专利名称：非线性水力机组控制参数的改进粒子群优化方法
技术领域：
本发明涉及一种非线性水力机组控制参数的改进粒子群优化方法，属于水力(水 轮发电)机组控制参数优化的技术领域。
背景技术：
水轮发电机组把水能转变成电能供用户使用，用户除了要求供电安全可靠外，还 要求电能的频率和电压保持在额定值附近的某一范围内。如果频率偏离额定值过大，就会 直接影响用户的产品质量。电力系统的负荷是不断变化的，因此，必须根据负荷的变化不断 地调节水力机组的有功功率输出，同时使机组的频率保持在规定的范围之内。水力机组PID 控制参数优化的常用方法有梯度法、单纯形法、遗传算法等。不过，需要特别指出的是，上 述方法的适用对象采用刚性水击条件假设下的水力机组线性化模型，忽略了水力系统及原 动机系统的非线性动力学作用，而水力机组本身又是一个具有非线性、时变特性的复杂的 控制系统。1992年，美国电子电气工程师学会(IEEE)提出了一种基于非弹性水锤方程的 水力机组非线性模型。该模型综合了水电站水机电过渡过程各因素之间的相互影响，具有 物理意义清楚、形式紧凑、便于理论分析和计算机计算处理的特点，在一定程度上反映了水 电站水机电复杂系统的非线性本质。然而，对于IEEE所提出的非线性水力机组控制系统模 型，采用常规的方法一般也不易获得较好的PID控制参数。粒子群优化算法于1995年受人 工生命研究结果启发，在模拟鸟群觅食过程中的迁徙和群集行为时提出的一种基于群体智 能的演化计算技术。该算法具有并行处理、鲁棒性好等特点，能以较大概率找到问题的全局 最优解，且计算效率比传统遗传算法高。其最大的优势在于简单易实现、收敛速度快，而且 有深刻的智能背景，既适合科学研究，又适合工程应用。因此，粒子群优化算法一经提出，立 刻引起了演化计算等领域的学者们的广泛关注，并在短短的几年时间里出现大量的研究成 果。粒子群优化算法在搜索初期收敛速度很快，但在搜索后期却容易陷入局部极值点，而且 计算精度不高。
发明内容
本发明目的是针对现有技术存在的缺陷提供一种非线性水力机组控制参数的改 进粒子群优化方法。本发明为实现上述目的，采用如下技术方案本发明非线性水力机组控制参数的改进粒子群优化方法包括如下步骤(1)初始化粒子群，每个粒子的维数为3 ；最大迭代代数为50代；每个粒子的位置 分别代表水力机组的3个控制参数Kp，&，Kd，设定Kp，&，Kd的变化范围均为；扰动 实验的类型分别为5%频率扰动和10%负荷扰动；两种扰动实验条件下水力机组过渡过程 的持续时间ts均为15秒；(2)利用每个粒子所代表的PID参数，进行水力机组过渡过程的计算，然后分别计 算每个粒子的加权适应度；对每个粒子的加权适应度进行比较，得出粒子群群体的全局最优位置，最差位置和每个粒子个体的最优位置；(3)按照以下改进的公式进行每个粒子速度的更新；
权利要求
1. 一种非线性水力机组控制参数的改进粒子群优化方法，其特征在于包括如下步骤(1)初始化粒子群，每个粒子的维数为3；最大迭代代数为50代；每个粒子的位置分别 代表水力机组的3个控制参数Kp，Ki, Kd,设定Kp，Ki, Kd的变化范围均为W-10]；扰动实验 的类型分别为5%频率扰动和10%负荷扰动；两种扰动实验条件下水力机组过渡过程的持 续时间ts均为15秒；(2)利用每个粒子所代表的PID参数，进行水力机组过渡过程的计算，然后分别计算每 个粒子的加权适应度；对每个粒子的加权适应度进行比较，得出粒子群群体的全局最优位 置，最差位置和每个粒子个体的最优位置；(3)按照以下改进的公式进行每个粒子速度的更新；Vik (g+1) = W (g) *Vik (g) +C1^r1* (Pik (g) -Xik (g)) +c2*r2* (Pgk (g) -Xik (g)) +c3*r3* (Pak (g) -Xik (g))其中，所述粒子群由m个粒子组成，每次迭代时，这m个粒子的位置可以表示为(P1,P2， Λ，Pm)，这m个粒子位置的名义平均位置为所述粒子群具有混沌特性的惯性权w由Logisic映射产生，其表达式为W (g+1) = 4*w(g)*(l-w(g))；(4)按照下式对每个粒子的位置进行更新Xik (g+1) = Xik (g)+Vik (g+1)；依次重复进行步骤(2)，(3)，(4)直到达到所设定的最大迭代代数，其中，Cl，c2，C3为非 负常数，ri; r2和r3为(0，1)之间的随机数。
全文摘要
本发明公布了一种非线性水力机组控制参数的改进粒子群优化方法，所述方法包括如下步骤初始化粒子群；利用每个粒子所代表的PID参数，进行水力机组过渡过程的计算，然后分别计算每个粒子的加权适应度；对每个粒子的加权适应度进行比较，得出粒子群群体的全局最优位置，最差位置和每个粒子个体的最优位置；进行每个粒子速度的更新；对每个粒子的位置进行更新；直到达到所设定的最大迭代代数。本发明将所提出的改进粒子群算法应用到非线性水力机组PID控制参数的优化设计，计算结果表明了改进粒子群算法对于非线性系统控制参数的优化设计是一种有效的方法。
文档编号G06F17/50GK102004836SQ20101056805
公开日2011年4月6日 申请日期2010年12月1日 优先权日2010年12月1日
发明者许峰, 陈龙 申请人:河海大学