CN110374789B - 一种水轮机组调速器pid参数切换方法及装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种水轮机组调速器PID参数切换方法及装置，包括：采用预设的PID参数整定算法对所有水轮机组调速器的PID参数进行优化整定，得到第一PID参数和第二PID参数；按照水轮机组调速器出现振荡发生时对应的有功功率振幅对所述水轮机组调速器进行分组，并确定各组水轮机组调速器的PID参数运行模式；根据各组水轮机组调速器的PID参数运行模式，分别构建水轮机组调速器的PID参数模糊切换模型；将实时获取的实时频率偏差值输入到PID参数模糊切换模型，并根据PID参数模糊切换模型的输出结果切换水轮机组调速器的PID参数运行模式，实现水轮机组调速器能够同时兼顾一次性调频性能和阻尼水平，从而能实现从电厂侧抑制系统发生超低频振荡。

Description

一种水轮机组调速器PID参数切换方法及装置
技术领域
本发明涉及电力系统和水轮机调节技术领域，尤其涉及一种水轮机组调速器PID参数切换方法及装置。
背景技术
频率是衡量电能质量的一个重要指标。水轮机组调速器作为一次调频机构，不仅会影响系统的频率特性，还会影响系统的动态稳定性。随着电力系统对频率要求日益提高、带有随机性的新能源大量接入以及负荷波动愈发剧烈，要求调速器在参数设置上确保机组具有足够的一次调频性。为此，部分电厂将机组调速器参数设置的极为灵敏，从而使得电网频率出现偏差时，机组能够迅速、充分地进行一次调频，将频率拉回正常值。然而调速器参数过于灵敏以及水电机组本身的水锤效应易向系统提供负阻尼，从而引发系统超低频振荡，严重影响电力系统的安全稳定运行。
目前，水轮机组的调节系统通常采用比例积分微分(PID)调速器与液压随动系统、引水系统、水轮机、发电机及负荷等形成闭环控制。因而，如何调整水轮机组调速器PID参数，使之能够更好地适应一次调频与动态稳定的要求成为迫切需要解决的关键技术问题。
许多先进的理论和方法已广泛应用于水轮机组调速器PID参数的协调优化中，这些方法通过建立调节系统的闭环传递函数，以一次调频性能和电网动态稳定性指标为优化目标，采用优化算法试图找到一组调速器PID参数，使得机组在测试条件下能够在保证一次调频性能的同时保持电网的动态稳定性。然而，从优化的角度来看，满足多目标的优化问题的可行解并不一定存在，即在实际优化过程中可能无法找到既满足一次调频性能又满足稳定性指标的PID参数。
发明内容
本发明实施例提供一种水轮机组调速器PID参数切换方法及装置，实现水轮机组调速器能够同时兼顾一次性调频性能和阻尼水平，从而能实现从电厂侧抑制系统发生超低频振荡。
本发明一实施例提供一种水轮机组调速器PID参数切换方法，包括：
采用预设的PID参数整定算法对所有水轮机组调速器的PID参数进行优化整定，得到第一PID参数和第二PID参数；其中，以满足一次调频性能指标的PID参数作为所述第一PID参数，以满足抑制超低频振荡性能指标的PID参数作为所述第二PID参数；
按照所述水轮机组调速器出现振荡发生时对应的有功功率振幅对所述水轮机组调速器进行分组，并确定各组所述水轮机组调速器的PID参数运行模式；其中，所述PID参数运行模式包括采用所述第一PID参数运行的第一PID参数模式和采用所述第二PID参数运行的第二PID参数模式；
根据各组所述水轮机组调速器的PID参数运行模式，分别构建所述水轮机组调速器的PID参数模糊切换模型；
将实时获取的实时频率偏差值输入到所述PID参数模糊切换模型，并根据所述PID参数模糊切换模型的输出结果切换所述水轮机组调速器的PID参数运行模式。
作为上述方案的改进，所述采用预设的PID参数整定算法对所有水轮机组调速器的PID参数进行优化整定，得到第一PID参数和第二PID参数，具体包括：
采用齐格勒-尼克尔斯法，确定各所述水轮机组调速器的PID参数初始值；
采用粒子群算法，以所述一次调频性能指标为第一目标函数对各所述水轮机组调速器的PID参数初始值进行参数寻优，得到所述第一PID参数；其中，所述一次调频性能指标为所述水轮机组调速器的一次调频上升时间；
采用所述粒子群算法，以所述抑制超低频振荡性能指标为第二目标函数对各所述水轮机组调速器的PID参数初始值进行参数寻优，得到所述第二PID参数；其中，所述抑制超低频振荡性能指标为系统振荡阻尼。
作为上述方案的改进，所述按照所述水轮机组调速器出现振荡发生时对应的有功功率振幅对所述水轮机组调速器进行分组，并确定各组所述水轮机组调速器的PID参数运行模式，具体包括：
将各所述水轮机组调速器出现振荡发生时对应的有功功率振幅按从大到小进行排序；
获取排序为前a％的有功功率振幅对应的水轮机组调速器作为第一组水轮机组调速器，且所述第一组水轮机组调速器运行所述第二PID参数模式；其中，0≤a≤100；
将其余的水轮机组调速器作为第二组水轮机组调速器，且所述第二组水轮机组调速器运行所述第一PID参数模式。
作为上述方案的改进，所述根据各组所述水轮机组调速器的PID参数运行模式，分别构建所述水轮机组调速器的PID参数模糊切换模型，具体包括：
将频率偏差值和偏差变化趋势作为模型的输入变量，将PID参数运行模式选择作为模型的输出变量；其中，所述PID参数运行模式选择包括所述第一PID参数模式和所述第二PID参数模式；
分别确定所述输入变量和所述输出变量的模糊集；
基于所述输入变量和所述输出变量的模糊集，构建所述第一PID参数模式和所述第二PID参数模式的PID参数模糊切换模型。
作为上述方案的改进，所述基于所述输入变量和所述输出变量的模糊集，构建所述第一PID参数模式和所述第二PID参数模式的PID参数模糊切换模型，具体包括：
根据所述偏差变化趋势，判断所述频率偏差值是否达到预设的波动变化阈值；
当所述频率偏差值达到所述波动变化阈值时，所述PID参数模糊切换模型将非当前运行的PID参数运行模式作为所述PID参数运行模式选择，则认为各组所述水轮机组调速器切换当前运行的PID参数运行模式；
当所述频率偏差值未达到所述波动变化阈值时，所述PID参数模糊切换模型将当前运行的PID参数运行模式作为所述PID参数运行模式选择，则认为各组所述水轮机组调速器保持当前运行的PID参数运行模式。
作为上述方案的改进，所述方法还包括：
根据由测频装置实时获取的所述实时频率偏差值，得到频率变化曲线；
获取当所述频率变化曲线出现波动后波峰和波谷的个数，作为实时偏差变化趋势。
作为上述方案的改进，通过如下步骤验证所述PID参数模糊切换模型的有效性：
根据切换后的所述水轮机组调速器的PID参数运行模式，对系统的稳定性进行仿真验证，得到系统稳定曲线；
当检测到所述系统稳定曲线的波动达到预设的波动幅值阈值时，则认为系统恢复稳定，所述PID参数模糊切换模型有效；当检测到所述系统稳定曲线的波动未达到所述波动幅值阈值时，则认为所述PID参数模糊切换模型无效。
本发明另一实施例对应提供了一种水轮机组调速器PID参数切换装置，包括：
PID参数整定模块，用于采用预设的PID参数整定算法对所有水轮机组调速器的PID参数进行优化整定，得到第一PID参数和第二PID参数；其中，以满足一次调频性能指标的PID参数作为所述第一PID参数，以满足抑制超低频振荡性能指标的PID参数作为所述第二PID参数；
水轮机组调速器分组模块，用于按照所述水轮机组调速器出现振荡发生时对应的有功功率振幅对所述水轮机组调速器进行分组，并确定各组所述水轮机组调速器的PID参数运行模式；其中，所述PID参数运行模式包括采用所述第一PID参数运行的第一PID参数模式和采用所述第二PID参数运行的第二PID参数模式；
模型构建模块，用于根据各组所述水轮机组调速器的PID参数运行模式，分别构建所述水轮机组调速器的PID参数模糊切换模型；
PID参数运行模式切换模块，用于将实时获取的实时频率偏差值输入到所述PID参数模糊切换模型，并根据所述PID参数模糊切换模型的输出结果切换所述水轮机组调速器的PID参数运行模式。
与现有技术相比，本发明实施例公开的水轮机组调速器PID参数切换方法及装置，通过采用预设的PID参数整定算法对所有水轮机组调速器的PID参数进行优化整定，得到第一PID参数和第二PID参数，其中，以满足一次调频性能指标的PID参数作为所述第一PID参数，以满足抑制超低频振荡性能指标的PID参数作为所述第二PID参数，按照所述水轮机组调速器出现振荡发生时对应的有功功率振幅对所述水轮机组调速器进行分组，并确定各组所述水轮机组调速器的PID参数运行模式；其中，所述PID参数运行模式包括采用所述第一PID参数运行的第一PID参数模式和采用所述第二PID参数运行的第二PID参数模式，根据各组所述水轮机组调速器的PID参数运行模式，分别构建所述水轮机组调速器的PID参数模糊切换模型，将实时获取的实时频率偏差值输入到所述PID参数模糊切换模型，并根据所述PID参数模糊切换模型的输出结果切换所述水轮机组调速器的PID参数运行模式，能有效解决现有技术中在实际优化过程中可能无法找到既满足一次调频性能又满足稳定性指标的PID参数的问题，实现水轮机组调速器能够同时兼顾一次性调频性能和阻尼水平，从而能实现从电厂侧抑制系统发生超低频振荡。
本发明另一实施例提供了一种水轮机组调速器PID参数切换装置，包括处理器、存储器以及存储在所述存储器中且被配置为由所述处理器执行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现上述发明实施例所述的水轮机组调速器PID参数切换方法。
本发明另一实施例提供了一种存储介质，所述计算机可读存储介质包括存储的计算机程序，其中，在所述计算机程序运行时控制所述计算机可读存储介质所在设备执行上述发明实施例所述的水轮机组调速器PID参数切换方法。
附图说明
图1是本发明实施例一提供的一种水轮机组调速器PID参数切换方法的流程示意图；
图2是本发明实施例一提供的在组2的机组调速器参数切换模式下送出直流闭锁2500MW时的频率变化曲线图；
图3是本发明实施例一提供的在组1、组2的机组调速器参数切换模式下送出直流闭锁2500MW时的频率变化曲线图；
图4是本发明实施例二提供的一种水轮机组调速器PID参数切换装置的结构示意图。
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。
实施例一
参见图1，是本发明实施例一提供的一种水轮机组调速器PID参数切换方法的流程示意图，包括：
S101、采用预设的PID参数整定算法对所有水轮机组调速器的PID参数进行优化整定，得到第一PID参数和第二PID参数；其中，以满足一次调频性能指标的PID参数作为所述第一PID参数，以满足抑制超低频振荡性能指标的PID参数作为所述第二PID参数。
需要说明的是，PID参数包括比例环节放大倍数Kp、积分环节放大倍数Ki和微分环节放大倍数Kd。
S102、按照所述水轮机组调速器出现振荡发生时对应的有功功率振幅对所述水轮机组调速器进行分组，并确定各组所述水轮机组调速器的PID参数运行模式；其中，所述PID参数运行模式包括采用所述第一PID参数运行的第一PID参数模式和采用所述第二PID参数运行的第二PID参数模式。
S103、根据各组所述水轮机组调速器的PID参数运行模式，分别构建所述水轮机组调速器的PID参数模糊切换模型。
S104、将实时获取的实时频率偏差值输入到所述PID参数模糊切换模型，并根据所述PID参数模糊切换模型的输出结果切换所述水轮机组调速器的PID参数运行模式。
本发明实施例提供的一种水轮机组调速器PID参数切换方法，通过采用预设的PID参数整定算法对所有水轮机组调速器的PID参数进行优化整定，得到第一PID参数和第二PID参数，其中，以满足一次调频性能指标的PID参数作为所述第一PID参数，以满足抑制超低频振荡性能指标的PID参数作为所述第二PID参数，按照所述水轮机组调速器出现振荡发生时对应的有功功率振幅对所述水轮机组调速器进行分组，并确定各组所述水轮机组调速器的PID参数运行模式；其中，所述PID参数运行模式包括采用所述第一PID参数运行的第一PID参数模式和采用所述第二PID参数运行的第二PID参数模式，根据各组所述水轮机组调速器的PID参数运行模式，分别构建所述水轮机组调速器的PID参数模糊切换模型，将实时获取的实时频率偏差值输入到所述PID参数模糊切换模型，并根据所述PID参数模糊切换模型的输出结果切换所述水轮机组调速器的PID参数运行模式，能有效解决现有技术中在实际优化过程中可能无法找到既满足一次调频性能又满足稳定性指标的PID参数的问题，实现水轮机组调速器能够同时兼顾一次性调频性能和阻尼水平，从而能实现从电厂侧抑制系统发生超低频振荡。
在一种可选的实施例中，步骤S101具体包括：
采用齐格勒-尼克尔斯法，确定各所述水轮机组调速器的PID参数初始值；
采用粒子群算法，以所述一次调频性能指标为第一目标函数对各所述水轮机组调速器的PID参数初始值进行参数寻优，得到所述第一PID参数；其中，所述一次调频性能指标为所述水轮机组调速器的一次调频上升时间；
采用所述粒子群算法，以所述抑制超低频振荡性能指标为第二目标函数对各所述水轮机组调速器的PID参数初始值进行参数寻优，得到所述第二PID参数；其中，所述抑制超低频振荡性能指标为系统振荡阻尼。
本实施例中，PID参数整定优化步骤为对参数整定算法与启发式算法进行整合和改进。进而，优化整定后的PID参数步骤中，分别以一次调频性能指标和抑制超低频振荡性能指标为目标函数对每个水电机组调速器进行参数寻优。其中，一次调频性能指标定义为水轮机组调速器一次调频上升时间，抑制超低频振荡性能指标定义为系统振荡阻尼。进一步，系统的阻尼比越大,则系统抑制超低频振荡的动态稳定性越好，但对应的一次调频上升时间就会越大，从而系统的一次调频速度就越慢。可见，一次调频性能与系统的动态稳定性是相矛盾的两个目标。因此，通过优化PID参数，可以得到两组差异较大的PID参数。其中，以一次调频性能指标为目标优化得到的PID参数较大，将其定义为第一PID参数，也可以是大参数，而满足抑制超低频振荡性能指标的PID参数，将其定义为第二PID参数，也可以是小参数。
在一种可选的实施例中，步骤S102具体包括：
将各所述水轮机组调速器出现振荡发生时对应的有功功率振幅按从大到小进行排序；
获取排序为前a％的有功功率振幅对应的水轮机组调速器作为第一组水轮机组调速器，且所述第一组水轮机组调速器运行所述第二PID参数模式；其中，0≤a≤100；
将其余的水轮机组调速器作为第二组水轮机组调速器，且所述第二组水轮机组调速器运行所述第一PID参数模式。
需要说明的是，由于PID参数设置过大会导致在超低频段产生明显的负阻尼作用，容易引发超低频振荡，因此第一组水轮机组调速器的PID参数运行模式采用第二PID参数模式，也可以是小参数模式。而第二组水轮机组调速器的PID参数运行模式采用第一PID参数模式，也可以是大参数模式，从而具有较快的一次调频速度，满足系统的一次调频需求。
在一种可选的实施例中，步骤S103具体包括：
将频率偏差值和偏差变化趋势作为模型的输入变量，将PID参数运行模式选择作为模型的输出变量；其中，所述PID参数运行模式选择包括所述第一PID参数模式和所述第二PID参数模式；
分别确定所述输入变量和所述输出变量的模糊集；
基于所述输入变量和所述输出变量的模糊集，构建所述第一PID参数模式和所述第二PID参数模式的PID参数模糊切换模型。
需要说明的是，本实施例中针对两种PID参数运行模式，分别构建水轮机组调速器PID参数切换的模糊规则，即PID参数模糊切换模型。首先，界定模糊规则的输入输出变量，选择系统频率偏差e和偏差变化率ec作为输入语言变量。其中，偏差变化率ec经进一步计算处理得到Nec0，Nec0可以理解为当系统频率偏差e出现一定波动后偏差变化率ec穿越0点的次数，Nec0也可以理解为统计频率变化曲线发生波动后波峰和波谷的个数。输出语言变量MPID为PID参数运行模式选择，进而系统根据输出的PID参数运行模式选择对水轮机组调速器的PID参数运行模式进行切换。例如，水轮机组调速器当前运行第一PID参数模式，经PID参数模糊切换模型，若输出结果为第二PID参数模式，水轮机组调速器PID切换至第二PID参数模式。
其次，选择描述输入变量和输出变量的词集。其中，输入变量系统频率偏差e取5个语言值，定义模糊集为{NB,NS,ZE,PS,PB}，其中，NB表示为负大，NS表示为负小，ZE表示为零，PS表示为正小，PB表示为正大。输入变量偏差变化趋势Nec0取3个语言值，定义模糊集为{ZE,PS,PB}。输出变量PID参数运行模式选择MPID取2个语言值，定义模糊集为{S,B}，其中，S表示为第二PID参数模式，B表示为第一PID参数模式。
接着，针对不同的PID参数运行模式定义两种不同的模糊切换规则，即PID参数模糊切换模型。具体的，根据输入的频率偏差及偏差变化趋势来确定调速器的PID参数运行模式。本实施例中，模糊IF-THEN规则具有如下形式：if e＝PB or NB and Nec0＝PS thenMPID＝B。如下表1为机组运行在第一PID参数模式时的模糊切换规则表：
Figure GDA0002616412670000101
Figure GDA0002616412670000111
如下表2为机组运行在第二PID参数模式时的模糊切换规则表：
Figure GDA0002616412670000112
在一种可选的实施例中，所述基于所述输入变量和所述输出变量的模糊集，构建所述第一PID参数模式和所述第二PID参数模式的PID参数模糊切换模型，具体包括：
根据所述偏差变化趋势，判断所述频率偏差值是否达到预设的波动变化阈值；
当所述频率偏差值达到所述波动变化阈值时，所述PID参数模糊切换模型将非当前运行的PID参数运行模式作为所述PID参数运行模式选择，则认为各组所述水轮机组调速器切换当前运行的PID参数运行模式；
当所述频率偏差值未达到所述波动变化阈值时，所述PID参数模糊切换模型将当前运行的PID参数运行模式作为所述PID参数运行模式选择，则认为各组所述水轮机组调速器保持当前运行的PID参数运行模式。
需要说明的是，在第一PID参数模式和第二PID参数模式组合运行的模式下，在受到系统大扰动的情况下系统频率仍可能出现较小幅度的振荡，因此，需要在大扰动时对调速器的PID参数运行模式进行切换。由偏差变化趋势Nec0的定义可知，只有当频率发生一定波动，即频率偏差值是否达到预设的波动变化阈值时，模糊切换规则才生效。
优选的，当Nec0在预设的时间段内不再变化时，关闭参数切换功能，并将Nec0置0。
在一种可选的实施例中，在步骤S104中：
根据由测频装置实时获取的所述实时频率偏差值，得到频率变化曲线；
获取当所述频率变化曲线出现波动后波峰和波谷的个数，作为实时偏差变化趋势。
需要说明的是，可通过设置网络接口预先设置当前运行的PID参数运行模式，并实时获取测频装置发送的实时频率偏差值，进而根据该实时频率偏差值得到实时偏差变化率和实时偏差变化趋势，进而将实时频率偏差值和实时偏差变化趋势作为该PID参数模糊切换模型的输入量，并根据该PID参数模糊切换模型的输出结果判断是否切换当前运行的PID参数运行模式，实现水轮机组调速器能够同时兼顾一次性调频性能和阻尼水平。例如，当水轮机组调速器当前运行第一PID参数模式时，经PID参数模糊切换模型，若输出结果为第二PID参数模式，水轮机组调速器PID切换至第二PID参数模式；当水轮机组调速器当前运行第一PID参数模式，经PID参数模糊切换模型，若输出结果仍为第一PID参数模式，水轮机组调速器PID保持运行第一PID参数模式。
在一种可选的实施例中，在步骤S104之后通过如下步骤验证所述PID参数模糊切换模型的有效性：
根据切换后的所述水轮机组调速器的PID参数运行模式，对系统的稳定性进行仿真验证，得到系统稳定曲线；
当检测到所述系统稳定曲线的波动达到预设的波动幅值阈值时，则认为系统恢复稳定，所述PID参数模糊切换模型有效；当检测到所述系统稳定曲线的波动未达到所述波动幅值阈值时，则认为所述PID参数模糊切换模型无效。
将上述水轮机组调速器PID参数切换方法的流程应用于电力系统的水电厂中。例如，电力系统中设有6个主力水电厂，电厂名称为{XW、NZD、LDL、MW、LY、AH}，通过对PID参数进行整定和优化，得到两组PID参数如下表3：
Figure GDA0002616412670000131
进一步，监测以上6个水电机组在振荡发生期间的有功功率振幅，并按其有功功率振幅从大到小进行排列。从而，在水电厂NZD、LDL和XW机组在振荡发生期间有功功率振幅从大到小排列排在最前，NZD全厂振幅达300MW，LDL和XW全厂振幅在40～70MW之间，其余电厂振幅在20MW以下。因此，将NZD，LDL和XW分为一组，命名为组1，而其余3个主力水电厂MW、LY和AH分为另一组，命名为组2。更进一步，由于PID参数设置过大会导致在超低频段产生明显的负阻尼作用，容易引发超低频振荡，组1中的水电机组调速器PID参数采用表1中的小参数(即第二PID参数)，称其为第二PID参数模式。而组2中的水电机组调速器PID参数采用大参数(即第一PID参数)，称其为第一PID参数模式，从而具有较快的一次调频速度，满足系统的一次调频需求。
在第一PID参数模式和第二PID参数模式的组合运行模式下，在受到大扰动情况下系统频率仍然可能出现较小幅度的振荡，因此需要在大扰动时对调速器PID参数运行模式进行切换。
进一步，针对以上两种PID参数运行模式，分别构建水轮机组调速器PID参数切换的PID参数模糊切换模型。具体的，PID参数模糊切换模型可参见表1和表2。输出变量PID参数运行模式选择MPID的论域取自表1中的{小参数，大参数}。针对大参数对应的第一PID参数模式，取输入变量频率偏差值e的论域为{-0.2，-0.1，0，0.1，0.2}，输入变量偏差变化趋势Nec0的论域为{0，3，5}；而针对小参数对应的第二PID参数模式，取输入变量频率偏差值e的论域为{-0.4，-0.2，0，0.2，0.4}，输入变量偏差变化趋势Nec0的论域为{0，1，3}。
参见图2，是本发明实施例一提供的在组2的机组调速器参数切换模式下送出直流闭锁2500MW时的频率变化曲线图。
进一步，仿真验证以上6个水电机组在PID参数切换模式下送出直流闭锁2500MW时的频率变化情况。具体的，分别验证两种PID参数模糊切换模型的有效性。首先，对组2的机组调速器进行参数切换，组1的机组调速器参数保持不变，以得到如图2所示的频率变化曲线图。根据表2中的切换规则，组2的机组调速器将在约24s时将PID参数由大参数切换为小参数，即当前运行的第一PID参数模式切换为第二PID参数模式。由图2可知，组2的机组调速器参数切换后，系统频率在较小波动后恢复稳定，由此可验证切换方法的有效性，即调速器PID参数的切换方法可在保证一次调频速度基础上提高系统的动态稳定性。但由于仿真时未考虑二次调频，所以云南电网频率稳定在50.1Hz附近，输入变量频率偏差值e未恢复0，因此组2的调速器PID参数在仿真过程中未恢复为大参数。但由PID控制特性可知，当二次调频后系统频率稳定在50Hz时，PID控制模块的输出为0，在此时切换PID参数，系统频率不会发生波动，即由小参数切回大参数不会影响动态稳定性。
参见图3，是本发明实施例一提供的在组1、组2的机组调速器参数切换模式下送出直流闭锁2500MW时的频率变化曲线图。
更进一步，将组1和组2的调速器PID参数切换功能同时投入，得到如图3所示的频率变化曲线图。根据表3中的切换规则，组1的机组调速器将在约4.2s时将PID参数由小参数切为大参数，且在约23s时将PID参数由大参数切回小参数。由图3可知，组1的机组调速器参数切换后，系统频率的波动幅值有一定程度的减小，且恢复稳定的时间也略有减小，由此可验证切换方法的有效性。
实施例二
参见图4，是本发明实施例二提供的一种水轮机组调速器PID参数切换装置的结构示意图，包括：
PID参数整定模块201，用于采用预设的PID参数整定算法对所有水轮机组调速器的PID参数进行优化整定，得到第一PID参数和第二PID参数；其中，以满足一次调频性能指标的PID参数作为所述第一PID参数，以满足抑制超低频振荡性能指标的PID参数作为所述第二PID参数；
水轮机组调速器分组模块202，用于按照所述水轮机组调速器出现振荡发生时对应的有功功率振幅对所述水轮机组调速器进行分组，并确定各组所述水轮机组调速器的PID参数运行模式；其中，所述PID参数运行模式包括采用所述第一PID参数运行的第一PID参数模式和采用所述第二PID参数运行的第二PID参数模式；
模型构建模块203，用于根据各组所述水轮机组调速器的PID参数运行模式，分别构建所述水轮机组调速器的PID参数模糊切换模型；
PID参数运行模式切换模块204，用于将实时获取的实时频率偏差值输入到所述PID参数模糊切换模型，并根据所述PID参数模糊切换模型的输出结果切换所述水轮机组调速器的PID参数运行模式。
优选的，该PID参数整定模块201包括：
PID参数初始值计算单元，用于采用齐格勒-尼克尔斯法，确定各所述水轮机组调速器的PID参数初始值；
第一PID参数优化单元，用于采用粒子群算法，以所述一次调频性能指标为第一目标函数对各所述水轮机组调速器的PID参数初始值进行参数寻优，得到所述第一PID参数；其中，所述一次调频性能指标为所述水轮机组调速器的一次调频上升时间；
第二PID参数优化单元，用于采用所述粒子群算法，以所述抑制超低频振荡性能指标为第二目标函数对各所述水轮机组调速器的PID参数初始值进行参数寻优，得到所述第二PID参数；其中，所述抑制超低频振荡性能指标为系统振荡阻尼。
优选的，该水轮机组调速器分组模块202包括：
排序单元，用于将各所述水轮机组调速器出现振荡发生时对应的有功功率振幅按从大到小进行排序；
第二PID参数模式运行单元，用于获取排序为前a％的有功功率振幅对应的水轮机组调速器作为第一组水轮机组调速器，且所述第一组水轮机组调速器运行所述第二PID参数模式；其中，0≤a≤100；
第一PID参数模式运行单元，用于将其余的水轮机组调速器作为第二组水轮机组调速器，且所述第二组水轮机组调速器运行所述第一PID参数模式。
优选的，该模型构建模块203包括：
输入输出变量设置单元，用于将频率偏差值和偏差变化趋势作为模型的输入变量，将PID参数运行模式选择作为模型的输出变量；其中，所述PID参数运行模式选择包括所述第一PID参数模式和所述第二PID参数模式；
输入输出变量的模糊集设置单元，用于分别确定所述输入变量和所述输出变量的模糊集；
PID参数模糊切换模型构建单元，用于基于所述输入变量和所述输出变量的模糊集，构建所述第一PID参数模式和所述第二PID参数模式的PID参数模糊切换模型。
优选的，该模型构建模块203还包括：
判断单元，用于根据所述偏差变化趋势，判断所述频率偏差值是否达到预设的波动变化阈值；
切换单元，用于当所述频率偏差值达到所述波动变化阈值时，所述PID参数模糊切换模型将非当前运行的PID参数运行模式作为所述PID参数运行模式选择，则认为各组所述水轮机组调速器切换当前运行的PID参数运行模式；
保持单元，用于当所述频率偏差值未达到所述波动变化阈值时，所述PID参数模糊切换模型将当前运行的PID参数运行模式作为所述PID参数运行模式选择，则认为各组所述水轮机组调速器保持当前运行的PID参数运行模式。
优选的，该PID参数运行模式切换模块204包括：
频率变化曲线绘制单元，用于根据由测频装置实时获取的所述实时频率偏差值，得到频率变化曲线；
实时偏差变化趋势获取单元，用于获取当所述频率变化曲线出现波动后波峰和波谷的个数，作为实时偏差变化趋势。
优选的，该水轮机组调速器PID参数切换装置还包括：
仿真模块，用于根据切换后的所述水轮机组调速器的PID参数运行模式，对系统的稳定性进行仿真验证，得到系统稳定曲线；
系统稳定性验证模块，用于当检测到所述系统稳定曲线的波动达到预设的波动幅值阈值时，则认为系统恢复稳定，所述PID参数模糊切换模型有效；当检测到所述系统稳定曲线的波动未达到所述波动幅值阈值时，则认为所述PID参数模糊切换模型无效。
实施例二所述的水轮机组调速器PID参数切换装置是对应实施例一所述的水轮机组调速器PID参数切换方法的产品，其原理和实现的技术效果与实施例一所述的水轮机组调速器PID参数切换方法相同，在此不在重复描述。
参见图4，是本发明一实施例提供的水轮机组调速器PID参数切换装置的示意图。该实施例的水轮机组调速器PID参数切换装置包括：处理器、存储器以及存储在所述存储器中并可在所述处理器上运行的计算机程序。所述处理器执行所述计算机程序时实现上述各个水轮机组调速器PID参数切换方法实施例中的步骤，例如图1所示的步骤S103、根据各组所述水轮机组调速器的PID参数运行模式，分别构建所述水轮机组调速器的PID参数模糊切换模型。或者，所述处理器执行所述计算机程序时实现上述各装置实施例中各模块/单元的功能，例如模型构建模块203，用于根据各组所述水轮机组调速器的PID参数运行模式，分别构建所述水轮机组调速器的PID参数模糊切换模型。
示例性的，所述计算机程序可以被分割成一个或多个模块/单元，所述一个或者多个模块/单元被存储在所述存储器中，并由所述处理器执行，以完成本发明。所述一个或多个模块/单元可以是能够完成特定功能的一系列计算机程序指令段，该指令段用于描述所述计算机程序在所述水轮机组调速器PID参数切换装置中的执行过程。
所述水轮机组调速器PID参数切换装置可以是桌上型计算机、笔记本、掌上电脑及云端服务器等计算设备。所述水轮机组调速器PID参数切换装置可包括，但不仅限于，处理器、存储器。本领域技术人员可以理解，所述示意图仅仅是水轮机组调速器PID参数切换装置的示例，并不构成对水轮机组调速器PID参数切换装置的限定，可以包括比图示更多或更少的部件，或者组合某些部件，或者不同的部件，例如所述水轮机组调速器PID参数切换装置还可以包括输入输出设备、网络接入设备、总线等。
所称处理器可以是中央处理单元(Central Processing Unit，CPU)，还可以是其他通用处理器、数字信号处理器(Digital Signal Processor，DSP)、专用集成电路(Application Specific Integrated Circuit，ASIC)、现成可编程门阵列(Field-Programmable Gate Array，FPGA)或者其他可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件等。通用处理器可以是微处理器或者该处理器也可以是任何常规的处理器等，所述处理器是所述水轮机组调速器PID参数切换装置的控制中心，利用各种接口和线路连接整个水轮机组调速器PID参数切换装置的各个部分。
所述存储器可用于存储所述计算机程序和/或模块，所述处理器通过运行或执行存储在所述存储器内的计算机程序和/或模块，以及调用存储在存储器内的数据，实现所述水轮机组调速器PID参数切换装置的各种功能。所述存储器可主要包括存储程序区和存储数据区，其中，存储程序区可存储操作系统、至少一个功能所需的应用程序(比如声音播放功能、图像播放功能等)等；存储数据区可存储根据手机的使用所创建的数据(比如音频数据、电话本等)等。此外，存储器可以包括高速随机存取存储器，还可以包括非易失性存储器，例如硬盘、内存、插接式硬盘，智能存储卡(Smart Media Card,SMC)，安全数字(SecureDigital,SD)卡，闪存卡(Flash Card)、至少一个磁盘存储器件、闪存器件、或其他易失性固态存储器件。
其中，所述水轮机组调速器PID参数切换装置集成的模块/单元如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明实现上述实施例方法中的全部或部分流程，也可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成，所述的计算机程序可存储于一计算机可读存储介质中，该计算机程序在被处理器执行时，可实现上述各个方法实施例的步骤。其中，所述计算机程序包括计算机程序代码，所述计算机程序代码可以为源代码形式、对象代码形式、可执行文件或某些中间形式等。所述计算机可读介质可以包括：能够携带所述计算机程序代码的任何实体或装置、记录介质、U盘、移动硬盘、磁碟、光盘、计算机存储器、只读存储器(ROM，Read-Only Memory)、随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)、电载波信号、电信信号以及软件分发介质等。需要说明的是，所述计算机可读介质包含的内容可以根据司法管辖区内立法和专利实践的要求进行适当的增减，例如在某些司法管辖区，根据立法和专利实践，计算机可读介质不包括电载波信号和电信信号。
需说明的是，以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，其中所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现本实施例方案的目的。另外，本发明提供的装置实施例附图中，模块之间的连接关系表示它们之间具有通信连接，具体可以实现为一条或多条通信总线或信号线。本领域普通技术人员在不付出创造性劳动的情况下，即可以理解并实施。
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)

1.一种水轮机组调速器PID参数切换方法，其特征在于，包括：
采用预设的PID参数整定算法对所有水轮机组调速器的PID参数进行优化整定，得到第一PID参数和第二PID参数；其中，以满足一次调频性能指标的PID参数作为所述第一PID参数，以满足抑制超低频振荡性能指标的PID参数作为所述第二PID参数；
按照所述水轮机组调速器出现振荡发生时对应的有功功率振幅对所述水轮机组调速器进行分组，并确定各组所述水轮机组调速器的PID参数运行模式；其中，所述PID参数运行模式包括采用所述第一PID参数运行的第一PID参数模式和采用所述第二PID参数运行的第二PID参数模式；
根据各组所述水轮机组调速器的PID参数运行模式，分别构建所述水轮机组调速器的PID参数模糊切换模型；
将实时获取的实时频率偏差值输入到所述PID参数模糊切换模型，并根据所述PID参数模糊切换模型的输出结果切换所述水轮机组调速器的PID参数运行模式。
2.如权利要求1所述的水轮机组调速器PID参数切换方法，其特征在于，所述采用预设的PID参数整定算法对所有水轮机组调速器的PID参数进行优化整定，得到第一PID参数和第二PID参数，具体包括：
采用齐格勒-尼克尔斯法，确定各所述水轮机组调速器的PID参数初始值；
采用粒子群算法，以所述一次调频性能指标为第一目标函数对各所述水轮机组调速器的PID参数初始值进行参数寻优，得到所述第一PID参数；其中，所述一次调频性能指标为所述水轮机组调速器的一次调频上升时间；
采用所述粒子群算法，以所述抑制超低频振荡性能指标为第二目标函数对各所述水轮机组调速器的PID参数初始值进行参数寻优，得到所述第二PID参数；其中，所述抑制超低频振荡性能指标为系统振荡阻尼。
3.如权利要求1所述的水轮机组调速器PID参数切换方法，其特征在于，所述按照所述水轮机组调速器出现振荡发生时对应的有功功率振幅对所述水轮机组调速器进行分组，并确定各组所述水轮机组调速器的PID参数运行模式，具体包括：
将各所述水轮机组调速器出现振荡发生时对应的有功功率振幅按从大到小进行排序；
获取排序为前a％的有功功率振幅对应的水轮机组调速器作为第一组水轮机组调速器，且所述第一组水轮机组调速器运行所述第二PID参数模式；其中，0≤a≤100；
将其余的水轮机组调速器作为第二组水轮机组调速器，且所述第二组水轮机组调速器运行所述第一PID参数模式。
4.如权利要求1所述的水轮机组调速器PID参数切换方法，其特征在于，所述根据各组所述水轮机组调速器的PID参数运行模式，分别构建所述水轮机组调速器的PID参数模糊切换模型，具体包括：
将频率偏差值和偏差变化趋势作为模型的输入变量，将PID参数运行模式选择作为模型的输出变量；其中，所述PID参数运行模式选择包括所述第一PID参数模式和所述第二PID参数模式；
分别确定所述输入变量和所述输出变量的模糊集；
基于所述输入变量和所述输出变量的模糊集，构建所述第一PID参数模式和所述第二PID参数模式的PID参数模糊切换模型。
5.如权利要求4所述的水轮机组调速器PID参数切换方法，其特征在于，所述基于所述输入变量和所述输出变量的模糊集，构建所述第一PID参数模式和所述第二PID参数模式的PID参数模糊切换模型，具体包括：
根据所述偏差变化趋势，判断所述频率偏差值是否达到预设的波动变化阈值；
当所述频率偏差值达到所述波动变化阈值时，所述PID参数模糊切换模型将非当前运行的PID参数运行模式作为所述PID参数运行模式选择，则认为各组所述水轮机组调速器切换当前运行的PID参数运行模式；
当所述频率偏差值未达到所述波动变化阈值时，所述PID参数模糊切换模型将当前运行的PID参数运行模式作为所述PID参数运行模式选择，则认为各组所述水轮机组调速器保持当前运行的PID参数运行模式。
6.如权利要求1所述的水轮机组调速器PID参数切换方法，其特征在于，所述方法还包括：
根据由测频装置实时获取的所述实时频率偏差值，得到频率变化曲线；
获取当所述频率变化曲线出现波动后波峰和波谷的个数，作为实时偏差变化趋势。
7.如权利要求1所述的水轮机组调速器PID参数切换方法，其特征在于，通过如下步骤验证所述PID参数模糊切换模型的有效性：
根据切换后的所述水轮机组调速器的PID参数运行模式，对系统的稳定性进行仿真验证，得到系统稳定曲线；
当检测到所述系统稳定曲线的波动达到预设的波动幅值阈值时，则认为系统恢复稳定，所述PID参数模糊切换模型有效；当检测到所述系统稳定曲线的波动未达到所述波动幅值阈值时，则认为所述PID参数模糊切换模型无效。
8.一种水轮机组调速器PID参数切换装置，其特征在于，包括：
PID参数整定模块，用于采用预设的PID参数整定算法对所有水轮机组调速器的PID参数进行优化整定，得到第一PID参数和第二PID参数；其中，以满足一次调频性能指标的PID参数作为所述第一PID参数，以满足抑制超低频振荡性能指标的PID参数作为所述第二PID参数；
水轮机组调速器分组模块，用于按照所述水轮机组调速器出现振荡发生时对应的有功功率振幅对所述水轮机组调速器进行分组，并确定各组所述水轮机组调速器的PID参数运行模式；其中，所述PID参数运行模式包括采用所述第一PID参数运行的第一PID参数模式和采用所述第二PID参数运行的第二PID参数模式；
模型构建模块，用于根据各组所述水轮机组调速器的PID参数运行模式，分别构建所述水轮机组调速器的PID参数模糊切换模型；
PID参数运行模式切换模块，用于将实时获取的实时频率偏差值输入到所述PID参数模糊切换模型，并根据所述PID参数模糊切换模型的输出结果切换所述水轮机组调速器的PID参数运行模式。
9.一种水轮机组调速器PID参数切换装置，包括处理器、存储器以及存储在所述存储器中且被配置为由所述处理器执行的计算机程序，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中任意一项所述的水轮机组调速器PID参数切换方法。
10.一种计算机可读存储介质，其特征在于，所述计算机可读存储介质包括存储的计算机程序，其中，在所述计算机程序运行时控制所述计算机可读存储介质所在设备执行如权利要求1至7中任意一项所述的水轮机组调速器PID参数切换方法。
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