一種水輪機調節系統的參數辨識方法技術方案

本發明專利技術公開了一種水輪機調節系統的參數辨識方法，用于在水輪機調節系統中對系統參數進行有效辨識。根據水輪機調節系統建立仿真模型，然后依據該仿真模型建立采用實際系統輸出與辨識系統輸出的加權誤差平方和作為參數辨識的目標函數，運用本發明專利技術設計的優選方法求解目標函數得到最優控制參數。本發明專利技術設計的水輪機調節系統參數辨識方法，采用一種新型啟發式優化算法優化目標函數，可以搜索到更小的目標函數值，能得到更精確的辨識參數。更精確的辨識參數使得對應的辨識系統與實際系統輸出吻合較好。

【技術實現步驟摘要】

本專利技術屬于電力系統參數優化
，更具體地，設及一種水輪機調節系統參 數辨識方法。
技術介紹
水輪機調節系統是水輪發電機組的重要組成部分，其主要任務是根據負荷的變 化，調節機組的頻率和出力。參數辨識是一種適用于模型結構已知而具體參數未知系統的 重要的建模方法，其原理是：采集系統動態過程輸出數據并建立系統的仿真模型，通過一 定方法來確定一組參數值，使得由模型計算得到的仿真系統響應輸出能最好地擬合實際系 統。由于實際運行中，水輪機調節系統的模型參數往往偏離典型工況參數，根據現場采集的 數據進行調節系統參數辨識動態獲得系統模型是一項非常重要的工作。 近年來有人提出將啟發式優化算法用于水輪機調節系統的參數辨識。粒子群優 化算法（particleswarmoptimization，PSO)和弓| 力捜索算法（gravitationalsearch algorithm,GSA)等算法已經被應用于水輪機調節系統的參數辨識。由于PSO、GSA等傳統 優化方法存在早熟、易陷入局部極值等不足，使得應用運些算法在水輪機調節系統參數辨 識過程中，可能無法捜索到全局最優值。
技術實現思路
針對傳統方法的不足，本專利技術提出了一種基于新型啟發式優化算法的水輪機調節 系統參數辨識方法，可W有效辨識出系統參數，具有很好的實用價值。 為了實現上述目的，本專利技術提供了一種水輪機調節系統參數辨識方法，包括如下 步驟： 步驟（1):建立水輪機調節系統仿真模型，水輪機調節系統如圖1所示。水輪機調 節系統一般由PID控制器、電液隨動系統、引水系統與水輪機、發電機及負載組成。具體的， 水輪機調節系統是一個典型的反饋控制系統，當頻率給定發生改變時，PID控制器根據機組 頻率偏差產生調節控制信號驅動電液隨動系統，改變水輪機導葉開度，水輪機進口流量隨 之發生改變，在水輪機導葉開度改變瞬間，引水系統中往往發生水鍵現象，導致水輪機蝸殼 壓力發生變化；水輪機進口流量和蝸殼壓力的變化，會使水輪機力矩發生改變，從而使水輪 機力矩與發電機的負載阻力矩產生差值，發電機轉速隨之發生變化，轉速改變同步地調節 了頻率大小，達到調節機組頻率的目的。 由于在實際生產中，不同水電站所采用的水輪機調節系統各組成部分結構不盡相 同，本專利技術W圖2所示系統結構圖為例來說明水輪機調節系統模型結構。所述的水輪機調 節主要任務是對水電機組維持頻率和出力進行調節。圖2中C為頻率擾動信號，kp，ki，kd為 PID控制器參數，Tyi和Ty為電液隨動系統的兩個時間常數，yt為導葉開度，mt為水輪機力 矩，nig。為負荷擾動，T。為機組慣性時間常數，e。為發電機與水輪機自調節系數之差，X為機 組頻率，q為流量，h為水頭；Tf為水鍵反射時間常數；為引水管道特征常數；ey、eh分別為 水輪機力矩對導葉開度和水頭的傳遞系數；eqh、eqy分別為水輪機流量對導葉開度和水頭的 傳遞系數。仿真系統中變量用偏差相對值表示。實際水輪機調節系統在運行中需要辨識的 參數為0 = [、.，k,，k,,，T、、，T,、h、、，T,.，T,,，e,y' 步驟（2):采集實際水輪機調節系統動態過程數據。對系統進行頻率擾動試驗，采 集系統動態過程數據，動態過程數據包括一些關鍵環節輸出，即導葉開度yt，機組頻率X; 步驟（3):水輪機調節系統參數辨識目標函數。采用實際系統輸出與仿真模型輸 出的加權誤差平方和作為參數辨識的目標函數。目標函數定義如下：W11]其中Ns為系統輸出采樣點數，S為系統輸出個數，w= 為權重， 0 = 是待辨識參數。在相同系統輸入下，實際系統輸出為 Yi化）e扔化)，x化)}，辨識系統輸出為化(Α-)，?(&)}。其中，是系統待辨 識參數的函數，當待辨識參數I:發生變化時，利用步驟（1)建立的仿真系統得到兩個系統 輸出，即兩組輸出曲線，用離散序列表示為，仁1，...八，計算對應的目標函數 值，通過極小化目標函數，即可得到系統待辨識參數； 步驟（4):運用啟發式優化算法求解水輪機調節系統參數辨識的目標函數，得到 待辨識系統參數。辨識步驟如下： step1 :算法初始化：設置算法參數，包括群體規模Np、最大迭代次數T、個體隨 機捜索數量Ni，淘汰幅度系數σ、跳躍闊值P;確定捜索待辨識參數的取值范圍為怔t，B。]， 具體kpE比p,min,kp,max]，比ki,max]，kjE比d,niin，kd,max]，TyiE， TyE ，良P Bl _ 表不水輪 機調節系統待辨識參數的最小值，Βυ=比p,mgx，ki,mgx，kd,mw Tyi,mgx，Ty,mgx，Km。,，e",m J表示水輪機調節系統待辨識參數的最大值。在解空間怔^BJ中隨機初始化群體中所有 個體的位置向量，個體位置向量表示為Xi=比P,ki,kd,Tyi,Ty,h",Tf,T。，ej,i= 1，. . .，Np，代 表一組控制參數。令當前迭代次數t= 0 ;St巧2:計算各個個體的目標函數值與=Λ:仏祐(義,的)，/ = 1，...，W,。過程如下：從 個體i位置向量Xi(t)解碼得到系統參數，其中口 =[《，1,,^，,^<,,，7'，,，7'^/;,,.7,'.，7>,,；|為位置向量， 將系統參數代入步驟（1)中水輪機調節系統仿真平臺，仿真得到系統狀態變量隨時間的變 化過程。得到導葉開度yt和機組頻率X。按照步驟（2)中目標函數得到個體i的目標函數 值巧。進一步，計算群體目標函數最小值，具有最小目標函數值的個體確定為當前最優個 體Xe(t); 陽01引St巧3:計算慣性向量餘?= 1，"..馬Step3. 1 :令個體捜索次數1 = 0 ; Step3.2:觀望一個位置Xf'u'W，計算Xf'w(0，：片1，Λ^,，； rand為（0，1)之間隨機數，eplay為觀望步長，εpiay= 0. 1 ·I|Bu-Bl|I; Step3. 3 :計算下一個當前位置義嚴(句陽0巧 rand為（0,1)之間隨機數，εstep為慣性步長，εstep= 0. 2 ·Mbu-BlM; 陽〇2；3]Step3. 4 :1 = 1+1，如果KNi，轉至Step3. 2 ;否貝ij，轉至Step4。Step4:計算每個個體受當前最優個體召喚向量㈱和1，…，馬； 陽0巧] 其中δi為中第i個個體與當前最優個體之間的距離向量，隨機數C1= 2 ·rand, C2= (2 ·rand-1) (1-t/T)，rand為（0,1)之間隨機數；由此可知C1為（0,2)之間的隨機 數，表示當前最優個體的號召力，當Ci〉l時，表示當前最優個體的影響力增強，反之減弱；C2 為動態隨機數，C2的隨機范圍由1線性遞減到0 ; Step5:按照個體位置更新公式更新個體位置： Step6:判斷個體是否需要被淘汰并重新初始化： Step6. 1 :如果第i個個體滿足公式則該個體被淘汰并重新初始化：陽〇巧其中，巧是t代種群所有個體目標函數值的平均值，胃是最小的目標函數值，ω是一個隨迭代次數而線性遞增的參數，?9 =σ·(2·^-1)，取值范圍為; 當前第1頁1 2 3 本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種水輪機調節系統參數辨識方法，其特征在于，所述方法包括如下步驟：步驟(1)：建立水輪機調節系統仿真模型，確定待辨識參數：所述的水輪機調節系統包括PID控制器、電液隨動系統、引水系統、水輪機、發電機及負載；在所述水輪機調節系統中，當頻率給定發生改變時，PID控制器根據機組頻率偏差產生調節控制信號驅動電液隨動系統，改變水輪機導葉開度，水輪機進口流量隨之發生改變，在水輪機導葉開度改變瞬間，引水系統中發生水錘現象，導致水輪機蝸殼壓力發生變化；水輪機進口流量和蝸殼壓力的變化，會使水輪機力矩發生改變，從而使水輪機力矩與發電機的負載阻力矩產生差值，發電機轉速隨之發生變化，轉速改變同步地調節了頻率大小，達到調節機組頻率的目的；需要辨識的參數向量為其中kp,ki,kd為PID控制器參數，Ty1和Ty為電液隨動系統的兩個時間常數，hw為引水管道特征常數，Tr為水錘反射時間常數，Ta為機組慣性時間常數，en為發電機與水輪機自調節系數之差；步驟(2)：采集水輪機調節系統動態過程數據：對水輪機調節系統進行頻率擾動試驗，采集系統動態過程數據，動態過程數據包括導葉開度yt，機組頻率x；步驟(3)：建立水輪機調節系統辨識目標函數：采用實際系統輸出與辨識系統輸出的加權誤差平方和作為參數辨識的目標函數，目標函數定義如下：min fWMSE(θ^)=Σk=1NsΣi=1swj(yj(k)-y^j(k))2]]>其中NS為系統輸出采樣點數，s為系統輸出個數，w＝[w1,w2]為權重，是待辨識參數，yj(k)∈{yt(k),x(k)}為實際系統輸出；y^(k)∈{y^t(k),x^(k)}]]>為辨識系統輸出；步驟(4)：運用啟發式優化算法求解水輪機調節系統參數辨識的目標函數，得到待辨識系統參數。...

【技術特征摘要】

【專利技術屬性】
技術研發人員：李超順，董偉，毛翼豐，張楠，羅萌，王文瀟，
申請(專利權)人：華中科技大學，
類型：發明
國別省市：湖北;42