频、调峰和事故备用电源。

水电机组调节性能的优劣主要由其调速系统的控制参数决定。但长久以来，控制参数整定仍然缺乏行之有效的方法，主要还是依赖水电站操作人员对特定机组运行状况和规律的经验总结。因此，如何建立一套系统化、通用化的水电机组调速系统控制参数整定方法，成为学者们持续关注的研究热点。

尽管众多学者利用劳斯-赫尔维茨稳定判据、状态空间特征值、根轨迹和极点相消法在水轮机调速器控制参数优化领域做出了大量开拓性的工作，并提出了各种经典整定公式，但由于在研究中采用了过于简化的水电机组模型，从而导致这些整定公式在实际工程中的使用效果并不理想，主要起到指导性的作用。

发明内容

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供一种基于特征参数的水电机组调速系统控制参数整定方法，能够根据水电机组的5个特征参数(水流惯性时间常数、机组惯性时间常数、接力器反应时间常数、永态转差系数和发电机综合自调节系数)直接整定出调速系统最优控制参数。

本发明提供一种基于特征参数的水电机组调速系统控制参数整定方法，包括以下步骤：

步骤1根据水电机组模型建立所述水电机组的闭环特征方程，引入无量纲参数λ_i代入所述闭环特征方程，得到所述水电机组的无量纲特征方程，其中，i＝1,2,…,6，定义无量纲时间常数τ和无量纲拉普拉斯算子q如下：

其中，t表示时间；T_w表示水流惯性时间常数无量纲特征方程；s表示拉普拉斯算子；

步骤2对所述无量纲特征方程应用劳斯-赫尔维茨稳定判据，得到系统稳定条件，整定无量纲参数λ₃的最优值；

步骤3根据所述无量纲参数λ₃的最优值，应用根轨迹法对所述无量纲特征方程进行分析，整定无量纲参数λ₁和λ₂的最优值；

步骤4根据所述无量纲参数λ₁、λ₂和λ₃的最优值，利用线性回归法和曲线拟合技术获得所述水电机组调速系统控制参数的最优值。

总体而言，通过本发明所构思的以上技术方案与现有技术相比，具有以下有益效果：

本发明借助线性回归和曲线拟合技术将水轮机PID调速器经典整定公式推广至更一般的情况，由于在分析过程中使用了更为详细的水电机组模型，使其能够根据系统五大特征参数(水流惯性时间常数、机组惯性时间常、接力器反应时间、永态转差系数和发电机综合自调节系数)直接整定出最优控制参数，从而使得本发明方法更具实用价值。

附图说明

图1为本发明基于特征参数的水电机组调速系统控制参数整定方法的流程图；

图2为本发明水电机组模型框图；

图3为本发明根轨迹图；

图4(a)为本发明λ₄＝0时λ₁的回归平面示意图；

图4(b)为本发明λ₄＝0时λ₂的回归平面示意图；

图5(a)为本发明回归系数α_i的拟合图；

图5(b)为本发明回归系数β_i的拟合图；

图6为本发明第一组系数下水电机组响应过程频率曲线图；

图7为本发明第二组系数下水电机组响应过程频率曲线图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。

本发明提供一种基于特征参数的水电机组调速系统控制参数整定方法，其基本思想为：在水电机组无量纲特征方程的基础上，应用劳斯-赫尔维茨稳定判据和根轨迹法求取调速系统最优控制参数，并用线性回归法和曲线拟合技术获得控制参数的定量整定公式。

图1所示为本发明基于特征参数的水电机组调速系统控制参数整定方法的流程图，具体包括以下步骤：