[发明专利]一种水轮机调速系统控制参数的自动整定方法

说明书

技术领域

本发明属于水力发电技术领域，涉及水电机组优化控制技术领域，具体涉及一种水轮机调速系统控制参数的自动整定方法。

背景技术

水轮机调速系统是水电机组的核心控制系统，承担着稳定机组频率和调节机组功率的重任，工程应用中该系统采用的控制规律一般为比例积分微分控制器(proportion-integration-differentiation，PID)控制。PID控制参数对机组的调节品质和动态响应指标有着决定性影响，如何整定PID参数成为工程应用中的难题。在实际运行中，PID控制参数一般依赖专家整定，缺乏参数自动整定技术。在理论研究方面，有研究通过优化技术来整定PID控制参数，常用的优化技术有正交实验法、遗传算法、粒子群算法等。然而，在这些研究中，PID控制参数的优化依赖控制对象模型的精确建模和仿真，包括对调速器接力器、引水系统、水轮机和发电机的建模，由于控制对象中存在大量非线性因素，且水轮机的精确解析非线性模型一直无法获得，使得通过传统手段对控制对象进行精确建模仿真非常困难，导致在仿真系统基础上得到的控制参数优化技术在指导实际机组控制运行中存在一定不足。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提出一种水轮机调速系统控制参数的自动整定方法，该方法不依赖被控对象的传统数学模型，通过T-S模糊模型辨识得到实际水轮机调速系统控制对象高精度模型，并建立基于T-S模糊模型的水轮机调速系统的仿真系统，在此基础上运用智能优化算法优化调速系统控制参数，获得可直接应用于原水轮机调速系统运行的最优控制参数。

为了实现上述目的，本发明提供了一种水轮机调速系统控制参数的自动整定方法，采用T-S模糊模型辨识得到水轮机调速系统控制对象的仿真系统，在该仿真系统基础上进行控制参数优化，优化后的控制参数能直接应用于水轮机调速系统，提升实际机组水轮机调速系统控制效果。

进一步地，所述方法包括如下步骤：

步骤(1)：采集实际机组水轮机调速系统动态过程数据：搜集不同PID控制参数、不同频率扰动值所对应的动态过程数据样本(c_k，u_k，x_k)_j组成数据样本集，c_k为k时刻的频率扰动值，u_k为k时刻调速器输出的控制量序列，x_k为k时刻的机组频率，k＝1，..，N_s，N_s为动态过程最大采样点数；j＝1，…，N_c，表示不同的动态过程，总共采集N_s*N_c个样本组成样本集，将样本集中若干动态过程样本作为训练样本；其中所述水轮机调速系统包括PID控制器、接力器、引水系统、水轮机，其中，接力器、引水系统、水轮机组成控制对象，由PID控制器进行调节控制；

步骤(2)：建立控制对象的T-S模糊模型：提取训练样本，以(c_k，u_k)为输入数据，x_k为输出数据，通过训练样本集建立控制对象的T-S模糊模型；

步骤(3)：建立基于T-S模糊模型的仿真系统：用得到的控制对象的T-S模糊模型替换控制对象，得到基于T-S模糊模型的水轮机调速系统的仿真系统，其中PID控制器按照实际机组水轮机调速系统PID控制器进行设计，K_p、K_i和K_d分别为比例、积分和微分增益，是需要整定的PID控制参数；

步骤(4)：建立PID控制参数优化目标函数：采用离散形式ITAE指标作为控制参数优化的目标函数，目标函数定义为：