[发明专利]一种水轮机调节系统控制参数的方法

说明书

本发明公开了一种水轮机调节系统控制参数的方法，包含以下步骤：(1)建立水轮机调节系统的仿真模型，(2)建立上述水轮机调节系统的控制参数优化目标函数，(3)运用启发式优化算法求解步骤(2)中目标函数，获得最优控制参数。通过本发明的优化，能够有效提高水轮机控制参数的精度，使得水轮机的工作效率提高。

技术领域

本发明涉及水轮机控制技术，具体是一种水轮机调节系统控制参数的方法。

背景技术

水轮机调节系统是水电机组的核心控制系统，承担着稳定机组频率和调节机组功率的重任，工程应用中该系统采用的控制规律一般为比例积分微分控制器(ProportionIntegration Differentiation，PID)控制。PID控制参数对机组的调节品质和动态响应指标有着决定性影响，如何优化PID参数成为工程应用中的难题。在实际运行中，PID控制参数一般依赖专家整定，缺乏参数自动整定技术。在理论研究方面，有研究通过优化技术来优选PID控制参数，常用的优化算法大多数为启发式优化算法。

PID控制参数对机组的调节品质和动态响应指标有着决定性影响，如何整定PID参数成为工程应用中的难题。在实际运行中，PID控制参数一般依赖专家整定，缺乏参数自动整定技术。在理论研究方面，有研究通过优化技术来整定PID控制参数，常用的优化技术有正交实验法、遗传算法、粒子群算法等。然而，在这些研究中，PID控制参数的优化依赖控制对象模型的精确建模和仿真，包括对调速器接力器、引水系统、水轮机和发电机的建模，由于控制对象中存在大量非线性因素，且水轮机的精确解析非线性模型一直无法获得，使得通过传统手段对控制对象进行精确建模仿真非常困难，导致在仿真系统基础上得到的控制参数优化技术在指导实际机组控制运行中存在一定不足。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种水轮机调节系统控制参数的方法，以解决背景技术中提到的问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种水轮机调节系统控制参数的方法，包含以下步骤：

(1)建立水轮机调节系统的仿真模型，

(2)建立上述水轮机调节系统的控制参数优化目标函数，

(3)运用启发式优化算法求解步骤(2)中目标函数，获得最优控制参数。

作为本发明的进一步方案：所述水轮机调节系统的仿真模型包括PID控制器、电液随动系统、引水系统与水轮机、发电机及负载，电液随动系统、引水系统与水轮机、发电机及负载构成控制对象，由PID控制器进行调节控制，PID控制器根据机组频率偏差产生调节控制信号驱动电液随动系统，改变水轮机导叶开度，水轮机进口流量随之发生改变，在水轮机导叶开度改变瞬间，引水系统中往往发生水锤现象，导致水轮机蜗壳压力发生变化；水轮机进口流量和蜗壳压力的变化，会使水轮机力矩发生改变，从而使水轮机力矩与发电机的负载阻力矩产生差值，发电机转速随之发生变化，转速改变同步地调节了频率大小，达到调节机组频率的目的，PID控制器中K_P、K_I和K_D分别为比例、积分和微分增益，是需要整定的控制参数，当PID控制参数变化时，通过水轮机调节系统仿真模型可以获得对应的系统输出。

作为本发明的进一步方案：所述步骤(2)具体是：采用离散时间误差绝对值积分(Integral Time Absolute Error，ITAE)指标作为控制参数优化的目标函数，目标函数定义为：

其中，优化变量K_P、K_I和K_D分别为比例、积分和微分增益，c(k)为频率扰动值，为一常数，x为机组频率响应，是水轮机调节系统输出，受控制参数影响，N_s为采样点数，T(k)为时间序列。