CN109301844B - 一种基于电网系统的水电机组调速器pid参数优化方法与装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于电网系统的水电机组调速器PID参数优化方法与装置，该方法包括：确定电网系统中需进行调速器PID参数优化的水电机组，并将PID参数中的初始比例系数和初始积分系数分别调整为第一比例系数和第一积分系数；对电网系统进行故障扰动，使其发生低频振荡，并获取其在发生低频振荡期间的振动周期和记录水电机组的机械功率曲线；根据机械功率曲线计算电网系统发生故障扰动后水电机组功率的稳态调节量、稳态时间和超调比例；根据预设阈值对水电机组的稳态调节量和稳态时间进行判断，从而对水电机组调速器PID参数进行适当的调整，在较短的时间内，为电网系统中的水电机组调速器找到一组合理的PID参数，有效地抑制大电网的超低频振荡现象。
Description
技术领域
本发明涉及电力系统技术领域，尤其涉及一种基于电网系统的水电机组调速器PID参数优化方法与装置。
背景技术
云南电网作为中国西电东送的重要能源基地，装有大量水电机组。在2016年云南电网同南方电网主网异步联网试验期间，云南电网出现了长时间、大幅度的超低频振荡现象，振荡周期约为20s；该振荡一定程序上制约着异步后云南电网的安全稳定运行。研究发现振荡主要是由云南电网大量水电机组的水锤效应引起的负阻尼所致，并且水电机组调速系统提供的负阻尼进一步加剧了该振荡。水锤效应由机械结构所引起，目前难以对已投产的设备进行有效的改进，目前针对该问题主流的解决方案为对水电机组调速器的PID(比例proportion-积分integration-微分differentiation控制器简称)参数进行优化。
传统的PID优化方法有许多，单纯形法、梯度法、遗传算法等，这些方法都存在着各自的一些缺陷。单纯形法由于受到初始值和计算步长的影响，容易陷入局部最优解；梯度法则对目标函数的要求较高，在目标函数连续可导的情形下才能调速；遗传算法需要进行遗传例子操作，收敛速度十分慢，且容易产生局部最优和早熟现象；粒子群算法则具有较强的全局搜索能力，以前常用于水电机组的调速器PID参数设计及优化，但为了使各台水电机组的调速性能通过系统频率连接成为一个整体，需要同时对电网系统中的主要水电机组同时进行优化，这样粒子群算法中粒子的维度将超过100维，在产生合理的、较好的PID参数时计算繁琐、耗时长，满足不了实际生产的需要。
发明内容
本发明的目的是提供一种基于电网系统的水电机组调速器PID参数优化方法与装置，可以在较短的时间内，为电网系统中的水电机组调速器找到一组合理的PID参数，有效地抑制大电网的超低频振荡现象。
本发明实施例提供一种基于电网系统的水电机组调速器PID参数优化方法，包括：
确定所述电网系统中需进行调速器PID参数优化的水电机组，并将每一个水电机组调速器PID参数中的初始比例系数和初始积分系数分别调整为第一比例系数和第一积分系数；
对所述电网系统进行故障扰动，以激发所述电网系统发生低频振荡，并对所述低频振荡产生的信号进行Prony分析，获取所述电网系统在发生所述低频振荡期间的振动周期；
当所述电网系统发生低频振荡时，记录每一个水电机组的机械功率曲线，并根据所述机械功率曲线计算所述电网系统发生故障扰动后每一个水电机组功率的稳态调节量和稳态时间；
根据所述机械功率曲线和所述稳态调节量计算所述水电机组的超调比例；
判断所述每一个水电机组的稳态调节量是否小于第一阈值，若是，则调整所述水电机组的第一积分系数，并重新对所述电网系统进行故障扰动，重新计算每一个水电机组功率的稳态调节量；若否，则调整若干个水电机组的第一比例系数；
判断所述每一个水电机组的稳态时间是否小于第二阈值，若是，则结束对所述水电机组调速器PID参数的优化过程；若否，则重新对所述电网系统进行故障扰动，重新计算每一个水电机组功率的稳态调节量。
优选地，所述并根据所述机械功率曲线计算所述电网系统发生故障扰动后每一个水电机组功率的稳态调节量和稳态时间，具体包括：
根据公式AD(k)＝(Ff-Fref-Sq(k)×Fref)/Fref/Ep(k)，计算水电机组功率的稳态调节量；
其中，AD(k)为第k个水电机组功率的稳态调节量，Ff为所述低频振荡平息后所述电网系统的稳态频率，Fref为所述电网系统的标准频率，Sq(k)为第k个水电机组的PID调节死区，Ep(k)为第k个水电机组的调差系数；
所述稳态时间为所述水电机组的机械功率开始稳定保持在预设第一功率范围时的时间点。
优选地，所述根据所述机械功率曲线和所述稳态调节量计算所述水电机组的超调比例，具体包括：
根据所述机械功率曲线计算所述机械功率曲线中的初始值和第二摆极值；其中，所述初始值为所述故障扰动发生时所述水电机组的机械功率值，所述第二摆极值为所述故障扰动发生后的1.5～2.5这个时间周期中的机械功率极值；
根据所述初始值和所述第二摆极值，计算所述水电机组发生故障扰动后功率的第一调节量；
根据所述第一调节量与所述稳态调节量，计算所述水电机组的超调比例。
优选地，所述根据所述初始值和所述第二摆极值，计算所述水电机组发生故障扰动后功率的第一调节量，具体包括：
根据公式P1(k)＝P0(k)-Pi(k)，计算水电机组发生故障扰动后功率的第一调节量；
其中，P1(k)为第k个水电机组发生故障扰动后功率的第一调节量，P0(k)为第k个水电机组发生故障扰动时功率的初始值，Pi(k)为所述第二摆极值。
优选地，根据所述第一调节量与所述稳态调节量，计算所述水电机组的超调比例，具体包括：
根据公式OS(k)＝P1(k)÷AD(k)，计算所述水电机组的超调比例；
其中，OS(k)为第k个水电机组的超调比例。
优选地，所述则调整所述水电机组的第一积分系数，具体包括：
将所述第一积分系数增大预设第一数值，得到第二积分系数。
优选地，所述则调整若干个水电机组的第一比例系数，具体包括：
记录对所述电网系统进行故障扰动的次数，当所述故障扰动的次数为奇数时，根据所述稳态时间对所述水电机组进行排序，将稳态时间较小的前N个水电机组的第一比例系数增大预设第二数值；
当所述故障扰动的次数为偶数时，根据所述超调比例对所述水电机组进行排序，将超调比例较大的前M个水电机组的第一比例系数减少预设第二数值；
其中，N＝2M。
优选地，所述则调整若干个水电机组的第一比例系数，具体包括：
记录对所述电网系统进行故障扰动的次数，判断所述故障扰动的次数是否为3的倍数，若否，则根据所述稳态时间对所述水电机组进行排序，将稳态时间较小的前P个水电机组的第一比例系数增大预设第三数值；
若是，则根据所述超调比例对所述水电机组进行排序，将超调比例较大的前Q个水电机组的第一比例系数减少预设第三数值；
其中，P＝2Q。
优选地，所述第一功率范围为0.92AD(k)-1.08AD(k)，其中，所述AD(k)为第k个水电机组功率的稳态调节量。
本发明实施例还提供一种基于电网系统的水电机组调速器PID参数优化装置，包括：
调速器PID参数调整模块，用于确定所述电网系统中需进行调速器PID参数优化的水电机组，并将每一个水电机组调速器PID参数中的初始比例系数和初始积分系数分别调整为第一比例系数和第一积分系数；
振动周期计算模块，用于对所述电网系统进行故障扰动，以激发所述电网系统发生低频振荡，并对所述低频振荡产生的信号进行Prony分析，获取所述电网系统在发生所述低频振荡期间的振动周期；
机械功率曲线记录模块，用于当所述电网系统发生低频振荡时，记录每一个水电机组的机械功率曲线，并根据所述机械功率曲线计算所述电网系统发生故障扰动后每一个水电机组功率的稳态调节量和稳态时间；
超调比例计算模块，用于根据所述机械功率曲线和所述稳态调节量计算所述水电机组的超调比例；
稳态调节量判断模块，用于判断所述每一个水电机组的稳态调节量是否小于第一阈值，若是，则调整所述水电机组的第一积分系数，并重新对所述电网系统进行故障扰动，重新计算每一个水电机组功率的稳态调节量；若否，则调整若干个水电机组的第一比例系数；
稳态时间判断模块，用于判断所述每一个水电机组的稳态时间是否小于第二阈值，若是，则结束对所述水电机组调速器PID参数的优化过程；若否，则重新对所述电网系统进行故障扰动，重新计算每一个水电机组功率的稳态调节量。
相对于现有技术，本发明实施例提供的一种基于电网系统的水电机组调速器PID参数优化方法的有益效果在于：所述基于电网系统的水电机组调速器PID参数优化方法，包括：确定所述电网系统中需进行调速器PID参数优化的水电机组，并将每一个水电机组调速器PID参数中的初始比例系数和初始积分系数分别调整为第一比例系数和第一积分系数；对所述电网系统进行故障扰动，以激发所述电网系统发生低频振荡，并对所述低频振荡产生的信号进行Prony分析，获取所述电网系统在发生所述低频振荡期间的振动周期；当所述电网系统发生低频振荡时，记录每一个水电机组的机械功率曲线，并根据所述机械功率曲线计算所述电网系统发生故障扰动后每一个水电机组功率的稳态调节量和稳态时间；根据所述机械功率曲线和所述稳态调节量计算所述水电机组的超调比例；判断所述每一个水电机组的稳态调节量是否小于第一阈值，若是，则调整所述水电机组的第一积分系数，并重新对所述电网系统进行故障扰动，重新计算每一个水电机组功率的稳态调节量；若否，则调整若干个水电机组的第一比例系数；判断所述每一个水电机组的稳态时间是否小于第二阈值，若是，则结束对所述水电机组调速器PID参数的优化过程；若否，则重新对所述电网系统进行故障扰动，重新计算每一个水电机组功率的稳态调节量。该方法根据预设的阈值对水电机组功率的稳态调节量和稳态时间进行判断，从而对水电机组调速器PID参数进行适当的调整，在较短的时间内，为电网系统中的水电机组调速器找到一组合理的PID参数，有效地抑制大电网的超低频振荡现象。
附图说明
图1是本发明实施例提供的一种基于电网系统的水电机组调速器PID参数优化方法的流程图；
图2是本发明实施例提供的一种水电机组的机械功率曲线显示图；
图3是本发明实施例提供的一种基于电网系统的水电机组调速器PID参数优化装置的示意图。
具体实施方式
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、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅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。
请参阅图1，其是本发明实施例提供的一种基于电网系统的水电机组调速器PID参数优化方法的流程图，所述基于电网系统的水电机组调速器PID参数优化方法，包括：
S100：确定所述电网系统中需进行调速器PID参数优化的水电机组，并将每一个水电机组调速器PID参数中的初始比例系数和初始积分系数分别调整为第一比例系数和第一积分系数；
S200：对所述电网系统进行故障扰动，以激发所述电网系统发生低频振荡，并对所述低频振荡产生的信号进行Prony分析，获取所述电网系统在发生所述低频振荡期间的振动周期；
S300：当所述电网系统发生低频振荡时，记录每一个水电机组的机械功率曲线，并根据所述机械功率曲线计算所述电网系统发生故障扰动后每一个水电机组功率的稳态调节量和稳态时间；
S400：根据所述机械功率曲线和所述稳态调节量计算所述水电机组的超调比例；
S500：判断所述每一个水电机组的稳态调节量是否小于第一阈值，若是，则调整所述水电机组的第一积分系数，并重新对所述电网系统进行故障扰动，重新计算每一个水电机组功率的稳态调节量；若否，则调整若干个水电机组的第一比例系数；
S600：判断所述每一个水电机组的稳态时间是否小于第二阈值，若是，则结束对所述水电机组调速器PID参数的优化过程；若否，则重新对所述电网系统进行故障扰动，重新计算每一个水电机组功率的稳态调节量。
在本实施例中，通过对电网系统进行故障扰动后，求取各个水电机组机械功率的超调比例和稳态时间，按照一定的调整方法逐步调整所述水电机组的比例系数和积分系数，从整体上降低各个水电机组进入稳态的时间，为电网系统中的水电机组调速器找到一组合理的PID参数，有效地抑制大电网的超低频振荡现象。
在一种可选的实施例中，S100：确定所述电网系统中需进行调速器PID参数优化的水电机组，并将每一个水电机组调速器PID参数中的初始比例系数和初始积分系数分别调整为第一比例系数和第一积分系数；
在本实施例中，由于整个电网系统中可能存在一些异常的水电机组，例如没有PID调速器的水电机组、有调速器但PID参数不可调的水电机组、或者由于功率太小对电网系统影响极小的水电机组，因此需要进行排除部分水电机组以减少优化过程的计算量。一般调速器没有PID调节能力的水电机组是明确的，主要是排除功率太小的水电机组，其中可以设定特定的阈值进行排除，例如少于100MW的水电机组将不予以考虑，从而可以确定电网系统中需进行调速器PID参数优化的水电机组，并对其进行编号；另外调速器PID参数包括三个参数，分别为比例系数、积分系数和微分系数，在本申请中主要是根据实验经验将水电机组调速器PID参数中的初始比例系数和初始积分系数调整为合适的数值，方便水电机组的调速器在PID参数优化过程中更快地找出合理的PID参数，其中微分系数保持不变，所述第一比例系数可取值为1.0，所述第一积分系数可取值为0.2。
在一种可选的实施例中，S200：对所述电网系统进行故障扰动，以激发所述电网系统发生低频振荡，并对所述低频振荡产生的信号进行Prony分析，获取所述电网系统在发生所述低频振荡期间的振动周期；
在本实施例中，所述故障扰动可以是使电网系统的功率不匹配的故障，例如对电网系统的某回直流进行单极闭锁，导致电网系统出现功率过剩的现象；或者切除电网系统某台大型机组，导致电网系统出现功率不足的现象；其中，Prony算法是一种能够对给定信号的频率、衰减阻尼、幅值进行有效估算的算法，对低频振荡信号的分析展示出良好的适应性，可以对低频振荡信号进行便捷的分析计算。
在一种可选的实施例中，S300：当所述电网系统发生低频振荡时，记录每一个水电机组的机械功率曲线，并根据所述机械功率曲线计算所述电网系统发生故障扰动后每一个水电机组功率的稳态调节量和稳态时间，具体包括：
根据公式AD(k)＝(Ff-Fref-Sq(k)×Fref)/Fref/Ep(k)，计算水电机组功率的稳态调节量；
其中，AD(k)为第k个水电机组功率的稳态调节量，Ff为所述低频振荡平息后所述电网系统的稳态频率，Fref为所述电网系统的标准频率，Sq(k)为第k个水电机组的PID调节死区，Ep(k)为第k个水电机组的调差系数；
所述稳态时间为所述水电机组的机械功率开始稳定保持在预设第一功率范围时的时间点。
在本实施例中，所述水电机组的机械功率稳定保持在预设第一功率范围是指所述水电机组的机械功率一直在所述第一功率范围内，不再越出所述第一功率范围；其中，所述机械功率曲线可由电力系统计算分析软件直接显示输出，所述PID调节死区是水电机组本身的一个参数，一般可取值为0.04-0.06Hz；所述电机组的调差系数可取值为0.04-0.05，其中，若所述水电机组的机械功率在预设的时间段中一直无法稳定保持在预设第一功率范围时，所述稳态时间可取值为999秒。
在一种可选的实施例中，S400：根据所述机械功率曲线和所述稳态调节量计算所述水电机组的超调比例，具体包括：
根据所述机械功率曲线计算所述机械功率曲线中的初始值和第二摆极值；其中，所述初始值为所述故障扰动发生时所述水电机组的机械功率值，所述第二摆极值为所述故障扰动发生后的1.5～2.5这个时间周期中的机械功率极值；
根据所述初始值和所述第二摆极值，计算所述水电机组发生故障扰动后功率的第一调节量；
根据所述第一调节量与所述稳态调节量，计算所述水电机组的超调比例。
在本实施例中，所述第二摆极值中的极值包括极大值和极小值，当电网系统出现功率不匹配且功率过剩现象时，所述第二摆极值的极值为最小值；当电网系统出现功率不足现象时，所述第二摆极值的极值为最大值，请参阅图2，其是电网系统出现功率不匹配且功率过剩现象时，某一个水电机组的机械功率曲线显示图。
在一种可选的实施例中，所述根据所述初始值和所述第二摆极值，计算所述水电机组发生故障扰动后功率的第一调节量，具体包括：
根据公式P1(k)＝P0(k)-Pi(k)，计算水电机组发生故障扰动后功率的第一调节量；
其中，P1(k)为第k个水电机组发生故障扰动后功率的第一调节量，P0(k)为第k个水电机组发生故障扰动时功率的初始值，Pi(k)为所述第二摆极值。
在一种可选的实施例中，根据所述第一调节量与所述稳态调节量，计算所述水电机组的超调比例，具体包括：
根据公式OS(k)＝P1(k)÷AD(k)，计算所述水电机组的超调比例；
其中，OS(k)为第k个水电机组的超调比例。
在一种可选的实施例中，S500：判断所述每一个水电机组的稳态调节量是否小于第一阈值，若是，则调整所述水电机组的第一积分系数，并重新对所述电网系统进行故障扰动，重新计算每一个水电机组功率的稳态调节量；若否，则调整若干个水电机组的第一比例系数，具体包括：
将所述第一积分系数增大预设第一数值，得到第二积分系数。
在本实施例中，所述第一阈值可取值为1.0，所述第一数值可取值为0.05，只要存在任一一个水电机组的稳态调节量小于所述第一阈值，则重新对所述电网系统进行故障扰动，重新记录每一个水电机组的机械功率曲线，从而重新计算每一个水电机组功率的稳态调节量、稳态时间和超调比例。
在一种可选的实施例中，所述则调整若干个水电机组的第一比例系数，具体包括：
记录对所述电网系统进行故障扰动的次数，当所述故障扰动的次数为奇数时，根据所述稳态时间对所述水电机组进行排序，将稳态时间较小的前N个水电机组的第一比例系数增大预设第二数值；
当所述故障扰动的次数为偶数时，根据所述超调比例对所述水电机组进行排序，将超调比例较大的前M个水电机组的第一比例系数减少预设第二数值；
其中，N＝2M。
在本实施例中，由于PID参数在优化过程中不满足一些判断条件，需要重新对电网系统进行故障扰动，故可根据故障扰动的次数的奇偶性对所述第一比例系数进行调整；其中，M可取值为5，m值越大，PID参数的优化速度越快，但精度会相应降低；所述第二数值可取值为0.1。
在一种可选的实施例中，所述则调整若干个水电机组的第一比例系数，具体包括：
记录对所述电网系统进行故障扰动的次数，判断所述故障扰动的次数是否为3的倍数，若否，则根据所述稳态时间对所述水电机组进行排序，将稳态时间较小的前P个水电机组的第一比例系数增大预设第三数值；
若是，则根据所述超调比例对所述水电机组进行排序，将超调比例较大的前Q个水电机组的第一比例系数减少预设第三数值；
其中，P＝2Q。
在本实施例中，由于PID参数在优化过程中不满足一些判断条件，需要重新对电网系统进行故障扰动，除了根据故障扰动的次数的奇偶性对所述第一比例系数进行调整还可以根据故障扰动的次数是否为3的倍数对所述第一比例系数进行调整；其中，Q可取值为5，Q值越大，PID参数的优化速度越快，但精度会相应降低；所述第三数值可取值为0.1。
在一种可选的实施例中，所述第一功率范围为0.92AD(k)-1.08AD(k)，其中，所述AD(k)为第k个水电机组功率的稳态调节量。
在本实施例中，主要是为了判断水电机组在发生低频振荡后其机械功率进入稳态状态的稳态时间，所述第一功率范围实际就是在所述稳态调节量上下浮动8％的范围之内。
在一种可选的实施例中，S600：判断所述每一个水电机组的稳态时间是否小于第二阈值，若是，则结束对所述水电机组调速器PID参数的优化过程；若否，则重新对所述电网系统进行故障扰动，重新计算每一个水电机组功率的稳态调节量。
在本实施例中，所述第二阈值可取值为70秒，所述第二阈值越大，电网系统发生的低频振荡越厉害，但PID参数的优化速度会越快；当所有的水电机组的稳态时间小于所述第二阈值时，则结束对所述水电机组调速器PID参数的优化过程，保存调整后的比例系数和积分系数，否则重新对所述电网系统进行故障扰动，重新记录每一个水电机组的机械功率曲线，从而重新计算每一个水电机组功率的稳态调节量、稳态时间和超调比例。
请参阅图3，其是本发明实施例提供的一种基于电网系统的水电机组调速器PID参数优化装置的示意图，所述基于电网系统的水电机组调速器PID参数优化装置，包括：
调速器PID参数调整模块1，用于确定所述电网系统中需进行调速器PID参数优化的水电机组，并将每一个水电机组调速器PID参数中的初始比例系数和初始积分系数分别调整为第一比例系数和第一积分系数；
振动周期计算模块2，用于对所述电网系统进行故障扰动，以激发所述电网系统发生低频振荡，并对所述低频振荡产生的信号进行Prony分析，获取所述电网系统在发生所述低频振荡期间的振动周期；
机械功率曲线记录模块3，用于当所述电网系统发生低频振荡时，记录每一个水电机组的机械功率曲线，并根据所述机械功率曲线计算所述电网系统发生故障扰动后每一个水电机组功率的稳态调节量和稳态时间；
超调比例计算模块4，用于根据所述机械功率曲线和所述稳态调节量计算所述水电机组的超调比例；
稳态调节量判断模块5，用于判断所述每一个水电机组的稳态调节量是否小于第一阈值，若是，则调整所述水电机组的第一积分系数，并重新对所述电网系统进行故障扰动，重新计算每一个水电机组功率的稳态调节量；若否，则调整若干个水电机组的第一比例系数；
稳态时间判断模块6，用于判断所述每一个水电机组的稳态时间是否小于第二阈值，若是，则结束对所述水电机组调速器PID参数的优化过程；若否，则重新对所述电网系统进行故障扰动，重新计算每一个水电机组功率的稳态调节量。
在本实施例中，通过对电网系统进行故障扰动后，求取各个水电机组机械功率的超调比例和稳态时间，按照一定的调整方法逐步调整所述水电机组的比例系数和积分系数，从整体上降低各个水电机组进入稳态的时间，为电网系统中的水电机组调速器找到一组合理的PID参数，有效地抑制大电网的超低频振荡现象。
在一种可选的实施例中，机械功率曲线记录模块3包括：
稳态调节量计算单元，用于根据公式AD(k)＝(Ff-Fref-Sq(k)×Fref)/Fref/Ep(k)，计算水电机组功率的稳态调节量；
其中，AD(k)为第k个水电机组功率的稳态调节量，Ff为所述低频振荡平息后所述电网系统的稳态频率，Fref为所述电网系统的标准频率，Sq(k)为第k个水电机组的PID调节死区，Ep(k)为第k个水电机组的调差系数；
稳态时间计算单元，用于所述稳态时间为所述水电机组的机械功率开始稳定保持在预设第一功率范围时的时间点。
在本实施例中，所述水电机组的机械功率稳定保持在预设第一功率范围是指所述水电机组的机械功率一直在所述第一功率范围内，不再越出所述第一功率范围；其中，所述机械功率曲线可由电力系统计算分析软件直接显示输出，所述PID调节死区是水电机组本身的一个参数，一般可取值为0.04-0.06Hz；所述电机组的调差系数可取值为0.04-0.05，其中，若所述水电机组的机械功率在预设的时间段中一直无法稳定保持在预设第一功率范围时，所述稳态时间可取值为999秒。
在一种可选的实施例中，超调比例计算模块4包括：
初始值和第二摆极值计算单元，用于根据所述机械功率曲线计算所述机械功率曲线中的初始值和第二摆极值；其中，所述初始值为所述故障扰动发生时所述水电机组的机械功率值，所述第二摆极值为所述故障扰动发生后的1.5～2.5这个时间周期中的机械功率极值；
第一调节量计算单元，用于根据所述初始值和所述第二摆极值，计算所述水电机组发生故障扰动后功率的第一调节量；
超调比例计算单元，用于根据所述第一调节量与所述稳态调节量，计算所述水电机组的超调比例。
在本实施例中，所述第二摆极值中的极值包括极大值和极小值，当电网系统出现功率不匹配且功率过剩现象时，所述第二摆极值的极值为最小值当电网系统出现功率不足现象时，所述第二摆极值的极值为最大值，请参阅图2，其是电网系统出现功率不匹配且功率过剩现象时，某一个水电机组的机械功率曲线显示图。
在一种可选的实施例中，稳态调节量判断模块5包括：
第二积分系数计算单元，用于将所述第一积分系数增大预设第一数值，得到第二积分系数。
在一种可选的实施例中，调整第一比例系数单元，用于所述则调整若干个水电机组的第一比例系数，具体包括：
调整第一比例系数第一子单元，用于记录对所述电网系统进行故障扰动的次数，当所述故障扰动的次数为奇数时，根据所述稳态时间对所述水电机组进行排序，将稳态时间较小的前N个水电机组的第一比例系数增大预设第二数值；
调整第一比例系数第二子单元，用于当所述故障扰动的次数为偶数时，根据所述超调比例对所述水电机组进行排序，将超调比例较大的前M个水电机组的第一比例系数减少预设第二数值；
其中，N＝2M。
在本实施例中，由于PID参数在优化过程中不满足一些判断条件，需要重新对电网系统进行故障扰动，故可根据故障扰动的次数的奇偶性对所述第一比例系数进行调整；其中，M可取值为5，m值越大，PID参数的优化速度越快，但精度会相应降低；所述第二数值可取值为0.1。
相对于现有技术，本发明实施例提供的一种基于电网系统的水电机组调速器PID参数优化方法的有益效果在于：所述基于电网系统的水电机组调速器PID参数优化方法，包括：确定所述电网系统中需进行调速器PID参数优化的水电机组，并将每一个水电机组调速器PID参数中的初始比例系数和初始积分系数分别调整为第一比例系数和第一积分系数；对所述电网系统进行故障扰动，以激发所述电网系统发生低频振荡，并对所述低频振荡产生的信号进行Prony分析，获取所述电网系统在发生所述低频振荡期间的振动周期；当所述电网系统发生低频振荡时，记录每一个水电机组的机械功率曲线，并根据所述机械功率曲线计算所述电网系统发生故障扰动后每一个水电机组功率的稳态调节量和稳态时间；根据所述机械功率曲线和所述稳态调节量计算所述水电机组的超调比例；判断所述每一个水电机组的稳态调节量是否小于第一阈值，若是，则调整所述水电机组的第一积分系数，并重新对所述电网系统进行故障扰动，重新计算每一个水电机组功率的稳态调节量；若否，则调整若干个水电机组的第一比例系数；判断所述每一个水电机组的稳态时间是否小于第二阈值，若是，则结束对所述水电机组调速器PID参数的优化过程；若否，则重新对所述电网系统进行故障扰动，重新计算每一个水电机组功率的稳态调节量。该方法根据预设的阈值对水电机组功率的稳态调节量和稳态时间进行判断，从而对水电机组调速器PID参数进行适当的调整，
在较短的时间内，为电网系统中的水电机组调速器找到一组合理的PID参数，有效地抑制大电网的超低频振荡现象。
以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本发明的保护范围。
Claims (10)
1.一种基于电网系统的水电机组调速器PID参数优化方法，其特征在于，包括：
确定所述电网系统中需进行调速器PID参数优化的水电机组，并将每一个水电机组调速器PID参数中的初始比例系数和初始积分系数分别调整为第一比例系数和第一积分系数；
对所述电网系统进行故障扰动，以激发所述电网系统发生低频振荡，并对所述低频振荡产生的信号进行Prony分析，获取所述电网系统在发生所述低频振荡期间的振动周期；
当所述电网系统发生低频振荡时，记录每一个水电机组的机械功率曲线，并根据所述机械功率曲线计算所述电网系统发生故障扰动后每一个水电机组功率的稳态调节量和稳态时间；
根据所述机械功率曲线和所述稳态调节量计算所述水电机组的超调比例；
判断所述每一个水电机组的稳态调节量是否小于第一阈值，若是，则调整所述水电机组的第一积分系数，并重新对所述电网系统进行故障扰动，重新计算每一个水电机组功率的稳态调节量；若否，则调整若干个水电机组的第一比例系数；
判断所述每一个水电机组的稳态时间是否小于第二阈值，若是，则结束对所述水电机组调速器PID参数的优化过程；若否，则重新对所述电网系统进行故障扰动，重新计算每一个水电机组功率的稳态调节量。
2.如权利要求1所述的基于电网系统的水电机组调速器PID参数优化方法，其特征在于，所述并根据所述机械功率曲线计算所述电网系统发生故障扰动后每一个水电机组功率的稳态调节量和稳态时间，具体包括：
根据公式AD(k)＝(Ff-Fref-Sq(k)×Fref)/Fref/Ep(k)，计算水电机组功率的稳态调节量；
其中，AD(k)为第k个水电机组功率的稳态调节量，Ff为所述低频振荡平息后所述电网系统的稳态频率，Fref为所述电网系统的标准频率，Sq(k)为第k个水电机组的PID调节死区，Ep(k)为第k个水电机组的调差系数；
所述稳态时间为所述水电机组的机械功率开始稳定保持在预设第一功率范围时的时间点。
3.如权利要求2所述的基于电网系统的水电机组调速器PID参数优化方法，其特征在于，所述根据所述机械功率曲线和所述稳态调节量计算所述水电机组的超调比例，具体包括：
根据所述机械功率曲线计算所述机械功率曲线中的初始值和第二摆极值；其中，所述初始值为所述故障扰动发生时所述水电机组的机械功率值，所述第二摆极值为所述故障扰动发生后的1.5T～2.5T时间内的机械功率极值；其中，T为所述电网系统在发生所述低频振荡期间的振动周期；
根据所述初始值和所述第二摆极值，计算所述水电机组发生故障扰动后功率的第一调节量；
根据所述第一调节量与所述稳态调节量，计算所述水电机组的超调比例。
4.如权利要求3所述的基于电网系统的水电机组调速器PID参数优化方法，其特征在于，所述根据所述初始值和所述第二摆极值，计算所述水电机组发生故障扰动后功率的第一调节量，具体包括：
根据公式P1(k)＝P0(k)-Pi(k),计算水电机组发生故障扰动后功率的第一调节量；
其中，P1(k)为第k个水电机组发生故障扰动后功率的第一调节量，P0(k)为第k个水电机组发生故障扰动时功率的初始值，Pi(k)为所述第二摆极值。
5.如权利要求4所述的基于电网系统的水电机组调速器PID参数优化方法，其特征在于，根据所述第一调节量与所述稳态调节量，计算所述水电机组的超调比例，具体包括：
根据公式OS(k)＝P1(k)÷AD(k),计算所述水电机组的超调比例；
其中，OS(k)为第k个水电机组的超调比例。
6.如权利要求1所述的基于电网系统的水电机组调速器PID参数优化方法，其特征在于，所述则调整所述水电机组的第一积分系数，具体包括：
将所述第一积分系数增大预设第一数值，得到第二积分系数。
7.如权利要求1所述的基于电网系统的水电机组调速器PID参数优化方法，其特征在于，所述则调整若干个水电机组的第一比例系数，具体包括：
记录对所述电网系统进行故障扰动的次数，当所述故障扰动的次数为奇数时，根据所述稳态时间对所述水电机组进行排序，将稳态时间较小的前N个水电机组的第一比例系数增大预设第二数值；
当所述故障扰动的次数为偶数时，根据所述超调比例对所述水电机组进行排序，将超调比例较大的前M个水电机组的第一比例系数减少预设第二数值；
其中，N＝2M。
8.如权利要求1所述的基于电网系统的水电机组调速器PID参数优化方法，其特征在于，所述则调整若干个水电机组的第一比例系数，具体包括：
记录对所述电网系统进行故障扰动的次数，判断所述故障扰动的次数是否为3的倍数，若否，则根据所述稳态时间对所述水电机组进行排序，将稳态时间较小的前P个水电机组的第一比例系数增大预设第三数值；
若是，则根据所述超调比例对所述水电机组进行排序，将超调比例较大的前Q个水电机组的第一比例系数减少预设第三数值；
其中，P＝2Q。
9.如权利要求2所述的基于电网系统的水电机组调速器PID参数优化方法，其特征在于，所述第一功率范围为0.92AD(k)-1.08AD(k)，其中，所述AD(k)为第k个水电机组功率的稳态调节量。
10.一种基于电网系统的水电机组调速器PID参数优化装置，其特征在于，包括：
调速器PID参数调整模块，用于确定所述电网系统中需进行调速器PID参数优化的水电机组，并将每一个水电机组调速器PID参数中的初始比例系数和初始积分系数分别调整为第一比例系数和第一积分系数；
振动周期计算模块，用于对所述电网系统进行故障扰动，以激发所述电网系统发生低频振荡，并对所述低频振荡产生的信号进行Prony分析，获取所述电网系统在发生所述低频振荡期间的振动周期；
机械功率曲线记录模块，用于当所述电网系统发生低频振荡时，记录每一个水电机组的机械功率曲线，并根据所述机械功率曲线计算所述电网系统发生故障扰动后每一个水电机组功率的稳态调节量和稳态时间；
超调比例计算模块，用于根据所述机械功率曲线和所述稳态调节量计算所述水电机组的超调比例；
稳态调节量判断模块，用于判断所述每一个水电机组的稳态调节量是否小于第一阈值，若是，则调整所述水电机组的第一积分系数，并重新对所述电网系统进行故障扰动，重新计算每一个水电机组功率的稳态调节量；若否，则调整若干个水电机组的第一比例系数；
稳态时间判断模块，用于判断所述每一个水电机组的稳态时间是否小于第二阈值，若是，则结束对所述水电机组调速器PID参数的优化过程；若否，则重新对所述电网系统进行故障扰动，重新计算每一个水电机组功率的稳态调节量。
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