CN110454322B - 基于多变量动态矩阵的水轮机调速控制方法、装置及系统 - Google Patents

基于多变量动态矩阵的水轮机调速控制方法、装置及系统 Download PDF

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Abstract

本申请涉及一种基于多变量动态矩阵的水轮机调速控制方法、装置及系统，在进行水轮机调速控制时，采用比例积分微分调节可以达到转动频率快速趋近给定的标准频率的目的，在转动频率接近标准频率时，转用多变量动态矩阵调节，可以使得转动频率逐渐调整至标准频率，防止出现超调的情况，从而提高控制可靠性和稳定性。

Description

基于多变量动态矩阵的水轮机调速控制方法、装置及系统
技术领域
本申请涉及水轮机控制技术领域，特别是涉及一种基于多变量动态矩阵的水轮机调速控制方法、装置及系统。
背景技术
水轮机是一种把水流能量转换为旋转机械能的动力机械，是充分利用清洁可再生能源实现节能减排、减少环境污染的重要水电设备。随着电网系统的智能化发展，对于中大型水轮机组的控制可靠性和稳定性的要求愈加严格。
水轮机的转动速度(转动频率)是水轮机控制的一个重要部分，现有技术中，通常单独采用PID(Proportion-Integral-Differential，比例积分微分)控制系统来进行水轮机的调速控制，然而，PID控制系统的调速器输出量存在一定的惯性，对于中大型水轮机组来说，在水轮机渐进阶段容易引起超调情况，从而降低水轮机组调速控制的可靠性和稳定性。
发明内容
基于此，有必要针对现有技术存在的问题，提供一种有助于提高控制可靠性和稳定性的基于多变量动态矩阵的水轮机调速控制方法、装置及系统。
一种水轮机调速控制方法，包括：
监测待控制的水轮机的转动频率；
当所述转动频率与标准频率的差值大于预设值时，通过比例积分微分控制器控制所述水轮机的转动频率；
当调速后的转动频率与标准频率的差值小于或者等于所述预设值时，通过多变量动态矩阵控制器控制所述水轮机的转动频率。
一种水轮机调速控制装置，包括：频率检测模块以及调速控制模块；
所述频率检测模块用于监测待控制的水轮机的转动频率；
所述调速控制模块用于当所述转动频率与标准频率的差值大于预设值时，通过比例积分微分控制器控制所述水轮机的转动频率；
所述调速控制模块还用于当调速后的转动频率与标准频率的差值小于或者等于所述预设值时，通过多变量动态矩阵控制器控制所述水轮机的转动频率。
一种水轮机调速控制系统，包括：测频传感器、比例积分微分控制器以及多变量动态矩阵控制器；所述测频传感器分别与所述比例积分微分控制器以及所述多变量动态矩阵控制器通信连接；
所述测频传感器用于监测待控制的水轮机的转动频率，并发送至所述比例积分微分控制器以及所述多变量动态矩阵控制器；
所述比例积分微分控制器用于当所述转动频率与标准频率的差值大于预设值时，控制所述水轮机的转动频率；
所述多变量动态矩阵控制器用于当调速后的转动频率与标准频率的差值小于或者等于所述预设值时，控制所述水轮机的转动频率。
一种计算机设备，包括存储器和处理器，所述存储器存储有计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现上述方法的步骤。
一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现上述方法的步骤。
上述水轮机调速控制方法、装置及系统，在进行水轮机调速控制时，采用比例积分微分调节可以达到转动频率快速趋近给定的标准频率的目的，在转动频率接近标准频率时，转用多变量动态矩阵调节，可以使得转动频率逐渐调整至标准频率，防止出现超调的情况，从而提高控制可靠性和稳定性。
附图说明
图1为一个实施例中水轮机调速控制方法的流程示意图；
图2为一个实施例中传统控制方法及本申请控制方法控制下的水轮机转动频率变化示意图；
图3为一个实施例中通过多变量动态矩阵控制器控制水轮机的导叶开度的流程示意图；
图4为另一个实施例中通过多变量动态矩阵控制器控制水轮机的导叶开度的流程示意图；
图5为一个实施例中水轮机调速控制装置的结构示意图；
图6为一个实施例中水轮机调速控制系统的结构示意图；
图7为一个实施例中计算机设备的内部结构图。
具体实施方式
为了使本申请的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本申请进行进一步详细说明。应当理解，此处描述的具体实施例仅仅用以解释本申请，并不用于限定本申请。
在一个实施例中，如图1所示，提供一种基于多变量动态矩阵的水轮机调速控制方法，该方法包括以下步骤：
步骤S100，监测待控制的水轮机的转动频率。
水轮机的调速控制，具体是指水轮机的转速(Rotational Speed，转动速度)的控制，转速是指单位时间内,物体做圆周运动的次数，可以用符号“n”表示，其国际标准单位为R/S(转/秒)或R/Min(转/分)。当转速单位为R/S时，数值上与转动频率f(单位为赫兹，Hz)相等，即n＝f＝1/T，其中，T为作圆周运动的周期。因此，本实施例中，通过控制水轮机的转动频率来实现水轮机的调速控制。
待控制的水轮机可以是处于未启动状态或者是已启动状态。当待控制的水轮机为未启动状态时，可以首先采用水轮机组的常规开机操作打开水轮机，此时，水轮机的转动频率由0开始增加；当待控制的水轮机为已启动状态时，则可以直接监测水轮机的转动频率。
另外，在本步骤中，并不限定具体的监测水轮机转动频率的方法，例如，该监测过程可以是通过控制测频传感器实现，也可以是通过控制其他可以测量水轮机转动频率的器件实现。
步骤S200，当转动频率与标准频率的差值大于预设值时，通过比例积分微分控制器控制水轮机的转动频率。
在通过监测得到水轮机的转动频率后，将该转动频率与标准频率进行比较，并得到转动频率与标准频率的差值。标准频率可以是指水轮机在最优工况时的转动频率，其中，最优工况是指水轮机效率最高时的工况；标准频率也可以是用户根据其他标准或者要求所期望的水轮机的工况，具体可以根据实际情况进行选择调整。另外，由于不同的水轮机的结构和质量均不相同，其分别对应的转动惯量也不同，因此，对于不同的水轮机，需要根据其具体的参数、特性等进行反复调参验证，得到对应的标准频率值。
可选的，标准频率可以设定为50Hz。本申请主要研究的是普适性控制策略，对于部分水轮机来说，当转动频率为50Hz时，其工况为最优工况或者接近最优工况，或者是为一个较为理想的工况，因此，将标准频率设定为50Hz可以增大控制方法的适用范围。
本步骤中，在得到转动频率与标准频率的差值后，将该差值与预设值进行比较，预设值可以用于“衡量转动频率与标准频率的差距大小”，具体地，当转动频率与标准频率的差值大于该预设值时，可以认为转动频率与标准频率的差距较大，此时，可以采用比例积分微分(PID)控制器控制水轮机的转动频率，以达到使得转动频率快速逼近标准频率的目的。PID控制器是一个在工业控制应用中常见的反馈回路部件，由比例单元P(Proportion)、积分单元I(Integral)和微分单元D(Differential)组成。PID控制的基础是比例控制；积分控制可消除稳态误差，但可能增加超调；微分控制可加快大惯性系统响应速度以及减弱超调趋势。
步骤S300，当调速后的转动频率与标准频率的差值小于或者等于预设值时，通过多变量动态矩阵控制器控制水轮机的转动频率。
在PID控制器的控制下，水轮机的转动频率会逐渐增大，相应地，转动频率与标准频率的差值也会逐渐减小。当转动频率与标准频率的差值小于或者等于该预设值时，可以认为转动频率与标准频率的差距较小，此时，继续使用PID控制器控制可能会导致超调的情况，因此，为了防止超调，可以切换为使用多变量动态矩阵(Dynamic Matrix Control，DMC)控制器来控制水轮机的转动频率，从而使得水轮机的转动频率逐渐增大以接近标准频率，并最终稳定在标准频率附近。
如图2所示，为传统控制方法(单独使用PID进行控制)及本申请控制方法控制下的水轮机转动频率变化示意图，其中，曲线A对应传统的控制方法，曲线B对应本申请的控制方法，可以看出，虽然曲线A先趋近标准频率，但是曲线A的超调量大于曲线B，也就是说，传统控制方法超调现象比较严重；另外，在稳态阶段，曲线A的频率波动要大于曲线B的频率波动，也就是说，传统控制方法的频率控制稳定性较低，因此，传统控制方法会对水轮机组的运行可靠性造成影响。而本申请的控制方法通过PID结合DMC控制转动频率，使得转动频率逐渐逼近标准频率，并使转动频率稳定在标准频率附近，避免出现超调的情况，从而保证水轮机组的运行可靠性。
本实施例提供一种基于多变量动态矩阵的水轮机调速控制方法，在进行水轮机调速控制时，采用比例积分微分调节可以达到转动频率快速趋近给定的标准频率的目的，在转动频率接近标准频率时，转用多变量动态矩阵调节，可以使得转动频率逐渐调整至标准频率，防止出现超调的情况，从而提高控制可靠性和稳定性。
在一个实施例中，多变量动态矩阵控制器的控制输入包括水轮机的导叶开度，多变量动态矩阵控制器的控制输出包括水轮机的转动频率。
导叶开度具体是指导叶出口边与相邻导叶之间的最短距离。对于水轮发电机组，其组成包括水轮机、连接轴和发电机，其转速和功率的控制关键在于水轮机的出力调节。水轮机转速和出力的控制和调节与导叶开度的大小有关。当水轮机启动时，打开水轮机导叶，高处的水经过水轮机导叶冲击推动水轮机叶轮转盘，通过将势能转换为机械能，带动发电机旋转，将机械能转换为机组旋转动能。当水轮发电机组并网时，由于机组转速(频率)与电网频率同步，不再变化；当调节导叶开度大小时，改变的机械能不再转换为机组旋转动能，而是发电机输出功率。因此，在水轮机调节系统中，控制核心就是对导叶开度大小的控制。当水轮机转速高于设定转速则要通过调速器将导叶开度减小以减少上游来水流量从而使水轮机转速降低。反之，当水轮机转速低于设定转速则要通过调速器将导叶开度增加以使水轮机的转速增加以恢复到设定的转速。功率调节，同理。可以理解，控制水轮机的转动频率的实质就是控制水轮机的导叶开度，因此，本实施例中，将水轮机的导叶开度作为多变量动态矩阵控制器的控制输入，将水轮机的转动频率作为多变量动态矩阵控制器的控制输出，从而实现对水轮机的转动频率的控制。
在一个实施例中，通过多变量动态矩阵控制器控制水轮机的转动频率，包括：通过多变量动态矩阵控制器控制水轮机的导叶开度，以使得水轮机的转动频率与标准频率的误差小于误差阈值。
水轮机转动频率的控制实质是对水轮机导叶开度的控制，因此，通过多变量动态矩阵控制器控制水轮机的导叶开度从而实现对水轮机转动频率的控制，以使得水轮机的转动频率逐渐逼近标准频率，最终稳定在标准频率附近。其中，转动频率稳定在标准频率附近，可以通过保证水轮机的转动频率与标准频率的误差小于误差阈值实现，例如，当标准频率为50Hz，误差阈值为0.5Hz时，转动频率为49.7Hz、49.9Hz、50.2Hz均可认为转动频率稳定在标准频率附近。
在一个实施例中，如图3所示，通过多变量动态矩阵控制器控制水轮机的导叶开度，包括步骤S311至步骤S315。
步骤S311，获取当前时刻对应的第一导叶开度；
步骤S312，根据转速预测模型得到第一导叶开度对应的、下一时刻的预测转动频率；
步骤S313，根据第一导叶开度，以及当前时刻对应的第一导叶开度增量，得到下一时刻对应的第二导叶开度；
步骤S314，将水轮机的导叶开度调整为第二导叶开度，并获取第二导叶开度对应的实际转动频率；
步骤S315，根据预测转动频率与实际转动频率的频率误差，确定下一时刻对应的第二导叶开度增量。
本实施例通过下一时刻的预测转动频率以及实际转动频率对导叶开度的变化量进行调整，从而可以提高导叶开度控制准确性。
在一个实施例中，如图4所示，在通过多变量动态矩阵控制器控制水轮机的导叶开度时，还包括步骤S321至步骤S325。
步骤S321，将下一时刻更新为新的当前时刻、将下一时刻对应的第二导叶开度更新为新的第一导叶开度、将下一时刻对应的第二导叶开度增量更新为新的第一导叶开度增量、将下一时刻对应的下一时刻更新为新的当前时刻对应的新的下一时刻；
步骤S322，根据转速预测模型以及频率误差，得到新的第一导叶开度对应的、新的下一时刻的新的预测转动频率；
步骤S323，根据新的第一导叶开度，以及新的第一导叶开度增量，得到新的下一时刻对应的新的第二导叶开度；
步骤S324，将水轮机的导叶开度调整为新的第二导叶开度，并获取新的第二导叶开度对应的新的实际转动频率；
步骤S325，根据新的预测转动频率与新的实际转动频率的新的频率误差，确定新的下一时刻对应的新的第二导叶开度增量。
本实施例通过下一时刻的预测转动频率以及实际转动频率对导叶开度的变化量进行调整，并结合频率误差对预测转动频率进行修正，从而可以进一步提高导叶开度控制准确性。
在一个实施例中，根据转速预测模型以及频率误差，得到新的第一导叶开度对应的、新的下一时刻的新的预测转动频率，包括：根据转速预测模型，得到新的第一导叶开度对应的频率输出值；对频率误差、频率输出值进行加权求和，并将计算结果作为新的下一时刻的新的预测转动频率。通过结合频率误差进行分析，可以提高系统抗扰动性。
在一个实施例中，通过多变量动态矩阵控制器控制水轮机的导叶开度时，首先建立关于导叶开度的预测模型，通过每一输出Y对每一输入U的单位阶跃响应建立预测向量模型，然后根据预测模型的基本原理，采用比例和叠加性质算出在单一输出作用下、下一时刻的输出值(即预测转动频率)。
设定周期T(例如T＝0.01秒)，从当前时刻起的若干时刻(例如1000个时刻)，使用滚动优化方法计算出未来1000个时刻输入的增量Δu(k)，求出控制增量Δu(k)以后，实际控制量为u(k)＝u(k-1)+Δu(k)。在k时刻将u(k)作用于对象，到下一个k+1时刻，又以k+1取代k提出同样的优化问题求出Δu(k+1)，如此滚动进行，达到滚动优化的目的。
同时，考虑到水流变化造成的负荷扰动，在滚动优化的基础上加入反馈校正通道。在计算k+1时刻的优化控制量前，把通过测频传感器得到对象实际输出y(k+1)与k时刻模型预测出的k+1时刻输出y(k+1|k)进行比较，得出频率误差e(k+1)＝y(k+1)-y(k+1|k)，频率误差反映了控制对象数学模型中的不确定因素对输出的影响，用以补充基于模型的预测，并通过加权的方式修正对未来输出的预测，即y’(k+1)＝y(k)+Qe(k+1)。加权向量Q的值需根据具体的水轮机系统确定。通过滚动优化和反馈校正两个环节，控制水轮机的转动频率稳步到达标准频率，并且一直稳定在标准频率附近。
具体地，水轮机的模型参数{ai}＝[a1,a2,…,aN]通过检测水轮机的单位阶跃响应并经光滑后得到，其中，光滑指的是尽可能滤除测量数据中的噪声和干扰，使得到的模型具有光滑的动态响应。在k时刻，DMC控制作用保持不变(保持水轮机导叶开度不变)对未来N个时刻(N为建模时域)的水轮机转速有初始预测值
Figure BDA0002142521480000101
i＝1,…,N，其中k+i|k表示在k时刻对k+i时刻的预测，当k时刻控制量存在增量Δu(k)时，即可计算出在此控制增量的作用下未来时刻水轮机的转速为：
Figure BDA0002142521480000102
假设在当前时刻起M个连续的控制增量Δu(k)，…，Δu(k+M-1)作用下，未来各时刻水轮机的转速为：
Figure BDA0002142521480000103
其中，y的下标表示控制量变化的次数。在时刻k知道了水轮机转速的初始预测值
Figure BDA0002142521480000104
就可以根据未来的控制增量由预测模型计算水轮机的未来转速频率。
在每一个时刻k要确定从该时刻起的M个控制增量Δu(k)，…，Δu(k+M-1)，使得水轮机未来P个时刻的输出预测值
Figure BDA0002142521480000105
尽可能接近给定的期望值ω(k)＝50Hz。M和P分别为控制时域和优化时域。除了要求转速变化跟踪给定的期望值外，在控制过程中控制增量Δu不要剧烈变化。k时刻的性能指标为：
Figure BDA0002142521480000106
性能指标越小，表示控制效果越好。其中，qi、rj是权系数，分别表示对跟踪误差及控制量变化的抑制程度。
以ΔuM(k)＝[Δu(k)，…，Δu(k+M-1)]T为优化变量，为了使性能指标最小，首先可利用预测模型中
Figure BDA0002142521480000107
和Δu的关系。这一关系可用向量形式写为：
Figure BDA0002142521480000108
其中：
Figure BDA0002142521480000111
Figure BDA0002142521480000112
Figure BDA0002142521480000113
A是模型参数ai组成的P×M动态矩阵。以
Figure BDA0002142521480000114
为例，向量
Figure BDA0002142521480000115
的前一个下标P表示所预测的未来输出的个数，后一个下标M则为控制量变化的次数。
同样，性能指标(3)也可以写成向量形式
Figure BDA0002142521480000116
其中：
ωP(k)＝[ω(k+1)…ω(k+P)]T
Figure BDA0002142521480000117
由权系数构成的对角阵Q、R分别称为误差权矩阵和控制权矩阵。
将式(4)代入(5)中，可得：
Figure BDA0002142521480000118
在k时刻，ωP(k)、
Figure BDA0002142521480000119
均为已知，使J(k)取极小的ΔuM(k)可通过极值必要条件dJ(k)/dΔuM(k)＝0求得：
Figure BDA00021425214800001110
公式(6)给出了k时刻优化所得到的Δu(k),…,Δu(k+M-1)的最优值。但是DMC控制器并不把它们全部实施，而只是取其中的即时控制增量Δu(k)构成实际控制作用于水轮机。Δu(k)是ΔuM(k)的首元素，可以表示为
Figure BDA0002142521480000121
其中，M维行向量cT＝[1 0 … 0]表示取后续矩阵中首行的运算，P维行向量dT称为控制向量。当优化策略确定(P、M、Q、R确定)，则dT可由式(8)计算得到：
Figure BDA0002142521480000122
在求出控制增量Δu(k)后，实际控制量为：
u(k)＝u(k-1)+Δu(k) (9)
将u(k)作用于控制对象水轮机，到下一时刻，又以k+1取代k提出同样的优化问题求出Δu(k+1)，得到u(k+1)作用于对象。如此滚动进行，达到“滚动优化”的目的。
当k时刻把控制量u(k)给到水轮机，相当于在对象输入端加上了一个幅值为Δu(k)的阶跃，利用预测模型(1)式可以算出在其作用下未来时刻的输出预测值
Figure BDA0002142521480000123
由于实际条件下存在模型失配、环境干扰等未知因素，由式(10)给出的预测值有可能偏离实际值，若不及时利用实时信息进行反馈校正，下一步的优化将建立在不准确的模型预测基础上，随着过程的进行，预测输出有可能越来越偏离实际输出。为了防止只依赖模型的开环优化所造成的误差，DMC控制器在k+1时刻计算优化控制量前，需先检测对象的实际输出y(k+1)，并把它与由式(10)给出的模型预测的该时刻输出
Figure BDA0002142521480000124
相比较，得到输出误差：
Figure BDA0002142521480000125
这一误差信息反省了模型中未考虑不确定因素对输出的影响，用于补充基于模型的预测。可采用对e(k+1)加权的方式修正对未来输出的预测
Figure BDA0002142521480000126
其中：
Figure BDA0002142521480000131
为校正后的输出预测向量，由权系数组成的N维向量h＝[h1 … hN]T称为校正向量。
在k+1时刻，由于时间基点的变动，预测的未来时间点也将移到k+2，…，k+1+N，因此
Figure BDA0002142521480000132
的元素还需通过移位才能构成k+1时刻的初始预测值：
Figure BDA0002142521480000133
由于模型的截断，在k时刻预测中没有的
Figure BDA0002142521480000134
可由
Figure BDA0002142521480000135
近似得到。
这一通过移位对k+1时刻初始预测值的设置可用向量形式表示为
Figure BDA0002142521480000136
其中，移位阵S定义为：
Figure BDA0002142521480000137
有了
Figure BDA0002142521480000138
又可像上面那样进行k+1时刻的优化计算，求出Δu(k+1)。整个控制过程就是以这种结合反馈校正的滚动优化方式反复在线进行的。
在合理条件下应当理解，虽然前文各实施例涉及的流程图中的各个步骤按照箭头的指示依次显示，但是这些步骤并不是必然按照箭头指示的顺序依次执行。除非本文中有明确的说明，这些步骤的执行并没有严格的顺序限制，这些步骤可以以其它的顺序执行。而且，各流程图中的至少一部分步骤可以包括多个子步骤或者多个阶段，这些子步骤或者阶段并不必然是在同一时刻执行完成，而是可以在不同的时刻执行，这些子步骤或者阶段的执行顺序也不必然是依次进行，而是可以与其它步骤或者其它步骤的子步骤或者阶段的至少一部分轮流或者交替地执行。
在一个实施例中，如图5所示，提供一种基于多变量动态矩阵的水轮机调速控制装置，该装置包括：频率检测模块100以及调速控制模块200。
频率检测模块100用于监测待控制的水轮机的转动频率；
调速控制模块200用于当转动频率与标准频率的差值大于预设值时，通过比例积分微分控制器控制水轮机的转动频率；
调速控制模块200还用于当调速后的转动频率与标准频率的差值小于或者等于预设值时，通过多变量动态矩阵控制器控制水轮机的转动频率。
在一个实施例中，如图6所示，提供一种基于多变量动态矩阵的水轮机调速控制系统，该系统包括：测频传感器10、比例积分微分控制器20以及多变量动态矩阵控制器30；测频传感器10分别与比例积分微分控制器20以及多变量动态矩阵控制器30通信连接；
测频传感器10用于监测待控制的水轮机的转动频率，并发送至比例积分微分控制器以及多变量动态矩阵控制器；
比例积分微分控制器20用于当转动频率与标准频率的差值大于预设值时，控制水轮机的转动频率；
多变量动态矩阵控制器30用于当调速后的转动频率与标准频率的差值小于或者等于预设值时，控制水轮机的转动频率。
可选地，参考图6，该系统还包括：频率给定单元40，用于给定标准频率。
可选地，参考图6，该系统还包括：系统控制器50，用于对水轮机的当前调速控制器进行切换。
关于水轮机调速控制装置、系统的具体限定可以参见上文中对于水轮机调速控制方法的限定，在此不再赘述。上述水轮机调速控制装置、系统中的各个模块可全部或部分通过软件、硬件及其组合来实现。上述各模块可以硬件形式内嵌于或独立于计算机设备中的处理器中，也可以以软件形式存储于计算机设备中的存储器中，以便于处理器调用执行以上各个模块对应的操作。
在一个实施例中，提供了一种计算机设备，包括存储器和处理器，存储器中存储有计算机程序，该处理器执行计算机程序时实现以下步骤：监测待控制的水轮机的转动频率；当转动频率与标准频率的差值大于预设值时，通过比例积分微分控制器控制水轮机的转动频率；当调速后的转动频率与标准频率的差值小于或者等于预设值时，通过多变量动态矩阵控制器控制水轮机的转动频率。
在一个实施例中，处理器执行计算机程序时还实现以下步骤：通过多变量动态矩阵控制器控制水轮机的导叶开度，以使得水轮机的转动频率与标准频率的误差小于误差阈值。
在一个实施例中，处理器执行计算机程序时还实现以下步骤：获取当前时刻对应的第一导叶开度；根据转速预测模型得到第一导叶开度对应的、下一时刻的预测转动频率；根据第一导叶开度，以及当前时刻对应的第一导叶开度增量，得到下一时刻对应的第二导叶开度；将水轮机的导叶开度调整为第二导叶开度，并获取第二导叶开度对应的实际转动频率；根据预测转动频率与实际转动频率的频率误差，确定下一时刻对应的第二导叶开度增量。
在一个实施例中，处理器执行计算机程序时还实现以下步骤：将下一时刻更新为新的当前时刻、将下一时刻对应的第二导叶开度更新为新的第一导叶开度、将下一时刻对应的第二导叶开度增量更新为新的第一导叶开度增量、将下一时刻对应的下一时刻更新为新的当前时刻对应的新的下一时刻；根据转速预测模型以及频率误差，得到新的第一导叶开度对应的、新的下一时刻的新的预测转动频率；根据新的第一导叶开度，以及新的第一导叶开度增量，得到新的下一时刻对应的新的第二导叶开度；将水轮机的导叶开度调整为新的第二导叶开度，并获取新的第二导叶开度对应的新的实际转动频率；根据新的预测转动频率与新的实际转动频率的新的频率误差，确定新的下一时刻对应的新的第二导叶开度增量。
在一个实施例中，处理器执行计算机程序时还实现以下步骤：根据转速预测模型，得到新的第一导叶开度对应的频率输出值；对频率误差、频率输出值进行加权求和，并将计算结果作为新的下一时刻的新的预测转动频率。
图7示出了一个实施例中计算机设备的内部结构图。该计算机设备具体可以是终端(或服务器)。如图7所示，该计算机设备包括该计算机设备包括通过系统总线连接的处理器、存储器、网络接口、输入装置和显示屏。其中，存储器包括非易失性存储介质和内存储器。该计算机设备的非易失性存储介质存储有操作系统，还可存储有计算机程序，该计算机程序被处理器执行时，可使得处理器实现视频码率控制方法以及视频转码方法。该内存储器中也可储存有计算机程序，该计算机程序被处理器执行时，可使得处理器执行视频码率控制方法以及视频转码方法。计算机设备的显示屏可以是液晶显示屏或者电子墨水显示屏，计算机设备的输入装置可以是显示屏上覆盖的触摸层，也可以是计算机设备外壳上设置的按键、轨迹球或触控板，还可以是外接的键盘、触控板或鼠标等。
本领域技术人员可以理解，图7中示出的结构，仅仅是与本申请方案相关的部分结构的框图，并不构成对本申请方案所应用于其上的计算机设备的限定，具体的计算机设备可以包括比图中所示更多或更少的部件，或者组合某些部件，或者具有不同的部件布置。
在一个实施例中，提供了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，计算机程序被处理器执行时实现以下步骤：监测待控制的水轮机的转动频率；当转动频率与标准频率的差值大于预设值时，通过比例积分微分控制器控制水轮机的转动频率；当调速后的转动频率与标准频率的差值小于或者等于预设值时，通过多变量动态矩阵控制器控制水轮机的转动频率。
在一个实施例中，计算机程序被处理器执行时还实现以下步骤：通过多变量动态矩阵控制器控制水轮机的导叶开度，以使得水轮机的转动频率与标准频率的误差小于误差阈值。
在一个实施例中，计算机程序被处理器执行时还实现以下步骤：获取当前时刻对应的第一导叶开度；根据转速预测模型得到第一导叶开度对应的、下一时刻的预测转动频率；根据第一导叶开度，以及当前时刻对应的第一导叶开度增量，得到下一时刻对应的第二导叶开度；将水轮机的导叶开度调整为第二导叶开度，并获取第二导叶开度对应的实际转动频率；根据预测转动频率与实际转动频率的频率误差，确定下一时刻对应的第二导叶开度增量。
在一个实施例中，计算机程序被处理器执行时还实现以下步骤：将下一时刻更新为新的当前时刻、将下一时刻对应的第二导叶开度更新为新的第一导叶开度、将下一时刻对应的第二导叶开度增量更新为新的第一导叶开度增量、将下一时刻对应的下一时刻更新为新的当前时刻对应的新的下一时刻；根据转速预测模型以及频率误差，得到新的第一导叶开度对应的、新的下一时刻的新的预测转动频率；根据新的第一导叶开度，以及新的第一导叶开度增量，得到新的下一时刻对应的新的第二导叶开度；将水轮机的导叶开度调整为新的第二导叶开度，并获取新的第二导叶开度对应的新的实际转动频率；根据新的预测转动频率与新的实际转动频率的新的频率误差，确定新的下一时刻对应的新的第二导叶开度增量。
在一个实施例中，计算机程序被处理器执行时还实现以下步骤：根据转速预测模型，得到新的第一导叶开度对应的频率输出值；对频率误差、频率输出值进行加权求和，并将计算结果作为新的下一时刻的新的预测转动频率。
本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例方法中的全部或部分流程，是可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成，计算机程序可存储于一非易失性计算机可读取存储介质中，该计算机程序在执行时，可包括如上述各方法的实施例的流程。其中，本申请所提供的各实施例中所使用的对存储器、存储、数据库或其它介质的任何引用，均可包括非易失性和/或易失性存储器。非易失性存储器可包括只读存储器(ROM)、可编程ROM(PROM)、电可编程ROM(EPROM)、电可擦除可编程ROM(EEPROM)或闪存。易失性存储器可包括随机存取存储器(RAM)或者外部高速缓冲存储器。作为说明而非局限，RAM以多种形式可得，诸如静态RAM(SRAM)、动态RAM(DRAM)、同步DRAM(SDRAM)、双数据率SDRAM(DDRSDRAM)、增强型SDRAM(ESDRAM)、同步链路(Synchlink)DRAM(SLDRAM)、存储器总线(Rambus)直接RAM(RDRAM)、直接存储器总线动态RAM(DRDRAM)、以及存储器总线动态RAM(RDRAM)等。
以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (11)

1.一种基于多变量动态矩阵的水轮机调速控制方法，其特征在于，包括：
监测待控制的水轮机的转动频率；
当所述转动频率与标准频率的差值大于预设值时，通过比例积分微分控制器控制所述水轮机的转动频率；
当调速后的转动频率与标准频率的差值小于或者等于所述预设值时，通过多变量动态矩阵控制器控制所述水轮机的转动频率；
所述多变量动态矩阵控制器的控制输入包括所述水轮机的导叶开度，所述多变量动态矩阵控制器的控制输出包括所述水轮机的转动频率；通过多变量动态矩阵控制器控制所述水轮机的转动频率，包括：通过所述多变量动态矩阵控制器控制所述水轮机的导叶开度，以使得所述水轮机的转动频率与所述标准频率的误差小于误差阈值；
通过多变量动态矩阵控制器控制所述水轮机的导叶开度，包括：
获取当前时刻对应的第一导叶开度；
根据转速预测模型得到所述第一导叶开度对应的、下一时刻的预测转动频率；
根据所述第一导叶开度，以及所述当前时刻对应的第一导叶开度增量，得到下一时刻对应的第二导叶开度；
将所述水轮机的导叶开度调整为所述第二导叶开度，并获取所述第二导叶开度对应的实际转动频率；
根据所述预测转动频率与所述实际转动频率的频率误差，确定所述下一时刻对应的第二导叶开度增量。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，还包括：
将所述下一时刻更新为新的当前时刻、将所述下一时刻对应的第二导叶开度更新为新的第一导叶开度、将所述下一时刻对应的第二导叶开度增量更新为所述新的第一导叶开度增量、将所述下一时刻对应的下一时刻更新为所述新的当前时刻对应的新的下一时刻；
根据所述转速预测模型以及所述频率误差，得到所述新的第一导叶开度对应的、所述新的下一时刻的新的预测转动频率；
根据所述新的第一导叶开度，以及所述新的第一导叶开度增量，得到所述新的下一时刻对应的新的第二导叶开度；
将所述水轮机的导叶开度调整为所述新的第二导叶开度，并获取所述新的第二导叶开度对应的新的实际转动频率；
根据所述新的预测转动频率与所述新的实际转动频率的新的频率误差，确定所述新的下一时刻对应的新的第二导叶开度增量。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，根据所述转速预测模型以及所述频率误差，得到所述新的第一导叶开度对应的、所述新的下一时刻的新的预测转动频率，包括：
根据所述转速预测模型，得到所述新的第一导叶开度对应的频率输出值；
对所述频率误差、所述频率输出值进行加权求和，并将计算结果作为所述新的下一时刻的新的预测转动频率。
4.一种基于多变量动态矩阵的水轮机调速控制装置，其特征在于，包括：频率检测模块以及调速控制模块；
所述频率检测模块用于监测待控制的水轮机的转动频率；
所述调速控制模块用于当所述转动频率与标准频率的差值大于预设值时，通过比例积分微分控制器控制所述水轮机的转动频率；
所述调速控制模块还用于当调速后的转动频率与标准频率的差值小于或者等于所述预设值时，通过多变量动态矩阵控制器控制所述水轮机的转动频率；
所述多变量动态矩阵控制器的控制输入包括所述水轮机的导叶开度，所述多变量动态矩阵控制器的控制输出包括所述水轮机的转动频率；
所述调速控制模块在通过多变量动态矩阵控制器控制所述水轮机的转动频率时，用于：通过所述多变量动态矩阵控制器控制所述水轮机的导叶开度，以使得所述水轮机的转动频率与所述标准频率的误差小于误差阈值；
所述调速控制模块在通过多变量动态矩阵控制器控制所述水轮机的导叶开度时，用于：
获取当前时刻对应的第一导叶开度；
根据转速预测模型得到所述第一导叶开度对应的、下一时刻的预测转动频率；
根据所述第一导叶开度，以及所述当前时刻对应的第一导叶开度增量，得到下一时刻对应的第二导叶开度；
将所述水轮机的导叶开度调整为所述第二导叶开度，并获取所述第二导叶开度对应的实际转动频率；
根据所述预测转动频率与所述实际转动频率的频率误差，确定所述下一时刻对应的第二导叶开度增量。
5.根据权利要求4所述的装置，其特征在于，所述调速控制模块还用于：
将所述下一时刻更新为新的当前时刻、将所述下一时刻对应的第二导叶开度更新为新的第一导叶开度、将所述下一时刻对应的第二导叶开度增量更新为所述新的第一导叶开度增量、将所述下一时刻对应的下一时刻更新为所述新的当前时刻对应的新的下一时刻；
根据所述转速预测模型以及所述频率误差，得到所述新的第一导叶开度对应的、所述新的下一时刻的新的预测转动频率；
根据所述新的第一导叶开度，以及所述新的第一导叶开度增量，得到所述新的下一时刻对应的新的第二导叶开度；
将所述水轮机的导叶开度调整为所述新的第二导叶开度，并获取所述新的第二导叶开度对应的新的实际转动频率；
根据所述新的预测转动频率与所述新的实际转动频率的新的频率误差，确定所述新的下一时刻对应的新的第二导叶开度增量。
6.根据权利要求5所述的装置，其特征在于，所述调速控制模块在根据所述转速预测模型以及所述频率误差，得到所述新的第一导叶开度对应的、所述新的下一时刻的新的预测转动频率时，用于：
根据所述转速预测模型，得到所述新的第一导叶开度对应的频率输出值；
对所述频率误差、所述频率输出值进行加权求和，并将计算结果作为所述新的下一时刻的新的预测转动频率。
7.一种基于多变量动态矩阵的水轮机调速控制系统，其特征在于，包括：测频传感器、比例积分微分控制器以及多变量动态矩阵控制器；所述测频传感器分别与所述比例积分微分控制器以及所述多变量动态矩阵控制器通信连接；
所述测频传感器用于监测待控制的水轮机的转动频率，并发送至所述比例积分微分控制器以及所述多变量动态矩阵控制器；
所述比例积分微分控制器用于当所述转动频率与标准频率的差值大于预设值时，控制所述水轮机的转动频率；
所述多变量动态矩阵控制器用于当调速后的转动频率与标准频率的差值小于或者等于所述预设值时，控制所述水轮机的转动频率；所述多变量动态矩阵控制器的控制输入包括所述水轮机的导叶开度，所述多变量动态矩阵控制器的控制输出包括所述水轮机的转动频率；
所述多变量动态矩阵控制器在控制所述水轮机的转动频率时，用于控制所述水轮机的导叶开度，以使得所述水轮机的转动频率与所述标准频率的误差小于误差阈值；
所述多变量动态矩阵控制器在控制所述水轮机的导叶开度时，用于：
获取当前时刻对应的第一导叶开度；
根据转速预测模型得到所述第一导叶开度对应的、下一时刻的预测转动频率；
根据所述第一导叶开度，以及所述当前时刻对应的第一导叶开度增量，得到下一时刻对应的第二导叶开度；
将所述水轮机的导叶开度调整为所述第二导叶开度，并获取所述第二导叶开度对应的实际转动频率；
根据所述预测转动频率与所述实际转动频率的频率误差，确定所述下一时刻对应的第二导叶开度增量。
8.根据权利要求7所述的系统，其特征在于，所述多变量动态矩阵控制器还用于：
将所述下一时刻更新为新的当前时刻、将所述下一时刻对应的第二导叶开度更新为新的第一导叶开度、将所述下一时刻对应的第二导叶开度增量更新为所述新的第一导叶开度增量、将所述下一时刻对应的下一时刻更新为所述新的当前时刻对应的新的下一时刻；
根据所述转速预测模型以及所述频率误差，得到所述新的第一导叶开度对应的、所述新的下一时刻的新的预测转动频率；
根据所述新的第一导叶开度，以及所述新的第一导叶开度增量，得到所述新的下一时刻对应的新的第二导叶开度；
将所述水轮机的导叶开度调整为所述新的第二导叶开度，并获取所述新的第二导叶开度对应的新的实际转动频率；
根据所述新的预测转动频率与所述新的实际转动频率的新的频率误差，确定所述新的下一时刻对应的新的第二导叶开度增量。
9.根据权利要求8所述的系统，其特征在于，所述多变量动态矩阵控制器在根据所述转速预测模型以及所述频率误差，得到所述新的第一导叶开度对应的、所述新的下一时刻的新的预测转动频率时，用于：
根据所述转速预测模型，得到所述新的第一导叶开度对应的频率输出值；
对所述频率误差、所述频率输出值进行加权求和，并将计算结果作为所述新的下一时刻的新的预测转动频率。
10.一种计算机设备，包括存储器和处理器，所述存储器存储有计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述计算机程序时实现权利要求1至3中任一项所述方法的步骤。
11.一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，所述计算机程序被处理器执行时实现权利要求1至3中任一项所述的方法的步骤。
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