CN107437815A - 水电机组中调速器的优化控制方法及相关设备 - Google Patents
水电机组中调速器的优化控制方法及相关设备 Download PDFInfo
- Publication number
- CN107437815A CN107437815A CN201710743149.2A CN201710743149A CN107437815A CN 107437815 A CN107437815 A CN 107437815A CN 201710743149 A CN201710743149 A CN 201710743149A CN 107437815 A CN107437815 A CN 107437815A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- hydropower unit
- speed regulator
- target
- control parameter
- optimal
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 49
- 238000005457 optimization Methods 0.000 claims abstract description 94
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 claims abstract description 48
- 238000013016 damping Methods 0.000 claims abstract description 37
- 230000006870 function Effects 0.000 claims description 127
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 17
- 239000012530 fluid Substances 0.000 claims description 14
- 238000004590 computer program Methods 0.000 claims description 13
- 230000008859 change Effects 0.000 claims description 9
- 230000010354 integration Effects 0.000 claims description 9
- 238000003860 storage Methods 0.000 claims description 3
- 230000009466 transformation Effects 0.000 claims description 2
- 230000010355 oscillation Effects 0.000 abstract description 16
- 238000004422 calculation algorithm Methods 0.000 description 7
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 7
- 238000004891 communication Methods 0.000 description 5
- 230000001105 regulatory effect Effects 0.000 description 5
- 230000008569 process Effects 0.000 description 4
- 230000004044 response Effects 0.000 description 4
- 230000006978 adaptation Effects 0.000 description 3
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 3
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 2
- 241000208340 Araliaceae Species 0.000 description 1
- 235000005035 Panax pseudoginseng ssp. pseudoginseng Nutrition 0.000 description 1
- 235000003140 Panax quinquefolius Nutrition 0.000 description 1
- 230000004888 barrier function Effects 0.000 description 1
- 230000008901 benefit Effects 0.000 description 1
- 230000033228 biological regulation Effects 0.000 description 1
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 1
- 238000004364 calculation method Methods 0.000 description 1
- 238000010276 construction Methods 0.000 description 1
- ZZUFCTLCJUWOSV-UHFFFAOYSA-N furosemide Chemical compound C1=C(Cl)C(S(=O)(=O)N)=CC(C(O)=O)=C1NCC1=CC=CO1 ZZUFCTLCJUWOSV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000002068 genetic effect Effects 0.000 description 1
- 235000008434 ginseng Nutrition 0.000 description 1
- 210000004209 hair Anatomy 0.000 description 1
- 238000012423 maintenance Methods 0.000 description 1
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 1
- 101150036841 minJ gene Proteins 0.000 description 1
- 230000003534 oscillatory effect Effects 0.000 description 1
- 238000005381 potential energy Methods 0.000 description 1
- 238000010845 search algorithm Methods 0.000 description 1
- 230000001568 sexual effect Effects 0.000 description 1
- 238000002922 simulated annealing Methods 0.000 description 1
- 238000006467 substitution reaction Methods 0.000 description 1
- 230000001629 suppression Effects 0.000 description 1
- 230000001360 synchronised effect Effects 0.000 description 1
- 238000003786 synthesis reaction Methods 0.000 description 1
- 230000001052 transient effect Effects 0.000 description 1
- 238000010977 unit operation Methods 0.000 description 1
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
- H02J3/00—Circuit arrangements for ac mains or ac distribution networks
- H02J3/24—Arrangements for preventing or reducing oscillations of power in networks
-
- H02J3/382—
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02P—CONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
- H02P9/00—Arrangements for controlling electric generators for the purpose of obtaining a desired output
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02P—CONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
- H02P2101/00—Special adaptation of control arrangements for generators
- H02P2101/10—Special adaptation of control arrangements for generators for water-driven turbines
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Control Of Eletrric Generators (AREA)
- Control Of Water Turbines (AREA)
Abstract
本发明提供了一种水电机组中调速器的优化控制方法及相关设备，优化控制方法包括：根据预先获取的目标水电机组中调速器的传递函数及水轮机的传递函数，建立该目标水电机组的优化目标函数；根据目标水电机组的阻尼转矩系数的预设阈值及调速器的控制参数的预设取值范围，确定优化目标函数的约束条件；求解优化目标函数与约束条件组成的优化模型获得最优解，将该最优解对应的调速器的控制参数确定为目标水电机组的调速器优化控制参数；以及根据目标水电机组的调速器优化控制参数，对目标水电机组中的调速器进行优化控制。本发明能够可靠且有效的抑制水电机组运行中的超低频振荡，并满足水电机组运行安全及运行性能的要求。
Description
技术领域
本发明涉及电力系统运行领域，具体涉及一种水电机组中调速器 的优化控制方法及相关设备。
背景技术
水力发电是一种将水能转换为电能的工程建设和生产运行等技术 经济问题的科学技术；水力发电利用的水能主要是蕴藏于水体中的位 能。为实现将水能转换为电能，需要兴建不同类型的大型水电机组； 然而目前，超低频振荡在实际电力系统中屡有发生，给电力系统的稳 定运行带来很大挑战。水电机组原动机及其调节系统阻尼为负是造成 振荡的主要原因之一。
目前，尽管技术人员能够获知通过对调速器的调节可以对原动机 及其调节系统的阻尼转矩进行控制，从而抑制超低频振荡，但尚未有 一种能够有效抑制超低频振荡、并能够同时满足水电机组运行安全性 及运行性能的要求的调速器的调节控制方式。
因此，如何设计一种能够满足上述要求的水电机组中调速器的优 化控制方法，是亟待解决的问题。
发明内容
针对现有技术中的问题，本发明提供一种水电机组中调速器的优 化控制方法及相关设备，能够可靠且有效的抑制水电机组运行中的超 低频振荡，并满足水电机组运行安全及运行性能的要求。
为解决上述技术问题，本发明提供以下技术方案：
第一方面，本发明提供一种水电机组中调速器的优化控制方法， 所述优化控制方法包括：
根据预先获取的目标水电机组中调速器的传递函数及水轮机的传 递函数，建立该目标水电机组的优化目标函数；
根据所述目标水电机组的阻尼转矩系数的预设阈值及调速器的控 制参数的预设取值范围，确定所述优化目标函数的约束条件；
求解所述优化目标函数与约束条件组成的优化模型，并在获得所 述优化模型的最优解后，将该最优解对应的调速器的控制参数确定为 所述目标水电机组的调速器优化控制参数；
以及，根据所述目标水电机组的调速器优化控制参数，对所述目 标水电机组中的调速器进行优化控制。
进一步地，所述根据预先获取的目标水电机组中调速器的传递函 数及水轮机的传递函数，建立该目标水电机组的优化目标函数，包 括：
根据预先获取的目标水电机组中调速器的传递函数及水轮机的传 递函数，确定所述目标水电机组在不同运行工况下的时间乘绝对误差 积分准则ITAE指标，并确定运行中的水电机组出现各运行工况的概 率；
以及，根据所述目标水电机组在不同运行工况下的时间乘绝对误 差积分准则ITAE指标及运行中的水电机组出现各运行工况的概率， 建立如公式一所示的目标水电机组的优化目标函数minJITAE：
在公式一中，pi运行中的水电机组出现第i个运行工况的概率； JITAE,i为目标水电机组在第i个运行工况下的ITAE指标； L-1表示拉普拉斯逆变换；Ggov(s)为目标水 电机组中调速器的传递函数，Gt,i(s)为目标水电机组在第i个运行工况 下的水流惯性时间常数TW,i时的水轮机的传递函数，为的稳态值。
进一步地，在建立该目标水电机组的优化目标函数之前，所述方 法还包括：
根据运行中的水电机组出现的各运行工况的变化情况，确定水轮 机的水流惯性时间常数TW的取值范围为[Tl,Tu]；
以及，对TW的取值范围进行离散化处理，获取目标水电机组在第 i个运行工况下的水轮机的水流惯性时间常数TW,i。
进一步地，所述根据所述目标水电机组的阻尼转矩系数的预设阈 值及调速器的控制参数的预设取值范围，确定所述优化目标函数的约 束条件，包括：
根据所述目标水电机组预设的超低频段的频率范围以及阻尼转矩 系数的预设阈值，确定所述优化目标函数的第一约束条件；
以及，根据所述调速器的控制参数的预设取值范围，确定所述优 化目标函数的第二约束条件。
进一步地，所述根据所述目标水电机组预设的超低频段的频率范 围以及阻尼转矩系数的预设阈值，确定所述优化目标函数的第一约束 条件，包括：
根据所述目标水电机组预设的超低频段的频率范围[fl,fu]以及阻 尼转矩系数的预设阈值ε，确定如公式二所示的所述优化目标函数的 第一约束条件：
在公式二中，KmD为所述目标水电机组的阻尼转矩系数；Re(·)表 示取实部；[Tl,Tu]为水轮机的水流惯性时间常数TW的取值范围。
进一步地，所述调速器的控制参数为PID控制参数，且所述PID 控制参数包括：比例控制参数KP、积分控制参数KI及导数控制参数 KD；
相对应的，所述根据所述调速器的控制参数的预设取值范围，确 定所述优化目标函数的第二约束条件，包括：
根据所述比例控制参数KP的预设取值范围积分控制参 数KI的预设取值范围及导数控制参数KD的预设取值范围 确定如公式三所示的所述优化目标函数的第二约束条件：
进一步地，所述求解所述优化目标函数与约束条件组成的优化模 型，并在获得所述优化模型的最优解后，将该最优解对应的调速器的 控制参数确定为所述目标水电机组的调速器优化控制参数，包括：
求解所述优化目标函数与约束条件组成的优化模型，得到所述优 化模型的最优解；
以及，在获得所述优化模型的最优解后，将该最优解对应的调速 器的控制参数确定为用于对所述目标水电机组中的调速器进行优化控 制的所述目标水电机组的调速器优化控制参数。
第二方面，本发明提供一种水电机组中调速器的优化控制系统， 所述优化控制系统包括：
优化目标函数建立单元，用于根据预先获取的目标水电机组中调 速器的传递函数及水轮机的传递函数，建立该目标水电机组的优化目 标函数；
约束条件确定单元，用于根据所述目标水电机组的阻尼转矩系数 的预设阈值及调速器的控制参数的预设取值范围，确定所述优化目标 函数的约束条件；
调速器优化控制参数获取单元，用于求解所述优化目标函数与约 束条件组成的优化模型，并在获得所述优化模型的最优解后，将该最 优解对应的调速器的控制参数确定为所述目标水电机组的调速器优化 控制参数；
优化控制单元，用于根据所述目标水电机组的调速器优化控制参 数，对所述目标水电机组中的调速器进行优化控制。
第三方面，本发明提供一种水电机组中调速器的优化控制器，所 述优化控制器包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上 运行的计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述计算机程序时 实现所述的优化控制方法的步骤。
第四方面，本发明提供一种计算机可读存储介质，其上存储有计 算机程序，该计算机程序被处理器执行时实现所述的优化控制方法的 步骤。
由上述技术方案可知，本发明提供的一种水电机组中调速器的优 化控制方法及相关设备，优化控制方法包括：根据预先获取的目标水 电机组中调速器的传递函数及水轮机的传递函数，建立该目标水电机 组的优化目标函数；根据目标水电机组的阻尼转矩系数的预设阈值及 调速器的控制参数的预设取值范围，确定优化目标函数的约束条件； 求解所述优化目标函数与约束条件组成的优化模型，并在获得所述优 化模型的最优解后，将该最优解对应的调速器的控制参数确定为所述 目标水电机组的调速器优化控制参数；以及根据目标水电机组的调速 器优化控制参数，对目标水电机组中的调速器进行优化控制。本发明 能够可靠且有效的抑制水电机组运行中的超低频振荡，并满足水电机 组运行安全及运行性能的要求，以及在保证阻尼特性的同时兼顾调频 性能，同时具有对不同运行工况的适应性，可以有效提高系统阻尼， 抑制超低频振荡，保障水电机组的运行安全。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面 将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而 易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通 技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图 获得其他的附图。
图1是本发明的一种水电机组中调速器的优化控制方法的流程示 意图；
图2是本发明的优化控制方法中步骤100的流程示意图；
图3是本发明的优化控制方法中步骤200的流程示意图；
图4是本发明的优化控制方法中步骤300的流程示意图；
图5是本发明的水电机组中调速器的优化控制系统的结构示意 图；
图6是本发明的水电机组中调速器的优化控制器的结构示意图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结 合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、 完整的描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是 全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有 作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护 的范围。
针对现有技术中存在的问题，本发明提供了一种水电机组中调速 器的优化控制方法及相关设备，可以理解的是，水电机组包括水电机 组中的原动机及其调节系统，且水电机组中包括水轮机和调速器，其 中的水轮机是把水流的能量转换为旋转机械能的动力机械，属于流体 机械中的透平机械；调速器用于减小某些机器非周期性速度波动的自 动调节装置，可使机器转速保持定值或接近设定值。水轮机的输出的 力矩不能自动适应本身的载荷变化，因而当载荷变动时，由它们驱动 的机组就会失去稳定性，因此水轮机必须设置调速器，使其能随着载 荷等条件变化，随时建立载荷与能源供给量之间的适应关系，以保证 机组作正常运转。本发明中的水电机组中调速器的优化控制方法，通 过根据约束条件求解目标水电机组的优化目标函数，确定优化目标函 数的最优解对应的调速器优化控制参数，并根据该调速器优化控制参 数对所述目标水电机组中的调速器进行优化控制，能够可靠且有效的 抑制水电机组运行中的超低频振荡，并满足水电机组运行安全及运行 性能的要求，以及在保证阻尼特性的同时兼顾调频性能，同时具有对 不同运行工况的适应性，可以有效提高系统阻尼，抑制超低频振荡， 保障水电机组的运行安全。
本发明的实施例一提供了一种水电机组中调速器的优化控制方法 的具体实施方式，参见图1，所述优化控制方法具体包括如下内容：
步骤100：根据预先获取的目标水电机组中调速器的传递函数及 水轮机的传递函数，建立该目标水电机组的优化目标函数。
在步骤100中，调速器的控制器中的优化目标函数建立单元将预 先获取的目标水电机组中调速器的传递函数及水轮机的传递函数均作 为已知量，将目标水电机组在不同运行工况下的时间乘绝对误差积分 准则ITAE指标作为未知量，建立该目标水电机组的优化目标函数。 可以理解的是，在确定目标水电机组后，根据该目标水电机组的运行 情况，获取目标水电机组中调速器的传递函数及水轮机的传递函数， 其中，所述传递函数是指零初始条件下线性系统响应(即输出)量的 拉普拉斯变换(或z变换)与激励(即输入)量的拉普拉斯变换之 比。记作G(s)＝Y(s)/U(s)，其中Y(s)、U(s)分别为输出量 和输入量的拉普拉斯变换。以及，根据预先获取的目标水电机组中调 速器的传递函数及水轮机的传递函数来建立该目标水电机组的优化目 标函数的设置原因为：以不同工况下机组综合调频性能最优为目标控 制函数，以原动系统原动机及其调节系统在整个超低频段对应水轮机 参数取值范围的阻尼转矩系数均大于给定阈值为约束条件，建立水电 机组的优化目标函数。
步骤200：根据所述目标水电机组的阻尼转矩系数的预设阈值及 调速器的控制参数的预设取值范围，确定所述优化目标函数的约束条 件。
在步骤200中，在确定水电机组的优化目标函数后，需要获取该 优化目标函数的约束条件，因此调速器的控制器中的约束条件确定单 元将所述目标水电机组的阻尼转矩系数的预设阈值及调速器的控制参 数的预设取值范围确定为所述优化目标函数的约束条件。可以理解的 是，所述目标水电机组的阻尼转矩系数的预设阈值及调速器的控制参 数的预设取值范围均为预先设置的，可以根据设备的实际运行情况及 行业标准等进行选取或设置。
步骤300：求解所述优化目标函数与约束条件组成的优化模型， 并在获得所述优化模型的最优解后，将该最优解对应的调速器的控制 参数确定为所述目标水电机组的调速器优化控制参数。
在步骤300中，在确定了优化目标函数及其约束条件后，调速器 的控制器中的调速器优化控制参数获取单元根据对所述优化目标函数 与约束条件组成的优化模型进行求解，并在获得所述优化模型的最优 解时，选定得到该最优解时的调速器的控制参数作为目标水电机组的 调速器优化控制参数。可以理解的是，所述调速器的控制参数可以为 PID(比例(proportion)、积分(integral)、导数(derivative))控 制参数，PID控制的基础是比例(proportion)、控制；积分 (integral)控制可消除稳态误差，但可能增加超调；导数(derivative)控制可加快大惯性系统响应速度以及减弱超调趋势。
步骤400：根据所述目标水电机组的调速器优化控制参数，对所 述目标水电机组中的调速器进行优化控制。
在步骤400中，在获取了调速器优化控制参数后，调速器的控制 器中的优化控制单元根据所述目标水电机组的调速器优化控制参数， 对所述目标水电机组中的调速器进行优化控制，使得通过调速器的优 化孔子，能够抑制水电机组运行中的超低频振荡，并满足水电机组运 行安全及运行性能的要求。
从上述描述可知，本发明的实施例提供的水电机组中调速器的优 化控制方法，能够可靠且有效的抑制水电机组运行中的超低频振荡， 并满足水电机组运行安全及运行性能的要求。
在一种具体实施方式中，参见图2，上述水电机组中调速器的优 化控制方法中步骤100具体包括如下内容：
步骤101：根据预先获取的目标水电机组中调速器的传递函数及 水轮机的传递函数，确定所述目标水电机组在不同运行工况下的时间 乘绝对误差积分准则ITAE指标，并确定运行中的水电机组出现各运 行工况的概率。
在步骤101中，调速器的控制器中的优化目标函数建立单元根据 预先获取的目标水电机组中调速器的传递函数及水轮机的传递函数， 确定所述目标水电机组在不同运行工况下的时间乘绝对误差积分准则 ITAE指标，并确定运行中的水电机组出现各运行工况的概率，其中 的时间乘绝对误差积分准则ITAE指标用系统期望输出与实际输出或 主反馈信号之间的偏差的某个函数的积分式表示的一种性能指标。性 能指标是衡量控制系统性能优良度的一种尺度，准则的表达式为 按此准则设计的控制系统,瞬态响应的振荡性小，且对参 数具有良好的选择性；其中，水电机组出现各运行工况至少包括:正常运行状况、检修状况及备用状况等，例如：系统接线状况、出力配置 状况、负荷水平状况、故障状况等。
步骤102：根据所述目标水电机组在不同运行工况下的时间乘绝 对误差积分准则ITAE指标及运行中的水电机组出现各运行工况的概 率，建立目标水电机组的优化目标函数。
在步骤102中，调速器的控制器中的优化目标函数建立单元根据 所述目标水电机组在不同运行工况下的时间乘绝对误差积分准则 ITAE指标及运行中的水电机组出现各运行工况的概率，建立目标水 电机组的优化目标函数，所述目标水电机组的优化目标函数如公式一 所示的minJITAE：
在公式一中，pi运行中的水电机组出现第i个运行工况的概率； JITAE,i为目标水电机组在第i个运行工况下的ITAE指标； L-1表示拉普拉斯逆变换；Ggov(s)为目标水 电机组中调速器的传递函数，Gt,i(s)为目标水电机组在第i个运行工况 下的水流惯性时间常数TW,i时的水轮机的传递函数，为的稳态值。在一种具体实施方式中，在上述步骤102之 前，还包括步骤10A和10B，且步骤10A和10B、与步骤101之间的 执行顺序可以为同步执行、也可以为任意顺序执行，所述步骤10A和10B具体包括如下内容：
步骤10A：根据运行中的水电机组出现的各运行工况的变化情 况，确定水轮机的水流惯性时间常数TW的取值范围为[Tl,Tu]。
步骤10B：对TW的取值范围进行离散化处理，获取目标水电机组 在第i个运行工况下的水轮机的水流惯性时间常数TW,i。
从上述描述可知，本发明的实施例提供的水电机组中调速器的优 化控制方法中的目标水电机组的优化目标函数的建立满足水电机组运 行安全及运行性能的要求。
在一种具体实施方式中，参见图3，上述水电机组中调速器的优 化控制方法中步骤200具体包括如下内容：
步骤201：根据所述目标水电机组预设的超低频段的频率范围以 及阻尼转矩系数的预设阈值，确定所述优化目标函数的第一约束条 件。
在步骤201中，调速器的控制器中的约束条件确定单元根据所述 目标水电机组预设的超低频段的频率范围[fl,fu]以及阻尼转矩系数的 预设阈值ε，确定如公式二所示的所述优化目标函数的第一约束条 件：
在公式二中，KmD为所述目标水电机组的阻尼转矩系数；Re(·)表 示取实部；[Tl,Tu]为水轮机的水流惯性时间常数TW的取值范围。
步骤202：根据所述调速器的控制参数的预设取值范围，确定所 述优化目标函数的第二约束条件。
在步骤202中，所述调速器的控制参数为PID控制参数，且所述 PID控制参数包括：比例控制参数KP、积分控制参数KI及导数控制参 数KD；相对应的，调速器的控制器中的约束条件确定单元根据所述比 例控制参数KP的预设取值范围积分控制参数KI的预设取值 范围及导数控制参数KD的预设取值范围确定如公式 三所示的所述优化目标函数的第二约束条件：
在一种具体实施方式中，参见图4，上述水电机组中调速器的优 化控制方法中步骤300具体包括如下内容：
步骤301：求解所述优化目标函数与约束条件组成的优化模型， 得到所述优化模型的最优解。
在步骤301中，调速器的控制器中的调速器优化控制参数获取单 元求解所述优化目标函数与约束条件组成的优化模型。可以理解的 是，由于上述优化目标函数具有强非线性，可以采用经典优化算法求 解，优选的，还可以采用智能优化算法进行求解，其中，智能优化算 法包括遗传算法、禁忌搜索算法、模拟退火算法、蚁群算法和粒子群 优化算法等；本实施例中优选使用粒子群优化算法PSO(Particle Swarm optimization)对优化目标函数进行求解，包括：在找到这两个 最优值时,粒子根据如下的公式来更新自己的速度和新的位置。
v[]＝v[]+c1*rand()*(pbest[]-present[])+c2*rand()/(gbest[]-present[])
present[]＝present[]+v[]
其中，v[]是粒子的速度，present[]是当前粒子的位置；pbest[]为 粒子本身所找到的最优解，这个解叫做个体极值；gbest[]是整个种群 目前找到的最优解，这个极值是全局极值；rand()是介于(0，1)之 间的随机数；c1、c2是学习因子，且通常c1＝c2＝2。
步骤302：在获得所述优化模型的最优解后，将该最优解对应的 调速器的控制参数确定为用于对所述目标水电机组中的调速器进行优 化控制的所述目标水电机组的调速器优化控制参数。
例如，在确定优化模型的最优解后，此时的比例控制参数KP、积 分控制参数KI及导数控制参数KD的取值分别为a1、a2和a3，则该KP＝a1、KI＝a2和KD＝a3即为调速器的控制参数确定为所述目标水电机 组的调速器优化控制参数。
相对应的，在步骤400中，调速器的控制器中的优化控制单元根 据所述目标水电机组的调速器优化控制参数KP＝a1、KI＝a2和KD＝a3，将调速器的PID控制参数分别调整为a1、a2和a3，然后根据 KP＝a1、KI＝a2和KD＝a3的取值对所述目标水电机组中的调速器进行优化控制。
从上述描述可知，本发明的实施例提供的水电机组中调速器的优 化控制方法，能够可靠且有效的抑制水电机组运行中的超低频振荡， 并满足水电机组运行安全及运行性能的要求，以及在保证阻尼特性的 同时兼顾调频性能，同时具有对不同运行工况的适应性，可以有效提 高系统阻尼，抑制超低频振荡，保障水电机组的运行安全。
为进一步的说明本方案，本发明还提供一种水电机组中调速器的 优化控制方法的应用实例，具体包括如下内容：
S1)获取待优化水电机组调速器和水轮机的传递函数，确定待优 化参数
典型地，调速器为PID型，带优化参数为PID环节的参数KP、 KI、KD。
S2)以不同工况下机组综合调频性能最优为优化目标函数，以原 动系统在整个超低频段对应水轮机参数取值范围的阻尼转矩系数均大 于给定阈值为约束条件，建立水电机组调速器参数优化模型
优化目标函数的确定步骤如下：
S2-1)随着运行工况的变化，水轮机水流惯性时间常数TW的取值 范围为[Tl,Tu]，对TW的取值范围进行离散化，获得一系列离散点TW,i， TW,i表示对应工况i下的参数；
S2-2)工况i下原动系统的动态指标记为：
式中L-1表示拉普拉斯逆变换，Ggov(s) 为调速器的传递函数，Gt,i(s)为水流惯性时间常数为TW,i时水轮机的传 递函数，为的稳态值。为单位阶跃输 入下输出的机械功率响应，可用于评价机组调频性能。JITAE,i称为时间 加权绝对误差值积分(ITAE)指标，是时间乘以误差函数绝对值积分 的性能指标，被认为是单输入单输出控制系统和自适应系统的最好性 能指标之一。
S2-3)获取工况i在运行中出现的概率pi，一般可根据历史运行 数据统计得到。
S2-4)优化目标函数为：
上述优化目标函数考虑了不同工况及其出现的概率，实现了不同 工况下机组综合调频性能最优。
阻尼转矩系数的约束条件的表达式为：
式中，KmD＝Re(Ggov(jωd)Gt(jωd))为原动系统阻尼转矩系数，Re(·)表 示取实部，ε为给定的阈值，一般可设为0，即要求阻尼为正，[fl,fu] 为给定的超低频段的频率范围，根据实际系统情况，fl、fu分别取0.01Hz和0.1Hz，实际应用时可根据情况进行调整；[Tl,Tu]为水轮机TW的取值范围，根据水轮机实际情况设定。
约束条件还根据实际需要加入对调速器参数的取值范围限定：
所建立的调速器参数优化模型为：
根据实际需要，优化模型中还可以增加其他的约束条件。
S3)求解优化模型获得调速器参数。
本发明的实施例二提供了一种水电机组中调速器的优化控制系统 的具体实施方式，参见图5，所述优化控制系统具体包括如下内容：
优化目标函数建立单元10，用于根据预先获取的目标水电机组中 调速器的传递函数及水轮机的传递函数，建立该目标水电机组的优化 目标函数。
约束条件确定单元20，用于根据所述目标水电机组的阻尼转矩系 数的预设阈值及调速器的控制参数的预设取值范围，确定所述优化目 标函数的约束条件。
调速器优化控制参数获取单元30，用于求解所述优化目标函数与 约束条件组成的优化模型，并在获得所述优化模型的最优解后，将该 最优解对应的调速器的控制参数确定为所述目标水电机组的调速器优 化控制参数。
优化控制单元40，用于根据所述目标水电机组的调速器优化控制 参数，对所述目标水电机组中的调速器进行优化控制。
本发明提供的水电机组中调速器的优化控制系统的实施例具体可 以用于执行上述水电机组中调速器的优化控制方法实施例的处理流 程，其功能在此不再赘述，可以参照上述方法实施例的详细描述。
从上述描述可知，本发明的实施例提供的水电机组中调速器的优 化控制系统，能够可靠且有效的抑制水电机组运行中的超低频振荡， 并满足水电机组运行安全及运行性能的要求，以及在保证阻尼特性的 同时兼顾调频性能。
本发明的实施例三提供了一种水电机组中调速器的优化控制器的 具体实施方式，参见图6，所述水电机组中调速器的优化控制器具体 包括如下内容：
处理器(processor)601、存储器(memory)602、通信接口 (CommunicationsInterface)603和总线604；
其中，所述处理器601、存储器602、通信接口603通过所述总 线604完成相互间的通信；所述通信接口603用于水电机组中调速 器、水轮机及相关设备之间的信息传输；
所述处理器601用于调用所述存储器602中的计算机程序，所述 处理器执行所述计算机程序时实现上述实施例一中的全部步骤，例 如，所述处理器执行所述计算机程序时实现下述步骤：
步骤100：根据预先获取的目标水电机组中调速器的传递函数及 水轮机的传递函数，建立该目标水电机组的优化目标函数。
步骤200：根据所述目标水电机组的阻尼转矩系数的预设阈值及 调速器的控制参数的预设取值范围，确定所述优化目标函数的约束条 件。
步骤300：求解所述优化目标函数，并在获得所述优化目标函数 的最优解后，将该最优解对应的约束条件中的所述调速器的控制参数 确定为所述目标水电机组的调速器优化控制参数。
步骤400：根据所述目标水电机组的调速器优化控制参数，对所 述目标水电机组中的调速器进行优化控制。
从上述描述可知，本发明的实施例提供的水电机组中调速器的优 化控制器，能够可靠且有效的抑制水电机组运行中的超低频振荡，并 满足水电机组运行安全及运行性能的要求。
本发明的实施例四提供了一种计算机可读存储介质的具体实施方 式，所述计算机可读存储介质上存储有计算机程序，该计算机程序被 处理器执行时实现上述实施例一的全部步骤，例如，所述处理器执行 所述计算机程序时实现下述步骤：
步骤100：根据预先获取的目标水电机组中调速器的传递函数及 水轮机的传递函数，建立该目标水电机组的优化目标函数。
步骤200：根据所述目标水电机组的阻尼转矩系数的预设阈值及 调速器的控制参数的预设取值范围，确定所述优化目标函数的约束条 件。
步骤300：求解所述优化目标函数与约束条件组成的优化模型， 并在获得所述优化模型的最优解后，将该最优解对应的调速器的控制 参数确定为所述目标水电机组的调速器优化控制参数。
步骤400：根据所述目标水电机组的调速器优化控制参数，对所 述目标水电机组中的调速器进行优化控制。
从上述描述可知，本发明的实施例提供的计算机可读存储介质， 能够可靠且有效的抑制水电机组运行中的超低频振荡，并满足水电机 组运行安全及运行性能的要求。
还需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语 仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一 定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺 序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他 性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不 仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包 括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制 的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述 要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
以上实施例仅用于说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管 参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员 应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改， 或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或替换，并不使 相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。
Claims (10)
1.一种水电机组中调速器的优化控制方法，其特征在于，所述优化控制方法包括：
根据预先获取的目标水电机组中调速器的传递函数及水轮机的传递函数，建立该目标水电机组的优化目标函数；
根据所述目标水电机组的阻尼转矩系数的预设阈值及调速器的控制参数的预设取值范围，确定所述优化目标函数的约束条件；
求解所述优化目标函数与约束条件组成的优化模型，并在获得所述优化模型的最优解后，将该最优解对应的调速器的控制参数确定为所述目标水电机组的调速器优化控制参数；
以及，根据所述目标水电机组的调速器优化控制参数，对所述目标水电机组中的调速器进行优化控制。
2.根据权利要求1所述的优化控制方法，其特征在于，所述根据预先获取的目标水电机组中调速器的传递函数及水轮机的传递函数，建立该目标水电机组的优化目标函数，包括：
根据预先获取的目标水电机组中调速器的传递函数及水轮机的传递函数，确定所述目标水电机组在不同运行工况下的时间乘绝对误差积分准则ITAE指标，并确定运行中的水电机组出现各运行工况的概率；
以及，根据所述目标水电机组在不同运行工况下的时间乘绝对误差积分准则ITAE指标及运行中的水电机组出现各运行工况的概率，建立如公式一所示的目标水电机组的优化目标函数minJITAE：
在公式一中，pi运行中的水电机组出现第i个运行工况的概率；JITAE,i为目标水电机组在第i个运行工况下的ITAE指标；L-1表示拉普拉斯逆变换；Ggov(s)为目标水电机组中调速器的传递函数，Gt,i(s)为目标水电机组在第i个运行工况下的水流惯性时间常数TW,i时的水轮机的传递函数，为的稳态值。
3.根据权利要求1所述的优化控制方法，其特征在于，在建立该目标水电机组的优化目标函数之前，所述方法还包括：
根据运行中的水电机组出现的各运行工况的变化情况，确定水轮机的水流惯性时间常数TW的取值范围为[Tl,Tu]；
以及，对TW的取值范围进行离散化处理，获取目标水电机组在第i个运行工况下的水轮机的水流惯性时间常数TW,i。
4.根据权利要求1所述的优化控制方法，其特征在于，所述根据所述目标水电机组的阻尼转矩系数的预设阈值及调速器的控制参数的预设取值范围，确定所述优化目标函数的约束条件，包括：
根据所述目标水电机组预设的超低频段的频率范围以及阻尼转矩系数的预设阈值，确定所述优化目标函数的第一约束条件；
以及，根据所述调速器的控制参数的预设取值范围，确定所述优化目标函数的第二约束条件。
5.根据权利要求4所述的优化控制方法，其特征在于，所述根据所述目标水电机组预设的超低频段的频率范围以及阻尼转矩系数的预设阈值，确定所述优化目标函数的第一约束条件，包括：
根据所述目标水电机组预设的超低频段的频率范围[fl,fu]以及阻尼转矩系数的预设阈值ε，确定如公式二所示的所述优化目标函数的第一约束条件：
在公式二中，KmD为所述目标水电机组的阻尼转矩系数；Re(·)表示取实部；[Tl,Tu]为水轮机的水流惯性时间常数TW的取值范围。
6.根据权利要求4所述的优化控制方法，其特征在于，所述调速器的控制参数为PID控制参数，且所述PID控制参数包括：比例控制参数KP、积分控制参数KI及导数控制参数KD；
相对应的，所述根据所述调速器的控制参数的预设取值范围，确定所述优化目标函数的第二约束条件，包括：
根据所述比例控制参数KP的预设取值范围积分控制参数KI的预设取值范围及导数控制参数KD的预设取值范围确定如公式三所示的所述优化目标函数的第二约束条件：
7.根据权利要求1所述的优化控制方法，其特征在于，所述求解所述优化目标函数与约束条件组成的优化模型，并在获得所述优化模型的最优解后，将该最优解对应的调速器的控制参数确定为所述目标水电机组的调速器优化控制参数，包括：
求解所述优化目标函数与约束条件组成的优化模型，得到所述优化模型的最优解；
以及，在获得所述优化模型的最优解后，将该最优解对应的调速器的控制参数确定为用于对所述目标水电机组中的调速器进行优化控制的所述目标水电机组的调速器优化控制参数。
8.一种水电机组中调速器的优化控制系统，其特征在于，所述优化控制系统包括：
优化目标函数建立单元，用于根据预先获取的目标水电机组中调速器的传递函数及水轮机的传递函数，建立该目标水电机组的优化目标函数；
约束条件确定单元，用于根据所述目标水电机组的阻尼转矩系数的预设阈值及调速器的控制参数的预设取值范围，确定所述优化目标函数的约束条件；
调速器优化控制参数获取单元，用于求解所述优化目标函数与约束条件组成的优化模型，并在获得所述优化模型的最优解后，将该最优解对应的调速器的控制参数确定为所述目标水电机组的调速器优化控制参数；
优化控制单元，用于根据所述目标水电机组的调速器优化控制参数，对所述目标水电机组中的调速器进行优化控制。
9.一种水电机组中调速器的优化控制器，其特征在于，所述优化控制器包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述计算机程序时实现如权利要求1至7任一项所述的优化控制方法的步骤。
10.一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，该计算机程序被处理器执行时实现如权利要求1至7任一项所述的优化控制方法的步骤。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201710743149.2A CN107437815B (zh) | 2017-08-25 | 2017-08-25 | 水电机组中调速器的优化控制方法及相关设备 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201710743149.2A CN107437815B (zh) | 2017-08-25 | 2017-08-25 | 水电机组中调速器的优化控制方法及相关设备 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN107437815A true CN107437815A (zh) | 2017-12-05 |
| CN107437815B CN107437815B (zh) | 2019-08-09 |
Family
ID=60461438
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN201710743149.2A Active CN107437815B (zh) | 2017-08-25 | 2017-08-25 | 水电机组中调速器的优化控制方法及相关设备 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN107437815B (zh) |
Cited By (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN109038683A (zh) * | 2018-10-23 | 2018-12-18 | 润电能源科学技术有限公司 | 一次调频频率信号源的准确性评价方法、装置及设备 |
| CN110380429A (zh) * | 2019-05-17 | 2019-10-25 | 武汉大学 | 一种兼顾阻尼特性的水电机组一次调频多目标优化方法 |
| CN110377970A (zh) * | 2019-06-27 | 2019-10-25 | 中国南方电网有限责任公司 | 弱阻尼低频振荡模式的水轮机调速器参数优化方法及系统 |
| CN110661259A (zh) * | 2019-09-29 | 2020-01-07 | 云南电网有限责任公司 | 一种抑制频率振荡的电力系统稳定器参数优化方法及系统 |
| CN111367170A (zh) * | 2020-02-11 | 2020-07-03 | 固高科技(深圳)有限公司 | 输入整形器设计方法 |
| CN111555312A (zh) * | 2020-05-27 | 2020-08-18 | 四川大学 | 一种适用于电力系统超低频振荡稳定性评估的方法 |
| CN116931438A (zh) * | 2023-09-12 | 2023-10-24 | 南方电网调峰调频发电有限公司检修试验分公司 | 一种水轮机调速器参数确定方法、装置、设备及介质 |
Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN107086589A (zh) * | 2017-06-23 | 2017-08-22 | 云南电网有限责任公司 | 一种基于临界参数抑制水电机组超低频振荡的调速器参数优化方法 |
-
2017
- 2017-08-25 CN CN201710743149.2A patent/CN107437815B/zh active Active
Patent Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN107086589A (zh) * | 2017-06-23 | 2017-08-22 | 云南电网有限责任公司 | 一种基于临界参数抑制水电机组超低频振荡的调速器参数优化方法 |
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| 何雪松: "水轮机调节系统精细化建模及调速器控制参数优化", 《万方数据》 * |
Cited By (11)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN109038683A (zh) * | 2018-10-23 | 2018-12-18 | 润电能源科学技术有限公司 | 一次调频频率信号源的准确性评价方法、装置及设备 |
| CN109038683B (zh) * | 2018-10-23 | 2021-09-07 | 润电能源科学技术有限公司 | 一次调频频率信号源的准确性评价方法、装置及设备 |
| CN110380429A (zh) * | 2019-05-17 | 2019-10-25 | 武汉大学 | 一种兼顾阻尼特性的水电机组一次调频多目标优化方法 |
| CN110377970A (zh) * | 2019-06-27 | 2019-10-25 | 中国南方电网有限责任公司 | 弱阻尼低频振荡模式的水轮机调速器参数优化方法及系统 |
| CN110661259A (zh) * | 2019-09-29 | 2020-01-07 | 云南电网有限责任公司 | 一种抑制频率振荡的电力系统稳定器参数优化方法及系统 |
| CN110661259B (zh) * | 2019-09-29 | 2022-11-22 | 云南电网有限责任公司 | 一种抑制频率振荡的电力系统稳定器参数优化方法及系统 |
| CN111367170A (zh) * | 2020-02-11 | 2020-07-03 | 固高科技(深圳)有限公司 | 输入整形器设计方法 |
| CN111367170B (zh) * | 2020-02-11 | 2023-08-08 | 固高科技股份有限公司 | 输入整形器设计方法 |
| CN111555312A (zh) * | 2020-05-27 | 2020-08-18 | 四川大学 | 一种适用于电力系统超低频振荡稳定性评估的方法 |
| CN116931438A (zh) * | 2023-09-12 | 2023-10-24 | 南方电网调峰调频发电有限公司检修试验分公司 | 一种水轮机调速器参数确定方法、装置、设备及介质 |
| CN116931438B (zh) * | 2023-09-12 | 2024-01-23 | 南方电网调峰调频发电有限公司检修试验分公司 | 一种水轮机调速器参数确定方法、装置、设备及介质 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN107437815B (zh) | 2019-08-09 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN107437815A (zh) | 水电机组中调速器的优化控制方法及相关设备 | |
| CN107800146B (zh) | 兼顾一次调频和超低频振荡抑制的调速器参数优化方法 | |
| Rafiee et al. | Robust load-frequency control in islanded microgrids: Virtual synchronous generator concept and quantitative feedback theory | |
| CN105114242B (zh) | 基于模糊自适应的depso算法的水轮机调速器参数优化方法 | |
| CN108092322B (zh) | 一种基于调频市场环境的agc控制方法 | |
| CN106894945A (zh) | 水轮机及其调节系统的建模方法 | |
| Gupta et al. | Fuzzy logic based robust power system stabilizer for multi-machine power system | |
| Shutari et al. | Towards enhancing the performance of grid-tied VSWT via adopting sine cosine algorithm-based optimal control scheme | |
| CN110492483B (zh) | 一种一次调频反馈通道非线性环节参数配置方法和系统 | |
| CN105629730A (zh) | 一种基于神经网络滑模控制的upfc控制方法 | |
| Shi et al. | Frequency regulation control and parameter optimization of doubly-fed induction machine pumped storage hydro unit | |
| CN114722693A (zh) | 一种水轮机调节系统二型模糊控制参数的优化方法 | |
| Wang et al. | Study on the influence of parallel fuzzy PID control on the regulating system of a bulb tubular turbine generator unit | |
| CN105720574A (zh) | 基于spsa的电力系统单区域负荷频率的数据驱动控制方法 | |
| Shayeghi et al. | An online Q-learning based multi-agent LFC for a multi-area multi-source power system including distributed energy resources | |
| Verma et al. | Fuzzy gain scheduled automatic generation control of two area multi unit power system | |
| Vasanthi et al. | Fuzzy and PID excitation control system with AVR in power system stability analysis | |
| CN111864791B (zh) | 一种基于决策表的配电网计划孤岛在线划分方法 | |
| Rodríguez-Flores et al. | Optimal Neuro-fuzzy model and PID controller of a Hydro-generator unit from the identification of its LTI model | |
| Singirikonda et al. | Transient stability of AC generator controlled by using fuzzy logic controller | |
| CN114296344B (zh) | 一种单机无穷大电力系统建模与鲁棒控制方法 | |
| Prajapati et al. | A single area load frequency control (LFC): Comparative study based on integral and fuzzy logic controller | |
| CN117477680A (zh) | 同步系统调速器参数优化方法、装置、电子设备及介质 | |
| CN115313491A (zh) | 一种火电机组功率控制方法与系统 | |
| Liu et al. | Neural adaptive control of microgrid frequency regulation with wind power |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |