水輪機調(diào)節(jié)系統(tǒng)精細化建模及調(diào)速器控制參數(shù)優(yōu)化研究.pdf

1、水電機組作為電力系統(tǒng)的重要組成部分，因其承擔著調(diào)峰調(diào)頻、旋轉(zhuǎn)備用、事故備用、負荷調(diào)整等關(guān)鍵任務，成為保障電網(wǎng)安全穩(wěn)定運行和高質(zhì)量供電的重要設(shè)備。由于水輪機調(diào)節(jié)系統(tǒng)是一個集水力、機械和電氣為一體，同時還具有非最小相位和參數(shù)時變特性的復雜非線性系統(tǒng)，使得系統(tǒng)模型建立和控制參數(shù)整定較為困難，開展水輪機調(diào)節(jié)系統(tǒng)精細化建模及調(diào)速器控制參數(shù)整定方法研究，顯著改善水電機組調(diào)節(jié)品質(zhì)，確保電網(wǎng)安全可靠運行已成為一個迫切需要解決的問題。為此，本文通過深入分

2、析水輪機調(diào)節(jié)系統(tǒng)特性，以真實水輪發(fā)電機組為對象，結(jié)合現(xiàn)場試驗和實測數(shù)據(jù)，采用模塊化建模方法建立了水輪機調(diào)節(jié)系統(tǒng)精細化模型；在此基礎(chǔ)上結(jié)合根軌跡法、智能優(yōu)化算法以及魯棒控制理論，進一步開展水輪機調(diào)速器控制參數(shù)整定方法研究，構(gòu)建了完整的調(diào)速器控制參數(shù)整定體系。本文工作對改善水輪機調(diào)節(jié)系統(tǒng)穩(wěn)定性、提高水電機組控制性能，具有重要的理論意義和顯著的工程應用價值。
　　本文主要研究工作和創(chuàng)新成果如下：
　?。?）分別從水機、電力和控制子

3、系統(tǒng)三個方面詳盡分析了水輪機調(diào)節(jié)系統(tǒng)特性，在MATLAB/SIMULINK仿真平臺上，以錦屏二級水電站7、8號機組為對象，構(gòu)建了水輪機調(diào)節(jié)系統(tǒng)精細化模型，并由此開展各個工況下的仿真研究，驗證了模型的有效性，為調(diào)速器控制參數(shù)整定研究奠定重要的模型基礎(chǔ)。
　?。?）分別運用D-分割法和狀態(tài)方程的系統(tǒng)矩陣特征值，對水輪機調(diào)節(jié)系統(tǒng)在孤網(wǎng)和并網(wǎng)模式下的穩(wěn)定性進行深入研究，通過分析總結(jié)系統(tǒng)穩(wěn)定區(qū)域在不同特征參數(shù)下的變化規(guī)律，揭示出各個特征參數(shù)

4、對系統(tǒng)穩(wěn)定性的影響，從而進一步理解和認識水輪機調(diào)節(jié)系統(tǒng)的穩(wěn)定特性，為控制參數(shù)整定問題提供重要的視角和切入點。
　?。?）針對水輪機調(diào)速器控制參數(shù)整定的研究需要，提出新型高效的約束優(yōu)化算法——基于粒子群優(yōu)化的增廣拉格朗日算法。該算法將粒子群優(yōu)化無縫銜接至增廣拉格朗日算法的內(nèi)循環(huán)中，利用其全局搜索能力確保懲罰函數(shù)一致收斂到最優(yōu)解；同時，基于種群的可行性信息提出了單調(diào)更新策略和局部優(yōu)化過程，有效改善了算法的收斂速度和精度。一系列基準函數(shù)

5、測試和工程應用實例驗證了該算法的可靠性和實用性，從而為調(diào)速器控制參數(shù)整定提供必要的數(shù)學工具。
　?。?）以系統(tǒng)線性模型為基礎(chǔ)，利用根軌跡法研究水輪機調(diào)速器控制參數(shù)的最優(yōu)整定方法。結(jié)合線性回歸和曲線擬合技術(shù)，通過理論推導提出最優(yōu)控制參數(shù)推薦值的一般表達式，可直接通過系統(tǒng)五大特征參數(shù)（水流慣性時間常數(shù)、機組慣性時間常數(shù)、接力器反應時間、永態(tài)轉(zhuǎn)差系數(shù)和發(fā)電機綜合自調(diào)節(jié)系數(shù)）計算最優(yōu)控制參數(shù)。由于特別考慮了執(zhí)行器的動態(tài)特性，使得該公式比經(jīng)

6、典推薦值更具實用性和通用性。
　?。?）在系統(tǒng)非線性模型的基礎(chǔ)上，研究基于無約束優(yōu)化的最優(yōu)調(diào)速器控制參數(shù)整定方法。通過確定時間乘以偏差絕對值積分指標作為目標函數(shù)，從而將最優(yōu)調(diào)速器整定問題轉(zhuǎn)化為無約束優(yōu)化問題，同時綜合人工魚群算法良好的全局搜索能力和蟻群優(yōu)化算法收斂精度高的特點，提出一種改進型人工魚群算法對優(yōu)化問題進行求解。該整定方法能夠在任意工況點對水輪機調(diào)速器進行最優(yōu)整定，使系統(tǒng)獲得優(yōu)異的動態(tài)品質(zhì)。
　?。?）針對水輪發(fā)電