一种基于随机筛选优化算法的汽轮机发电系统控制方法及装置

本发明涉及汽轮机发电控制，尤其涉及一种基于随机筛选优化算法的汽轮机发电系统控制方法及装置。

背景技术：

1、电力系统负荷频率是电力系统运行时非常重要的参数之一，在电力系统的安全经济运行中对电力系统负荷频率的研究与控制是不可忽视的环节。通过它可以判断电力系统是否稳定运行，电力系统的供电和需求平衡可以通过频率稳定反映。异常频率将导致电力系统的安全运行偏离，从而为用户带来极其严重的后果，如负荷频率不稳定会导致一些精密仪器会因为频率不稳的原因无法正常工作。同时，它也会使发电设备偏离正常的运行状态，使其不能以最高的效率运行，也会影响电网的经济运行。当频率太低时，就不能保证电力系统安全稳定运行，因此，保证电力系统负荷频率能够稳定运行是国民安全和经济发展的迫切需求，开展存在非线性的电力系统负荷频率问题的研究是及其重要且刻不容缓的。

2、随着我国电力市场的飞速发展，现代电网区域间的互联程度也日益增强，目前电网已经成为由多个控制区域组成的多区域互联电力系统。电力系统稳定控制问题主要包括两个独立的稳定控制问题：无功功率与电压的稳定控制；有功功率与频率的稳定控制。其中有功功率与频率的稳定控制被称作负荷频率控制（load frequency control，lfc）。

3、随着现代电力系统规模和复杂性的逐渐增加，由系统振荡引起的广域停电的风险也在不断增加，现有技术中出现了多种控制方法来解决汽轮发电机控制系统中的负荷频率问题，但是针对存在非线性因素的电力系统负荷频率的研究还不多，也不能很好地处理电力系统的本质非线性特性，还有许多理论与实际问题迫切需要解决。例如模糊c均值聚类技术(fuzzy c-means clustering technique，fcm)、细菌觅食优化算法(bacteria foragingoptimization algorithm，bfoa)、万有引力搜索算法(gravitational search algorithm，gsa)，这些方法针对lfc系统存在的非线性问题，提出了多种控制策略给予解决，并进行参数优化整定，但是，大多方法采用的是直接法，即在控制器设计时将模型非线性考虑进去，设计或者选取控制器参数使得闭环系统避免进入不稳定区域，该方法受限于系统的稳定区域，有可能只能获得较为保守的控制性能。另外，直接法依赖于非线性较为精确的模型，在实际中应用受到一定限制。

4、自抗扰控制（active disturbance rejection control，adrc）是一个新型控制结构与新型设计理念的结合，可应用于非线性系统的抗干扰问题中，在设计时，不需要知道被控对象和扰动的完全模型，只需要知道对象的相对阶和增益，并将系统未知动态以及外部扰动的组合定义为广义扰动。adrc的核心思想是通过一个扩张状态观测器来估计系统未知的广义扰动，然后接着使用简单控制进行抑制，这个思想类似于反馈线性化，但是在控制器结构上更简单并且可应用于各种非线性系统，另外这个结构本身自带积分行为，在控制器设计中不需要再额外加入积分器。

5、目前，自抗扰控制器以简单的控制结构，设计时不依赖模型的特点，已经广泛应用于发电系统、电机、电动汽车和抽水储能电站等领域。然而，它的控制参数是通过个人调节经验手动得到的，特别是在考虑非线性特性时，整定难度大，难以快速实现稳定性控制。

技术实现思路

1、本发明提供一种基于随机筛选优化算法的汽轮机发电系统控制方法及装置，以解决现有汽轮机发电系统采用自抗扰控制进行负荷频率控制时，因控制参数需手动调节而影响发电系统运行稳定及无法进行快速控制的问题。

2、为达上述目的，根据本发明实施例的第一方面，提供了一种基于随机筛选优化算法的汽轮机发电系统控制方法，包括：获取对汽轮机发电系统进行自抗扰控制的各控制参数的设定区间范围、迭代次数、随机步长及控制参数的需求组数；根据迭代次数和随机步长在各控制参数的设定区间范围随机选择多个随机控制参数组；获取汽轮机发电系统的传递函数，并基于传递函数分析各随机控制参数组对应的系统稳定裕度；根据系统稳定裕度确定需求组数的优异控制参数组，并根据优异控制参数组对汽轮机发电系统执行自抗扰控制。

3、可选地，基于传递函数分析各组控制参数对应的系统稳定裕度，包括：基于传递函数获取各随机控制参数组对应的系统bode图；根据bode图分析各随机控制参数组对应的系统稳定裕度。

4、可选地，获取汽轮机发电系统的传递函数，包括：对汽轮机发电系统的非线性环节进行线性化处理；获取线性化处理后的汽轮机发电系统的传递函数。

5、可选地，在获取各控制参数的设定区间范围后，汽轮机发电系统控制方法还包括：根据系统边界稳定条件缩小各控制参数的设定区间范围。

6、可选地，控制参数包括自抗扰控制的观测器带宽、控制器带宽、自适应参数。

7、根据本发明实施例的第二方面，提供了一种基于随机筛选优化算法的汽轮机发电系统控制装置，包括：参数初始化模块，用于获取对汽轮机发电系统进行自抗扰控制的各控制参数的设定区间范围、迭代次数、随机步长及控制参数的需求组数；随机筛选模块，用于根据迭代次数和随机步长在各控制参数的设定区间范围随机选择多个随机控制参数组；分析模块，用于获取汽轮机发电系统的传递函数，并基于传递函数分析各随机控制参数组对应的系统稳定裕度；控制模块，用于根据系统稳定裕度确定需求组数的优异控制参数组，并根据优异控制参数组对汽轮机发电系统执行自抗扰控制。

8、可选地，分析模块在基于传递函数分析各随机控制参数组对应的系统稳定裕度时用于：基于传递函数获取各随机控制参数组对应的系统bode图；根据bode图分析各随机控制参数组对应的系统稳定裕度。

9、可选地，分析模块在获取汽轮机发电系统的传递函数时用于：对汽轮机发电系统的非线性环节进行线性化处理；获取线性汽轮机发电系统的传递函数。

10、可选地，参数初始化模块在获取各控制参数的设定区间范围后还用于：根据系统边界稳定条件缩小各控制参数的设定区间范围。

11、可选地，控制参数包括自抗扰控制的观测器带宽、控制器带宽、自适应参数。

12、本发明实施例的基于随机筛选优化算法的汽轮机发电系统控制方法及装置，通过在采用自抗扰控制对汽轮机发电系统进行负荷频率控制过程中，从设定区间范围内随件选择自抗扰控制的控制参数，分析对应的系统稳定裕度，并根据系统稳定裕度来筛选最优控制参数，仅需设置控制参数的设定区间范围即可快速确定最优控制参数，从而实现对发电系统稳定运行的快速控制，相对于现有技术中由人工根据经验手动调节控制参数的方式，可以更加快速且准确地筛选控制参数，方便快速控制发电系统稳定运行。

技术特征：

1.一种基于随机筛选优化算法的汽轮机发电系统控制方法，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的一种基于随机筛选优化算法的汽轮机发电系统控制方法，其特征在于，所述基于所述传递函数分析各组控制参数对应的系统稳定裕度，包括：

3.根据权利要求1所述的一种基于随机筛选优化算法的汽轮机发电系统控制方法，其特征在于，所述获取汽轮机发电系统的传递函数，包括：

4.根据权利要求1所述的一种基于随机筛选优化算法的汽轮机发电系统控制方法，其特征在于，在获取各控制参数的设定区间范围后，所述汽轮机发电系统控制方法还包括：

5.根据权利要求1至4中任一项所述的一种基于随机筛选优化算法的汽轮机发电系统控制方法，其特征在于，所述控制参数包括自抗扰控制的观测器带宽、控制器带宽、自适应参数。

6.一种基于随机筛选优化算法的汽轮机发电系统控制装置，其特征在于，包括：

7.根据权利要求6所述的一种基于随机筛选优化算法的汽轮机发电系统控制装置，其特征在于，所述分析模块在基于所述传递函数分析各随机控制参数组对应的系统稳定裕度时用于：

8.根据权利要求6所述的一种基于随机筛选优化算法的汽轮机发电系统控制装置，其特征在于，所述分析模块在获取汽轮机发电系统的传递函数时用于：

9.根据权利要求6所述的一种基于随机筛选优化算法的汽轮机发电系统控制装置，其特征在于，所述参数初始化模块在获取各控制参数的设定区间范围后还用于：

10.根据权利要求6至9中任一项所述的一种基于随机筛选优化算法的汽轮机发电系统控制装置，其特征在于，所述控制参数包括自抗扰控制的观测器带宽、控制器带宽、自适应参数。

技术总结
本发明公开了一种基于随机筛选优化算法的汽轮机发电系统控制方法及装置，其中，控制方法包括：获取对汽轮机发电系统进行自抗扰控制的各控制参数的设定区间范围、迭代次数、随机步长及控制参数的需求组数；根据迭代次数和随机步长在各控制参数的设定区间范围随机选择多个随机控制参数组；获取汽轮机发电系统的传递函数，并基于传递函数分析各随机控制参数组对应的系统稳定裕度；根据系统稳定裕度确定需求组数的优异控制参数组，并根据优异控制参数组对汽轮机发电系统执行自抗扰控制。采用本发明的技术方案，可以根据系统稳定裕度来快速筛选优异控制参数，从而实现对发电系统稳定运行的快速控制。

技术研发人员：常帅兵,张敏,杨捷,池晓航,张超,迟明路,库阁阁,周迎迎
受保护的技术使用者：河南工学院
技术研发日：
技术公布日：2024/1/13