[发明专利]一种水火电混合LFC系统的PID参数在线整定方法

说明书

本发明属于电力系统的负荷频率控制领域，提出一种基于列文伯格‑马夸尔特算法的水火电混合LFC系统PID控制参数优化方法。在电力市场环境下，电网公司根据电力市场发电机组边际价格和辅助服务费用，实时选择投入自动发电控制机组，以提高电网公司的经济效益。本发明根据电网实际投入AGC机组的情况，构建水火电混合LFC系统控制模型，并运用LM算法对该模型中的PID控制器参数进行实时在线优化，提高当前负荷频率控制的控制性能，以保证电网频率质量，保障电网安全运行。

技术领域

本发明属于电力系统的负荷频率控制技术领域，具体涉及一种水火电混合LFC系统的PID参数在线整定方法。

背景技术

负荷频率控制是现代电网至关重要的频率调节手段。目前，电网现行负荷频率控制(load frequency control，LFC)的PID参数主要是依靠调度人员运行经验对火电系统参数进行试探调整后得到。然而，在电网中，丰、枯水期投入负荷频率调节的水火电机组组合存在着一定的差异，想要达到更好的控制效果，需要根据不同情况的机组组合对LFC系统的参数进行实时调整，使其与当前情况更为契合。但调度人员进行参数试探调整过程中需要较长的时间，难以根据当前的机组组合情况实时迅速的调节LFC系统的控制参数。而且在电力市场环境下，投入LFC调节的机组选择是受到边际价格和辅助服务费用的影响，不同时期的机组上网电价的不同，电网选择投入LFC机组也不同，因此急需一种快速便捷的方法，根据不同的机组组合情况，对LFC的控制参数进行实时在线整定，从理论上解决LFC的PID参数整定问题。

在此背景下，广大研究人员也先后提出了许多设计控制方法来解决LFC问题，如滑模技术、灰狼优化算法、鲁棒控制、人工神经网络、云神经网络、最优化理论、预测控制等。上述方法均取得了一定的效果，但这些方法的LFC模型大都采用单一类型的原动机控制模型，并没有考虑到实际情况中，水力发电机组和火力发电机组混合参与负荷频率控制的情况，与实际情况存在一定的偏差。同时，这些方法存在计算量大，原理复杂等问题，难以对PID的参数展开实时在线优化，不利于研究成果的实际运用。

发明内容

为了解决上述问题，本发明提供了一种水火电混合LFC系统的PID参数在线整定方法，可以根据电网实际投入AGC(Automatic Generation Control，AGC)机组的情况，采用LM(Levenberg-Marquardt，LM)算法，实时在线整定系统的PID控制参数，提高系统的控制性能，具体技术方案如下：

一种水火电混合LFC系统的PID参数在线整定方法，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；

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；

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。

优选地，所述步骤S1中水轮调速器及汽轮调速器的模型分别为：

其中，T_s为水轮调速系统的时间常数；T_h为汽轮调速器的时间参数；

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；