一种水轮机调节系统的参数辨识方法技术方案

本发明专利技术公开了一种水轮机调节系统的参数辨识方法，用于在水轮机调节系统中对系统参数进行有效辨识。根据水轮机调节系统建立仿真模型，然后依据该仿真模型建立采用实际系统输出与辨识系统输出的加权误差平方和作为参数辨识的目标函数，运用本发明专利技术设计的优选方法求解目标函数得到最优控制参数。本发明专利技术设计的水轮机调节系统参数辨识方法，采用一种新型启发式优化算法优化目标函数，可以搜索到更小的目标函数值，能得到更精确的辨识参数。更精确的辨识参数使得对应的辨识系统与实际系统输出吻合较好。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于电力系统参数优化
，更具体地，设及一种水轮机调节系统参 数辨识方法。
技术介绍
水轮机调节系统是水轮发电机组的重要组成部分，其主要任务是根据负荷的变 化，调节机组的频率和出力。参数辨识是一种适用于模型结构已知而具体参数未知系统的 重要的建模方法，其原理是：采集系统动态过程输出数据并建立系统的仿真模型，通过一 定方法来确定一组参数值，使得由模型计算得到的仿真系统响应输出能最好地拟合实际系 统。由于实际运行中，水轮机调节系统的模型参数往往偏离典型工况参数，根据现场采集的 数据进行调节系统参数辨识动态获得系统模型是一项非常重要的工作。 近年来有人提出将启发式优化算法用于水轮机调节系统的参数辨识。粒子群优 化算法（particleswarmoptimization，PSO)和弓| 力捜索算法（gravitationalsearch algorithm,GSA)等算法已经被应用于水轮机调节系统的参数辨识。由于PSO、GSA等传统 优化方法存在早熟、易陷入局部极值等不足，使得应用运些算法在水轮机调节系统参数辨 识过程中，可能无法捜索到全局最优值。
技术实现思路
针对传统方法的不足，本专利技术提出了一种基于新型启发式优化算法的水轮机调节 系统参数辨识方法，可W有效辨识出系统参数，具有很好的实用价值。 为了实现上述目的，本专利技术提供了一种水轮机调节系统参数辨识方法，包括如下 步骤： 步骤（1):建立水轮机调节系统仿真模型，水轮机调节系统如图1所示。水轮机调 节系统一般由PID控制器、电液随动系统、引水系统与水轮机、发电机及负载组成。具体的， 水轮机调节系统是一个典型的反馈控制系统，当频率给定发生改变时，PID控制器根据机组 频率偏差产生调节控制信号驱动电液随动系统，改变水轮机导叶开度，水轮机进口流量随 之发生改变，在水轮机导叶开度改变瞬间，引水系统中往往发生水键现象，导致水轮机蜗壳 压力发生变化；水轮机进口流量和蜗壳压力的变化，会使水轮机力矩发生改变，从而使水轮 机力矩与发电机的负载阻力矩产生差值，发电机转速随之发生变化，转速改变同步地调节 了频率大小，达到调节机组频率的目的。 由于在实际生产中，不同水电站所采用的水轮机调节系统各组成部分结构不尽相 同，本专利技术W图2所示系统结构图为例来说明水轮机调节系统模型结构。所述的水轮机调 节主要任务是对水电机组维持频率和出力进行调节。图2中C为频率扰动信号，kp，ki，kd为 PID控制器参数，Tyi和Ty为电液随动系统的两个时间常数，yt为导叶开度，mt为水轮机力 矩，nig。为负荷扰动，T。为机组惯性时间常数，e。为发电机与水轮机自调节系数之差，X为机 组频率，q为流量，h为水头；Tf为水键反射时间常数；为引水管道特征常数；ey、eh分别为 水轮机力矩对导叶开度和水头的传递系数；eqh、eqy分别为水轮机流量对导叶开度和水头的 传递系数。仿真系统中变量用偏差相对值表示。实际水轮机调节系统在运行中需要辨识的 参数为0 = [、.，k,，k,,，T、、，T,、h、、，T,.，T,,，e,y' 步骤（2):采集实际水轮机调节系统动态过程数据。对系统进行频率扰动试验，采 集系统动态过程数据，动态过程数据包括一些关键环节输出，即导叶开度yt，机组频率X; 步骤（3):水轮机调节系统参数辨识目标函数。采用实际系统输出与仿真模型输 出的加权误差平方和作为参数辨识的目标函数。目标函数定义如下：W11]其中Ns为系统输出采样点数，S为系统输出个数，w= 为权重， 0 = 是待辨识参数。在相同系统输入下，实际系统输出为 Yi化）e扔化)，x化)}，辨识系统输出为化(Α-)，?(&)}。其中，是系统待辨 识参数的函数，当待辨识参数I:发生变化时，利用步骤（1)建立的仿真系统得到两个系统 输出，即两组输出曲线，用离散序列表示为，仁1，...八，计算对应的目标函数 值，通过极小化目标函数，即可得到系统待辨识参数； 步骤（4):运用启发式优化算法求解水轮机调节系统参数辨识的目标函数，得到 待辨识系统参数。辨识步骤如下： step1 :算法初始化：设置算法参数，包括群体规模Np、最大迭代次数T、个体随 机捜索数量Ni，淘汰幅度系数σ、跳跃阔值P;确定捜索待辨识参数的取值范围为怔t，B。]， 具体kpE比p,min,kp,max]，比ki,max]，kjE比d,niin，kd,max]，TyiE， TyE ，良P Bl _ 表不水轮 机调节系统待辨识参数的最小值，Βυ=比p,mgx，ki,mgx，kd,mw Tyi,mgx，Ty,mgx，Km。,，e",m J表示水轮机调节系统待辨识参数的最大值。在解空间怔^BJ中随机初始化群体中所有 个体的位置向量，个体位置向量表示为Xi=比P,ki,kd,Tyi,Ty,h",Tf,T。，ej,i= 1，. . .，Np，代 表一组控制参数。令当前迭代次数t= 0 ;St巧2:计算各个个体的目标函数值与=Λ:仏祐(义,的)，/ = 1，...，W,。过程如下：从 个体i位置向量Xi(t)解码得到系统参数，其中口 =[《，1,,^，,^<,,，7'，,，7'^/;,,.7,'.，7>,,；|为位置向量， 将系统参数代入步骤（1)中水轮机调节系统仿真平台，仿真得到系统状态变量随时间的变 化过程。得到导叶开度yt和机组频率X。按照步骤（2)中目标函数得到个体i的目标函数 值巧。进一步，计算群体目标函数最小值，具有最小目标函数值的个体确定为当前最优个 体Xe(t); 阳01引St巧3:计算惯性向量餘?= 1，"..馬Step3. 1 :令个体捜索次数1 = 0 ; Step3.2:观望一个位置Xf'u'W，计算Xf'w(0，：片1，Λ^,，； rand为（0，1)之间随机数，eplay为观望步长，εpiay= 0. 1 ·I|Bu-Bl|I; Step3. 3 :计算下一个当前位置义严(句阳0巧 rand为（0,1)之间随机数，εstep为惯性步长，εstep= 0. 2 ·Mbu-BlM; 阳〇2；3]Step3. 4 :1 = 1+1，如果KNi，转至Step3. 2 ;否贝ij，转至Step4。Step4:计算每个个体受当前最优个体召唤向量㈱和1，…，馬； 阳0巧] 其中δi为中第i个个体与当前最优个体之间的距离向量，随机数C1= 2 ·rand, C2= (2 ·rand-1) (1-t/T)，rand为（0,1)之间随机数；由此可知C1为（0,2)之间的随机 数，表示当前最优个体的号召力，当Ci〉l时，表示当前最优个体的影响力增强，反之减弱；C2 为动态随机数，C2的随机范围由1线性递减到0 ; Step5:按照个体位置更新公式更新个体位置： Step6:判断个体是否需要被淘汰并重新初始化： Step6. 1 :如果第i个个体满足公式则该个体被淘汰并重新初始化：阳〇巧其中，巧是t代种群所有个体目标函数值的平均值，胃是最小的目标函数值，ω是一个随迭代次数而线性递增的参数，?9 =σ·(2·^-1)，取值范围为; 当前第1页1 2 3 本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种水轮机调节系统参数辨识方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：步骤(1)：建立水轮机调节系统仿真模型，确定待辨识参数：所述的水轮机调节系统包括PID控制器、电液随动系统、引水系统、水轮机、发电机及负载；在所述水轮机调节系统中，当频率给定发生改变时，PID控制器根据机组频率偏差产生调节控制信号驱动电液随动系统，改变水轮机导叶开度，水轮机进口流量随之发生改变，在水轮机导叶开度改变瞬间，引水系统中发生水锤现象，导致水轮机蜗壳压力发生变化；水轮机进口流量和蜗壳压力的变化，会使水轮机力矩发生改变，从而使水轮机力矩与发电机的负载阻力矩产生差值，发电机转速随之发生变化，转速改变同步地调节了频率大小，达到调节机组频率的目的；需要辨识的参数向量为其中kp,ki,kd为PID控制器参数，Ty1和Ty为电液随动系统的两个时间常数，hw为引水管道特征常数，Tr为水锤反射时间常数，Ta为机组惯性时间常数，en为发电机与水轮机自调节系数之差；步骤(2)：采集水轮机调节系统动态过程数据：对水轮机调节系统进行频率扰动试验，采集系统动态过程数据，动态过程数据包括导叶开度yt，机组频率x；步骤(3)：建立水轮机调节系统辨识目标函数：采用实际系统输出与辨识系统输出的加权误差平方和作为参数辨识的目标函数，目标函数定义如下：min fWMSE(θ^)=Σk=1NsΣi=1swj(yj(k)-y^j(k))2]]>其中NS为系统输出采样点数，s为系统输出个数，w＝[w1,w2]为权重，是待辨识参数，yj(k)∈{yt(k),x(k)}为实际系统输出；y^(k)∈{y^t(k),x^(k)}]]>为辨识系统输出；步骤(4)：运用启发式优化算法求解水轮机调节系统参数辨识的目标函数，得到待辨识系统参数。...

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：李超顺，董伟，毛翼丰，张楠，罗萌，王文潇，
申请(专利权)人：华中科技大学，
类型：发明
国别省市：湖北;42