一种基于特征参数的水电机组调速系统控制参数整定方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于水轮机调速器优化技术领域，更具体地，涉及一种基于特征参数的水 电机组调速系统控制参数整定方法。
【背景技术】
[0002] 水电机组作为电力系统的重要组成部分，因其具有开、停机速度快，响应迅速，能 够快速、灵活地针对电网情况做出调整等优点，所以是理想的调频、调峰和事故备用电源。
[0003] 水电机组调节性能的优劣主要由其调速系统的控制参数决定。但长久以来，控制 参数整定仍然缺乏行之有效的方法，主要还是依赖水电站操作人员对特定机组运行状况和 规律的经验总结。因此，如何建立一套系统化、通用化的水电机组调速系统控制参数整定方 法，成为学者们持续关注的研宄热点。
[0004] 尽管众多学者利用劳斯-赫尔维茨稳定判据、状态空间特征值、根轨迹和极点相 消法在水轮机调速器控制参数优化领域做出了大量开拓性的工作，并提出了各种经典整定 公式，但由于在研宄中采用了过于简化的水电机组模型，从而导致这些整定公式在实际工 程中的使用效果并不理想，主要起到指导性的作用。
【发明内容】
[0005] 针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供一种基于特征参数的水电机组 调速系统控制参数整定方法，能够根据水电机组的5个特征参数（水流惯性时间常数、机组 惯性时间常数、接力器反应时间常数、永态转差系数和发电机综合自调节系数）直接整定 出调速系统最优控制参数。
[0006] 本发明提供一种基于特征参数的水电机组调速系统控制参数整定方法，包括以下 步骤：
[0007] 步骤1根据水电机组模型建立所述水电机组的闭环特征方程，引入无量纲参数λ i 代入所述闭环特征方程，得到所述水电机组的无量纲特征方程，其中，i = 1，2，···，6,定义 无量纲时间常数τ和无量纲拉普拉斯算子q如下： Δ t 、i/
[0008] Τ^ττ, q~- = Ls iW ClT
[0009] 其中，t表示时间；Tw表示水流惯性时间常数无量纲特征方程；s表示拉普拉斯算 子；
[0010] 步骤2对所述无量纲特征方程应用劳斯-赫尔维茨稳定判据，得到系统稳定条件， 整定无量纲参数λ 3的最优值；
[0011] 步骤3根据所述无量纲参数λ 3的最优值，应用根轨迹法对所述无量纲特征方程 进行分析，整定无量纲参数λ JP λ 2的最优值；
[0012] 步骤4根据所述无量纲参数λρ \2和λ 3的最优值，利用线性回归法和曲线拟合 技术获得所述水电机组调速系统控制参数的最优值。
[0013] 总体而言，通过本发明所构思的以上技术方案与现有技术相比，具有以下有益效 果：
[0014] 本发明借助线性回归和曲线拟合技术将水轮机PID调速器经典整定公式推广至 更一般的情况，由于在分析过程中使用了更为详细的水电机组模型，使其能够根据系统五 大特征参数（水流惯性时间常数、机组惯性时间常、接力器反应时间、永态转差系数和发电 机综合自调节系数）直接整定出最优控制参数，从而使得本发明方法更具实用价值。
【附图说明】
[0015] 图1为本发明基于特征参数的水电机组调速系统控制参数整定方法的流程图；
[0016] 图2为本发明水电机组模型框图；
[0017] 图3为本发明根轨迹图；
[0018] 图4(a)为本发明λ 4= 〇时λ 1的回归平面示意图；
[0019] 图4(b)为本发明λ 4= 〇时λ 2的回归平面示意图；
[0020] 图5(a)为本发明回归系数α ^勺拟合图；
[0021] 图5(b)为本发明回归系数β 4勺拟合图；
[0022] 图6为本发明第一组系数下水电机组响应过程频率曲线图；
[0023] 图7为本发明第二组系数下水电机组响应过程频率曲线图。
【具体实施方式】
[0024] 为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对 本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并 不用于限定本发明。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要 彼此之间未构成冲突就可以相互组合。
[0025] 本发明提供一种基于特征参数的水电机组调速系统控制参数整定方法，其基本思 想为：在水电机组无量纲特征方程的基础上，应用劳斯-赫尔维茨稳定判据和根轨迹法求 取调速系统最优控制参数，并用线性回归法和曲线拟合技术获得控制参数的定量整定公 式。
[0026] 图1所示为本发明基于特征参数的水电机组调速系统控制参数整定方法的流程 图，具体包括以下步骤：
[0027] 步骤1建立水电机组无量纲特征方程。图2所示为本发明水电机组模型框图， 其中水电机组是由控制器、执行器、水轮机、压力管道、发电机和负荷组成的复杂系统，图 中X表示机组转速；X。表示给定转速;m g表示阻力矩。在本发明实施例中，控制器的传递
【主权项】
1. 一种基于特征参数的水电机组调速系统控制参数整定方法，其特征在于，包括： 步骤1根据水电机组模型建立所述水电机组的闭环特征方程，引入无量纲参数A4代 入所述闭环特征方程，得到所述水电机组的无量纲特征方程，其中，i= 1，2,…，6,定义无 量纲时间常数t和无量纲拉普拉斯算子q如下：
其中，t表示时间；Tw表示水流惯性时间常数无量纲特征方程；s表示拉普拉斯算子； 步骤2对所述无量纲特征方程应用劳斯-赫尔维茨稳定判据，得到系统稳定条件，整定 无量纲参数A3的最优值； 步骤3根据所述无量纲参数A3的最优值，应用根轨迹法对所述无量纲特征方程进行 分析，整定无量纲参数A:和X2的最优值； 步骤4根据所述无量纲参数、、^和X3的最优值，利用线性回归法和曲线拟合技术 获得所述水电机组调速系统控制参数的最优值。
2. 如权利要求1所述的方法，其特征在于，在所述步骤1中，定义
i中，kp、kJP1^分别 表示控制器的比例、积分和微分增益，均是需要整定的所述水电机组调速系统控制参数；Ty 表示执行器反应时间常数；Ta表示机组惯性时间常数；bp表示永态转差系数；en表示发电机 综合自调节系数。
3. 如权利要求1或2所述的方法，其特征在于，在所述步骤2中，将无量纲参数X3的 最优值整定为将所述系统稳定条件分为两种稳定条件的临界值。
4. 如权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述步骤3包括以下子步骤： (3-1)根据根轨迹图，设置极点的最优阻尼比 (3-2)根据所述最优阻尼比获得适合的（AA2)组合值，在所述水电机组模型 中定义基于转速偏差e(t)的泛函积分指标/ = 将各组（A1;A2)值逐一代入 所述水电机组模型中仿真阶跃负荷扰动响应过程；选取令所述泛函积分指标J值最小的 (入^J组合值作为入1和入2的最优整定值。
5. 根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述步骤4包括以下子步骤： (4-1)定义无量纲参数A:和X2的回归模型如下：
其中，A；和义表示所述步骤3中整定的最优值；4和七:表示A；'和2)对应的自变量取 值；a…a"a2、0p0 0 2表示回归系数； <和￡丨表示随机误差； (4-2)用线性回归法求无量纲参数A:和X2的回归方程； (4-3)归纳总结所述回归系数a^ana2、^和02与无量纲参数X4的关系， 利用曲线拟合的方法求得各个回归系数的拟合方程； (4-4)将得到的各回归系数带入到所述回归模型中去，无量纲参数A:和X2最终被整 理为由无量纲参数14、^和X6构成的函数，得到所述水电机组调速系统控制参数的定量 整定公式，进而获得所述水电机组调速系统控制参数的最优值。
【专利摘要】本发明公开了一种基于特征参数的水电机组调速系统控制参数整定方法，属于水轮机调速器优化技术领域。本发明包括以下步骤：(1)通过无量纲化处理得到水电机组无量纲特征方程；(2)应用劳斯-赫尔维茨稳定判据和根轨迹法求取调速系统最优控制参数；(3)利用线性回归法和曲线拟合技术获得调速系统控制参数的最优值。本发明具有整定过程简单、计算量小、易于实现等优点，能够根据水电机组的五个特征参数(水流惯性时间常数、机组惯性时间常数、接力器反应时间常数、永态转差系数和发电机综合自调节系数)直接整定出调速系统最优控制参数。
【IPC分类】G05D13-62, G05B13-04
【公开号】CN104808705
【申请号】CN201510204386
【发明人】唐戢群, 刘昌玉, 何雪松, 沈春华, 颜秋容, 高晓光, 刘肖
【申请人】贵州电力试验研究院, 华中科技大学
【公开日】2015年7月29日
【申请日】2015年4月27日