基于线性与非线性模型的水轮机调速器PID参数优化比较

分别推导出了基于线性模型和非线性模型的水轮机调节系统闭环比例积分微分(proportional-integral-derivative,PID)控制的微分方程。以水轮发电机组转速偏差相对值的时间乘误差绝对值积分指标作为粒子群优化算法的适应度函数,分别实现了采用这2种不同数学模型的水轮机调速器PID参数的优化设计。计算结果表明,PSO优化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;采用不同数学模型的水轮机调节系统,其PID参数的优化结果是不同的;水轮机调节系统采用非线性模型时的优化结果相对较好。     

兼顾一次调频性能和超低频振荡抑制的水轮机调速器PID参数优化

针对水电高占比电网超低频振荡抑制需求,提出一种兼顾一次调频性能和超低频振荡抑制的水轮机调速器PID参数优化方法。以机组功率响应曲线上升时间、稳定时间以及反调功率为一次调频性能指标,以调速器和原动机系统在超低频段的阻尼水平作为超低频振荡阻尼性能指标,建立综合优化目标函数,采用智能算法进行参数优化。提升水轮机调速器在超低频段的阻尼水平,为通过调速器参数优化抑制超低频振荡提供技术手段。算例分析表明所提方法正确有效。     

水轮机尼科尔斯比例–积分–微分调速器设计

根据闭环系统谐振峰值 Mr 与系统响应最大峰值 Mp之间的关系,构建一个与系统参数及控制器参数都相关的优化问题,通过该问题的求解获得控制器参数与系统参数之间的数学关系.针对线性水轮机模型,设计了基于尼科尔斯曲线的 PID 控制器.系统负荷干扰及参数摄动的仿真结果表明:所设计的 PID 控制器对系统参数摄动及外部有界干扰信号具有很好的鲁棒性能,系统过渡过程性能明显优于传统PID 调节器结果.     

基于粒子群优化设计的直流无刷电机控制系统研制

针对直流无刷电机控制器优化设计的问题,提出了基于粒子群优化PSO算法的比例、积分和微分(PID)控制器的优化设计方法.结合PSO的基本原理和BLDC系统的控制策略,考虑到综合评价系统的各项性能指标,给出了优化PID控制器设计的步骤.仿真和实验结果表明:该方法能搜寻到最优或次最优的参数数值,优化得到的控制器速度响应快、超...     

基于协同进化算法的水轮机模糊PID调节系统研究

针对常规遗传算法在优化水轮机模糊PID调节系统的模糊规则时，对于模糊PID整定公式中的三个比例因子的确定采用手动调整的不科学性，本文提出了一种新的基于协同进化算法的参数自整定模糊PID控制算法，该方法采用协同进化算法同时优化模糊PID控制的模糊规则和模糊PID整定公式中的三个比例因子，通过模糊推理的方法求解PID参数的变化量，对PID参数进行自动整定，为了避免优化得到的模糊规则之间发生跳变，在目标函数中引入一光滑因子。仿真结果表明，该控制算法具有良好的静态、动态性能和很强的鲁棒性。     

多目标满意优化在模糊控制器设计中的应用

提出了一种应用多目标满意优化模型进行模糊控制器优化设计的方法。给出了计算模型和算法。该方法以满意度函数反映设计者对性能指标的评价，更符合实际要求。应用该方法对模糊控制器的隶属函数参数以及控制规则库进行优化设计。仿真结果表明了该方法的有效性和实用性。     

长隧洞水力发电系统水机电耦联暂态分析北大核心CSCD

本文研究了长隧洞单机单管水力发电系统在水机电耦联条件下的建模及暂态分析方法。隧洞动态用传统的刚性水击理论描述,调压井作为连接隧洞和压力钢管的动态储能元件建模,压力钢管动态采用较为复杂的耦合水击4-方程模型描述。通过耦合水击的结合部耦合机制实现引水系统与水轮机系统的耦联,使用调速器控制方程和一阶发电机模型实现水轮机系统与电力系统的耦联。在此基础上建立了带长隧洞调压井引水系统水电站的水机电耦联非线性模型,提出了求解基于拉氏变换形成的状态方程的暂态耦联分析方法。算例表明,提出的理论模型和计算方法能较好地反映水力发电系统暂态过程中各子系统间的耦合动力学效应,并能有效预测暂态过程中各系统的参数变化量及变化规律。     

长隧洞水力发电系统水机电耦联暂态分析

本文研究了长隧洞单机单管水力发电系统在水机电耦联条件下的建模及暂态分析方法。隧洞动态用传统的刚性水击理论描述,调压井作为连接隧洞和压力钢管的动态储能元件建模,压力钢管动态采用较为复杂的耦合水击4-方程模型描述。通过耦合水击的结合部耦合机制实现引水系统与水轮机系统的耦联,使用调速器控制方程和一阶发电机模型实现水轮机系统与电力系统的耦联。在此基础上建立了带长隧洞调压井引水系统水电站的水机电耦联非线性模型,提出了求解基于拉氏变换形成的状态方程的暂态耦联分析方法。算例表明,提出的理论模型和计算方法能较好地反映水力发电系统暂态过程中各子系统间的耦合动力学效应,并能有效预测暂态过程中各系统的参数变化量及变化规律。     

基于反推方法的滑模自适应励磁控制

针对电力系统参数摄动和外界干扰等因素对励磁系统的影响,经过对传统模型状态变量的变换,建立了励磁控制系统模型,设计了基于backstepping方法的模糊滑模励磁控制器。该方法通过逐步构造Lyapunov函数和设计切换函数,从而得到了最终的控制规律。最后对所设计的算法进行了仿真研究,与常规PID+PSS控制方法相比,系统在动静态响应性能上均优于PID+PSS控制。通过仿真表明这种控制方法不仅有效而且还能达到比较满意的控制效果。     

水轮机最优控制系统研究

本文应用现代状态反馈控制理论，结合水轮机(转速)调节系统的恒值调节要求，从水轮机控制系统状态反馈模型出发，给出了与常规水轮机调节系统相似的系统框图。并对二次型性能指标最优化控制参数与传统推荐最佳调节参数进行比较分析，得到这两种方法所对应的最优调节参数有较大差别，二次型最优控制效果明显优于常规PID控制。仿真结果表明：两者动态过程明显不同，前者的动态过程呈现完全的非周期快速稳定特点，而后者的动态过程则为衰减振荡过程。因此，在水轮机调速器中直接输入控制系统权矩阵代替常规的PID调节参数，能够根据人为要求实现期望的时域性能指标。     

基于改进粒子群算法的水轮机调速器参数优化

PSO（粒子群算法）是一种随机全局优化技术.该算法简单,易实现,且功能强大.文章研究了水轮机PID调节器参数的优化问题,利用改进PSO对系统所处的不同状态和工况进行了PID参数寻优.仿真结果表明,此种PID控制器比常规PID有更好的动态调节特性和鲁棒性,不失为一种具有较好实用价值的PID参数优化方法.     

非线性鲁棒控制调速器的混合仿真实验

研究了非线性鲁棒控制规律在微机水轮机调速器上的应用,并介绍了调速器的混合仿真实验情况,着重比较了非线性鲁棒控制和常规比例积分微分（PID）控制在短路实验、线路切除实验等不同情况下的调节效果。实验结果表明,非线性鲁棒控制在电力系统过渡过程动态调节中能起到较好的作用,较目前的常规PID控制具有一定的优越性。     

水轮机调节系统的Terminal滑模控制

针对水轮机调节系统的不稳定运行会引起发电机组稳定性破坏的问题,鉴于对其要求的日益提高与其控制困难的矛盾现状,笔者以水轮机调节系统为研究对象,首先采用模块化建模方法,建立了混流式水轮机调节系统的整体非线性数学模型,并分析得到系统各状态变量存在不稳定运动。接着,为了保证系统的可靠稳定运行,基于Lyapunov稳定性理论和有限时间控制理论,笔者提出了一种新的Terminal非奇异滑模面,克服了传统Terminal滑模面的奇异性问题,为水轮机调节系统设计了Terminal滑模有限时间控制器。最后,采用Matlab进行数值模拟,仿真结果验证了所设计控制器的有效性和快速性,为生产实际中水力发电机组的稳定性控制提供理论依据。     

考虑超低频振荡的水轮机调速器参数多目标鲁棒设计

超低频振荡威胁电网安全稳定运行,可通过调整水轮机调速器参数抑制。水轮机调速器参数设计应同时考虑系统稳定性与跟踪性能,且所设计的参数应具备足够的鲁棒性以应对运行方式变化。首先,利用矩阵扰动理论严格地证明了在超低频振荡频段范围内使用统一频率模型代替复杂完整模型的适用性。在此基础上,基于结构奇异值理论提出一种水轮机调速器参数设计方法。方法中将运行方式变化处理为统一频率模型中的摄动,且在评价输出权函数中包含了稳定性参数与跟踪性能参数,使得所设计参数能同时满足多个运行方式的稳定性与跟踪性能要求。所提方法的有效性通过云南电网算例得到了验证。     

水轮机调速器与电网负荷频率控制

在现代电力系统中，水轮机调速器已成为水轮机控制系统的控制核心。文中叙述了水轮机调速器与电网负荷频率控制之间的关系，分析了调速器在电网一次调频、二次调频中的作用、静态特性和动态特性;通过建模、仿真及现场试验，提出了机组并联于大电网工况下的调速器PID参数整定范围和应有的机组功率控制模式。     

水轮机调速器的极点配置法设计及自适应控制

本文重点阐述了水轮机调速器的极点配置法设计原理与方法，给出了按极点配置原理导出的ＰＩＤ调节器的参数优化公式。同时，介绍了以极点配置调节器为基础的水轮机自适应调节系统的结构。仿真及现场试验结果表明，按极点配置法设计的水轮机调速器能较好地兼顾频率扰动和负荷扰动的性能。而以极点配置调节器为基础的水轮机自适应调速器，不仅具有良好的参数自适应性，而且能使调节系统获得更优良的动态品质。     

基于MVO算法与改进目标函数的电力系统负荷频率控制

针对风电并网时的随机波动功率、负荷频率控制(load frequency control, LFC)系统参数变化所引起的电力系统频率稳定问题,提出了一种基于智能优化算法与改进目标函数的互联电网LFC系统最优PID控制器设计方法。首先,分析了基于PID控制的含风电互联电力系统LFC闭环模型。其次,在时间乘误差绝对值积分(integral of time multiplied absolute error, ITAE)性能指标的目标函数中考虑了区域控制器的输出信号偏差,对优化目标函数进行改进。采用性能优良的多元宇宙优化(multi-verse optimizer, MVO)算法先计算后验证的思路,寻优获得最优PID控制器参数。最后,以两区域4机组互联电力LFC系统为例,仿真验证了基于MVO算法结合改进目标函数所获得的PID控制器,比基于MVO算法所获得的PID控制器,对阶跃负荷扰动、随机负荷扰动、风电功率偏差扰动以及系统的参数变化,具有相对较好的鲁棒性能。并且,对控制器参数也具有相对较好的非脆弱性指标。     

带变顶高尾水洞水电机组调速器功率模式优化研究

通过现场实测及数值仿真研究了带变顶高尾水洞水电机组调速器功率模式下的一次调频及负荷调节过渡过程。提出了一种基于“三区模型”的带变顶高尾水隧洞小波动过渡过程的仿真方法,并推导了状态方程组,基于调速器PLC程序及参数实测建立了水轮机调速器功率模式的仿真模型,利用现场真机试验对仿真模型进行了验证。针对带变顶高尾水隧洞水电机组的特点,从降低功率反调,提高调功速度,保证功率调节过程稳定性的角度出发,采用了“慢-快-慢”的“三段式调节”的方式改善调速器功率调节的动态品质。通过数值仿真对调速器的功率调节策略及参数进行了优化,优化后机组功率调节速度明显提高,功率反调值降低,改善了调速器功率模式下的一次调频及负荷调节过渡过程性能。     

混流式水轮机组的模糊滑模控制

针对水轮机常规PID调速器不能有效利用调节系统内部信息的缺点,在分析水轮机调节系统数学物理模型的基础上,采用基于模糊规则的滑动模态控制器,并对某一水电站的混式水轮机组调速模型进行Malab仿真。证明了模糊滑模控制方法在此种水轮机调速控制方面的可行性以及良好的鲁棒性。