[发明专利]一种水火电混合LFC系统的PID参数在线整定方法

权利要求书

1.一种水火电混合LFC系统的PID参数在线整定方法，其特征在于：包括以下步骤：

S1：建立水火电混合LFC系统模型：所述水火混合LFC模型包括n台水轮发电机和t台汽轮发电机的调速系统、原动机、同步发电机以及PID控制器；根据当前投入LFC控制的水火发电机组情况，将发电机模型等效成集中参数的形式，再针对LFC系统模型，运用反馈线性化方法将非线性的LFC系统模型线性化，实时在线构建当前时刻电力系统水火电混合LFC系统模型；针对建立的水火电混合LFC系统模型，设定控制系统给定值与实际输出值的偏差r_i(x)为可变参数的残量函数，其变量为PID控制参数K_p、K_I、K_d；所述PID控制器的控制律为：

式中K_p为比例系数，T_I为积分时间常数，T_d为微分时间常数，其中，积分系数微分系数K_d＝K_pT_d；

S2：采用LM算法对水火电混合LFC系统模型的PID控制参数进行优化；选取误差平方积分指标为LM算法的目标函数，残量函数r_i(x)的变量为PID控制参数K_p、K_I、K_d，将误差平方积分指标离散化，将PID控制参数寻优问题转化为非线性最小二乘问题，使用LM算法求解出超调量成为极小值的条件，并且由此确定最优的PID控制参数K_p、K_I、K_d；

S3：计算控制性能指标，将优化后的PID参数与实际情况下的PID参数进行控制对比，考察不同PID参数下的控制效果，选取最优的PID参数；控制性能指标包括CPS1和CPS2两个指标，CPS1是统计ACE变化量与频率偏差关系的标准，考核AGC对频率控制的贡献；CPS2是对考核周期内的区域控制偏差进行限制。

2.根据权利要求1所述的一种水火电混合LFC系统的PID参数在线整定方法，其特征在于：所述步骤S1中水轮及汽轮调速器的模型分别为：

其中，T_s为水轮调速器的时间常数；T_h为汽轮调速器的时间常数；

在调速系统的控制下，原动机的输出功率改变，水轮机模型为：

式中：T_w为水启动时间；

汽轮机分为再热式与非再热式两类，其模型分别为：

其中，T_r为低压再热时间常数，r表示再热器增益，T_t为汽轮机的时间参数；

原动机带动同步发电机的转子转动，水轮发电机模型为：

H为机组惯性时间常数；D为发电机阻尼系数；

汽轮同步发电机的模型为：

其中K_c为发电机增益，T_c为发电机的时间常数。

3.根据权利要求1所述的一种水火电混合LFC系统的PID参数在线整定方法，其特征在于：所述LM算法的步骤为：

以误差平方积分指标为最小为准则的非线性静态模型参数问题为：

其中Rⁿ表示n维实向量；T表示转置；r_i(x)称为残量函数，是自变量为x的m维非线性函数组；设J(x)为残量函数的雅可比矩阵，则：

则f(x)的梯度为：

f(x)的HESS矩阵为：

其中，

当残量函数r_i(x)接近于零时，x_k趋向解，此时G(x)因其也趋向于零可以忽略，便可以将高斯牛顿法的迭代方向作为LM算法的优化方向的参考，从而得到一个较好的优化效果；其中高斯-牛顿法迭代公式为：

Δx＝-[J^T(x)J(x)]^-1J^T(x)r(x)； (14)

在高斯-牛顿法的基础上，LM算法对高斯-牛顿法迭代步长进行了改进，其形式为：

Δx＝-[J^T(x)J(x)+μI]^-1J^T(x)r(x)； (15)

上式中比例系数μ0为常数，I是单位矩阵；

水火混合LFC系统的误差平方积分指标可定义为：

可知误差平方积分指标即对控制系统偏差r_i(x)的平方积分。