[发明专利]一种优化同步发电机励磁系统PID参数的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种优化同步发电机励磁系统PID参数的方法。

背景技术

智能电网的目标之一是用智能控制保证电力系统的“坚强”，而关系到电压稳定和无功调节的发电机励磁控制是实现这一目标最直接有效的手段，目前PID控制仍然是电厂励磁控制的主流，其优点是容易实现，具有一定鲁棒性。其发电机励磁控制的PID参数多数依赖工程经验的整定方法，即便在稳态情况下控制效果良好，一旦发电机负荷增减或受外界干扰导致运行状态发生突变时，原来的PID参数面对改变的系统状况，高品质控制性能难以保证，需要人工调节。因此如何自适应优化PID参数使之能够更好地适应发电机复杂系统的动态变化，成为发电机励磁控制研究的主要方向之一。

现有技术中，优化PID参数的方法主要有如下几种：

第一、将模糊控制与PID控制结合，优点是无需数学模型，结构简单，实现方便，抗干扰能力强，但控制规则取决于专家知识和经验，控制性能受到人为因素的影响。

第二、神经网络因其强大的非线性拟合能力而被用与PID控制相结合控制励磁系统，其鲁棒性强，但存在收敛速度慢，容易陷入局部最优的缺点。

第三、有学者将预测控制和PID控制相结合，用于同步发电机励磁系统，其在线计算量小、实现方便，但所用的仿真软件MATLAB相比于目前流行的电力系统暂态仿真仪RTDS(Real Time Digital Simulators)，在实时性和准确度上有较大差距，并且仿真验证仅考虑了小扰动，没有考虑大扰动和电力系统稳定器PSS的作用，比如，专利号为201010554113.8的中国专利，公开了一种基于PID预测函数的励磁控制方法。

发明内容

针对上述问题，本发明提供一种优化同步发电机励磁系统PID参数的方法，在常规PID励磁控制策略的基础上加以改进，引入Tabu算法搜索最优PID控制参数，进一步应用于发电机励磁控制，并在RTDS上进行实验验证。克服了传统PID控制在运行状态突变情况下控制性能降低的缺陷，对电压和功率波动都体现了较好的抗干扰能力，具有较高的工程应用价值。

为实现上述技术目的，达到上述技术效果，本发明通过以下技术方案实现：

一种优化同步发电机励磁系统PID参数的方法，包括如下步骤：

步骤1、数据初始化：置迭代周期，设迭代次数K＝1，Tabu表置空，任选点X，初设邻域范围为S_K；

步骤2、在当前状态点X的邻域S(X，S_K)内随机产生初始状态Y_j；

步骤3、将状态点Y_j作为PID参数，针对发电机励磁系统进行仿真，计算电压性能指标f(Y_j)；

步骤4、判断Y_j是否属于Tabu表，若Y_j不属于Tabu表则进入步骤5；若Y_j属于Tabu表，则判断Y_j是否满足释放条件，若满足释放条件则进入步骤5，否则进入步骤2；

步骤5、计算n个状态点，取n个状态点的适应度最小值记为f(Y)；

步骤6、将f(Y)与当前适应度最优值f_opt进行比较：

若f(Y)<f_opt，则令最优解X_opt＝Y，f_opt＝f(Y)；

若f(Y)>f_opt，则直接进入步骤7；

步骤7、若超过迭代周期且目标函数无改善，则迭代终止且X_opt为最优解，否则将迭代次数加1后进入步骤2。

优选，步骤3中，按适应度函数计算电压性能指标，其中，适应度函数f为：

式中，t_s为电压调整时间，t_r为电压上升时间，ω为权重系数且ω∈[0，1]，σ为电压的超调量，e_i为电压输出误差。

优选，根据优化的不同阶段对搜索目标的要求，动态调整邻域范围，方法如下：

式中，R为邻域半径，c是邻域半径调节的参数，Δd是个体变量的上下界之差，f是当前适应度值。

优选，设定Tabu表禁止条件：步长和此步长对应的状态点坐标，同时满足上述两个条件的移动被禁止。