水轮机调速系统的智能优化控制研究
发布时间：2021-11-15 08:58
水轮机调速系统作为水电站控制的核心,其控制性能的优劣将对电力系统的稳定性产生一定的影响同时也影响着电能的质量,但是由于在实际工况下存在着多种不确定因素,使得水轮机调速系统的建模和精准控制存在一定的困难,因此水轮机调速系统模型和控制方法的研究仍是目前需要研究的重点。本文首先在水轮机调速系统研究现状的基础上分析了水轮机调速系统各部分的结构,并建立了可以满足不同工况下的水轮机调速系统综合模型,以此为研究对象在MATLAB/Simulink上对其进行建模仿真。由于不同规模的水电站其正常运行时对频率的误差要求也不一样,通常大型水电站的频率误差要求范围一般是在?2.0HZ,而小型水电站对频率误差要求比较低通常只需控制在?5.0HZ范围内即可,但由于水电站调速系统存在极大的非线性、时变性,而常规的控制算法难以做到快速性和准确性之间的平衡,因此本文前后总共使用了三种智能控制算法对控制器的三个PID参数进行寻优。首先是改进蝙蝠算法,该算法通过引入惯性权重因子?赋予原蝙蝠算法记忆功能,算法前期给?赋予一个较大的值使算法全局搜索能力加大,后期接近目标的时候给?赋予一个较小的值放慢飞行速度以加强对局部范围的搜...
【文章来源】：江西理工大学江西省
【文章页数】：70 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
调速器的静态特性曲线
第二章水轮机调速系统建模分析10节参数之间通过不断的配合调整最终组合出一组最佳的PID调节控制参数使整个系统调控效果达到最佳，调速器动态特性曲线如图2.2所示[37]：图2.2调速器的动态特性曲线PID控制器三个环节当中的比例环节的主要功能是将系统的输入按一定的比例进行放大，在这一环节当中系统按照一定的单位阶跃响应进行输入，信号通过这一环节以后会有一个输出值，我们往往把这一环节之后的输出称作pk。积分环节表示输入信号经过这一环节时通过时间的不断累加产生的输出信号。微分环节，在现实生产当中微分环节往往可以用ssTklvd1/进行表示，当输入信号经过这一环节之后相当于该信号对自己本身进行微分。通过比例、积分、微分三个环节作用的叠加就可以得到PID调速控制器的单位动态阶跃相应曲线。三个环节如果相互配合得当可以很好的解决调速器对整个调速系统的稳定性控制问题。2.1.1调节器模型经过几十年的发展，水轮机调节器发展到现在已有很多种类，最常见的几种为：PI型调节器、串联型PID调节器、并联型PID调节器。三种类型当中，并联型PID调节器目前是市面上使用最广泛的一种，其控制规律可描述为：)()()(tgdtgitgpxxkxxkxxku(2.2)其中u表示控制器的输出，pk、ik、dk分别代表控制器的比例、积分、微分增益，gx代表机组输入转速，tx代表机组的输出转速。在实际生产应用当中，由于微分项对噪声过于敏感，为了减少微分项对噪声的敏感度，此时需对PID控制器结构进行变形，变形后的传递函数为：
第二章水轮机调速系统建模分析11skyybxxsTskskksyiPIDgptgcdiIDpP)())(1()((2.3)其中，cT代表控制器的微分时间常数，PIDy和(2.2)当中的u一样表示系统的输出，pb表示为系统的永态转差系数，gy为主接力器的开度给定，水轮机微机调速系统调节器的并联PID传递函数框图如下图2.3所示[38]：图2.3并联PID调节器传递函数框图2.1.2电液随动系统模型水电站发电原理是将水从高处下落产生的重力势能转化为水流运动过程中的动能对水轮机转轮进行不断冲击致使他旋转进一步产生旋转的机械能，再经机械液压系统放大元件放大经过发电机转化为电能。因此发电的前提条件是首先要给水流一定的重力势能以便下落过程中不断加速获得动能，所以通常水电站的水头会设置在一定高度，与汽轮机不同之处在于，在获得相同出力的情况下，水轮机所需的水流冲击量要比汽轮机的进气冲击量大几十倍到上百倍，要对这么大的水流冲击量进行控制，因此必须要在调速器当中设置一个足够大的执行元件。液压系统具有将弱小的电气信号进行放大的功能，以方便系统对信号进行识别。电液随动系统的传递函数框图如图2.4所示：图2.4电液随动系统传递函数框图图2.4中y1T为二级接力器的时间常数，一般来说这个时间常数要远比主接力器的时间常数小得多，所以通常在实际计算当中，二级接力器时间常数经常可以忽略不计，y
【参考文献】：
期刊论文
[1]带容量约束的供应链物流运输调度问题的双层变邻域蝙蝠算法[J]. 戚远航,蔡延光,蔡颢,杨亮,YAO Yeboah. 电子学报. 2019(07)
[2]基于改进蝙蝠算法的电力无线专网室内覆盖优化策略研究[J]. 郭丹丹,宋继高,王炫中,王昕,王艳茹. 供用电. 2019(06)
[3]总体矩阵法在水电站频率调节稳定性分析中的应用[J]. 马安婷,杨建东,杨威嘉,唐韧博,冯文涛,侯亮宇. 水利学报. 2019(02)
[4]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[J]. 史华勃,陈刚,丁理杰,韩晓言,张宇栋,陈振,张华,刘畅. 电网技术. 2019(01)
[5]水轮机调速器参数对电力系统超低频振荡的影响[J]. 邓伟,王德林,魏蒙希,周鑫,吴水军,和鹏,康积涛. 电网技术. 2019(04)
[6]基于模糊神经网络PID的串级温度控制系统研究[J]. 刘辉,吴云洁,刘旺开,时志国. 兵工自动化. 2018(08)
[7]大型水电站并网运行方式与水力干扰分析研究[J]. 孙心洲,张超,刁雪芬. 电网与清洁能源. 2018(07)
[8]基于实测试验数据的水轮发电机调速器动态参数抗差分步辨识研究[J]. 岳雷,薛安成,徐飞阳,毕天姝,杨奇逊,严剑峰,李柏青. 中国电机工程学报. 2018(11)
[9]模糊神经网络PID在PLC温度控制系统中的应用研究[J]. 卢勇威. 科技通报. 2018(01)
[10]孤网下水轮机PID调速器抗速度饱和研究[J]. 门闯社,南海鹏,关欣,廖伟丽. 农业工程学报. 2017(21)
硕士论文
[1]水轮发电及其调速器的参数辨识以及控制策略研究[D]. 谢子骏.福州大学 2018
[2]基于改进蚁群算法的水轮机调节系统建模与仿真[D]. 李崇威.华中科技大学 2011
本文编号：3496458
【文章来源】：江西理工大学江西省
【文章页数】：70 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
调速器的静态特性曲线
第二章水轮机调速系统建模分析10节参数之间通过不断的配合调整最终组合出一组最佳的PID调节控制参数使整个系统调控效果达到最佳，调速器动态特性曲线如图2.2所示[37]：图2.2调速器的动态特性曲线PID控制器三个环节当中的比例环节的主要功能是将系统的输入按一定的比例进行放大，在这一环节当中系统按照一定的单位阶跃响应进行输入，信号通过这一环节以后会有一个输出值，我们往往把这一环节之后的输出称作pk。积分环节表示输入信号经过这一环节时通过时间的不断累加产生的输出信号。微分环节，在现实生产当中微分环节往往可以用ssTklvd1/进行表示，当输入信号经过这一环节之后相当于该信号对自己本身进行微分。通过比例、积分、微分三个环节作用的叠加就可以得到PID调速控制器的单位动态阶跃相应曲线。三个环节如果相互配合得当可以很好的解决调速器对整个调速系统的稳定性控制问题。2.1.1调节器模型经过几十年的发展，水轮机调节器发展到现在已有很多种类，最常见的几种为：PI型调节器、串联型PID调节器、并联型PID调节器。三种类型当中，并联型PID调节器目前是市面上使用最广泛的一种，其控制规律可描述为：)()()(tgdtgitgpxxkxxkxxku(2.2)其中u表示控制器的输出，pk、ik、dk分别代表控制器的比例、积分、微分增益，gx代表机组输入转速，tx代表机组的输出转速。在实际生产应用当中，由于微分项对噪声过于敏感，为了减少微分项对噪声的敏感度，此时需对PID控制器结构进行变形，变形后的传递函数为：
第二章水轮机调速系统建模分析11skyybxxsTskskksyiPIDgptgcdiIDpP)())(1()((2.3)其中，cT代表控制器的微分时间常数，PIDy和(2.2)当中的u一样表示系统的输出，pb表示为系统的永态转差系数，gy为主接力器的开度给定，水轮机微机调速系统调节器的并联PID传递函数框图如下图2.3所示[38]：图2.3并联PID调节器传递函数框图2.1.2电液随动系统模型水电站发电原理是将水从高处下落产生的重力势能转化为水流运动过程中的动能对水轮机转轮进行不断冲击致使他旋转进一步产生旋转的机械能，再经机械液压系统放大元件放大经过发电机转化为电能。因此发电的前提条件是首先要给水流一定的重力势能以便下落过程中不断加速获得动能，所以通常水电站的水头会设置在一定高度，与汽轮机不同之处在于，在获得相同出力的情况下，水轮机所需的水流冲击量要比汽轮机的进气冲击量大几十倍到上百倍，要对这么大的水流冲击量进行控制，因此必须要在调速器当中设置一个足够大的执行元件。液压系统具有将弱小的电气信号进行放大的功能，以方便系统对信号进行识别。电液随动系统的传递函数框图如图2.4所示：图2.4电液随动系统传递函数框图图2.4中y1T为二级接力器的时间常数，一般来说这个时间常数要远比主接力器的时间常数小得多，所以通常在实际计算当中，二级接力器时间常数经常可以忽略不计，y
【参考文献】：
期刊论文
[1]带容量约束的供应链物流运输调度问题的双层变邻域蝙蝠算法[J]. 戚远航,蔡延光,蔡颢,杨亮,YAO Yeboah. 电子学报. 2019(07)
[2]基于改进蝙蝠算法的电力无线专网室内覆盖优化策略研究[J]. 郭丹丹,宋继高,王炫中,王昕,王艳茹. 供用电. 2019(06)
[3]总体矩阵法在水电站频率调节稳定性分析中的应用[J]. 马安婷,杨建东,杨威嘉,唐韧博,冯文涛,侯亮宇. 水利学报. 2019(02)
[4]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[J]. 史华勃,陈刚,丁理杰,韩晓言,张宇栋,陈振,张华,刘畅. 电网技术. 2019(01)
[5]水轮机调速器参数对电力系统超低频振荡的影响[J]. 邓伟,王德林,魏蒙希,周鑫,吴水军,和鹏,康积涛. 电网技术. 2019(04)
[6]基于模糊神经网络PID的串级温度控制系统研究[J]. 刘辉,吴云洁,刘旺开,时志国. 兵工自动化. 2018(08)
[7]大型水电站并网运行方式与水力干扰分析研究[J]. 孙心洲,张超,刁雪芬. 电网与清洁能源. 2018(07)
[8]基于实测试验数据的水轮发电机调速器动态参数抗差分步辨识研究[J]. 岳雷,薛安成,徐飞阳,毕天姝,杨奇逊,严剑峰,李柏青. 中国电机工程学报. 2018(11)
[9]模糊神经网络PID在PLC温度控制系统中的应用研究[J]. 卢勇威. 科技通报. 2018(01)
[10]孤网下水轮机PID调速器抗速度饱和研究[J]. 门闯社,南海鹏,关欣,廖伟丽. 农业工程学报. 2017(21)
硕士论文
[1]水轮发电及其调速器的参数辨识以及控制策略研究[D]. 谢子骏.福州大学 2018
[2]基于改进蚁群算法的水轮机调节系统建模与仿真[D]. 李崇威.华中科技大学 2011
本文编号：3496458
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