本发明专利技术公开了一种基于刚性水轮机模型的线性自抗扰控制方法及系统，该方法包括：对当前刚性水轮机调节系统模块化分析，建立刚性水轮机模型；基于刚性水轮机模型及坐标变换，将刚性水轮机模型转换为积分串联型标准模型；将水轮机调节系统中包括内扰、外扰、主配压阀时滞、导叶机械时滞在内的不可控因素作为总扰动，分别设计线性自抗扰控制系统的跟踪微分器、扩张状态观测器、状态误差反馈控制律；考虑主配压阀时滞、导叶机械时滞、负荷波动、引水系统波动，对水轮机调节系统进行仿真试验。本发明专利技术可以改善刚性水轮机调节系统的控制效果，提高负荷频率控制精度，抑制由主配时延、负荷波动、引水系统波动造成的调频性能下降，提高系统稳定性。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及水轮机调节技术，具体涉及一种基于刚性水轮机模型的线性自抗扰控制方法及系统。
技术介绍
1、为了保障电网运行安全、优化电网结构、解决长链式电网结构风险、阻断暂态能力传递、提高清洁能源外送能力，部分区域和省级电网与大电网的交流互联网运行转向通过直流异步联网运行。异步联网方式下，尤其是西南电网这种本来电网惯性比较小的地区，直接减小为原来西南-华中-华北联网方式下的1/6，并具备水电装机容量高占比、直流大规模外送特性，其频率调节特性发生了显著变化，抵御大功率扰动能力大幅下降，频率稳定问题较为突出。
2、异步联网运行后，频率调节要求比华中同步联网运行时期更为严苛，主要是因为电网特性发生了如下改变：电网惯量相当于联网运行时期的1/6，面对小扰动可能产生较大的频率波动，对频率调节的要求更高；为了抑制超低频振荡，各电厂缩小了调速器的主要控制参数，牺牲了部分一次调频能力；具有复杂的交直流混联特性，“强直弱交”特征显著，外送直流额定功率达到全网高峰负荷的50％，对各区域联络线功率稳定的控制要求高，对大功率缺失故障后恢复能力提出了更高要求；水电高占比区域各级调度控制之间，若缺乏有效协调控制，极易导致各区域反向调节，引发频率大幅波动。
3、针对水轮机调节系统存在机械延迟、水锤效应等因素，以及刚性水轮机调节系统各环节的时变非线性特性，传统的pid控制器在水电厂调频控制策略方面，很难改善其控制品质，容易产生超调量大、摆动时间长、波动频繁以及调节“迟钝”等现象。
技术实现思路
<
p>1、专利技术目的：本专利技术的目的在于提供一种基于刚性水轮机模型的线性自抗扰控制方法及系统，该方案能够解决传统的pid控制器在水电厂调频控制策略方面，很难改善其控制品质，容易产生超调量大、摆动时间长、波动频繁以及调节“迟钝”等现象的问题。2、技术方案：本专利技术的一种基于刚性水轮机模型的线性自抗扰控制方法，包括以下步骤：
3、对当前刚性水轮机调节系统进行模块化分析，建立小波动情况下水轮机调节系统的刚性水轮机模型；
4、基于刚性水轮机模型及坐标变换，将刚性水轮机模型转换为线性自抗扰控制的积分串联型标准模型；
5、将水轮机调节系统中包括内扰、外扰、主配压阀时滞、导叶机械时滞在内的不可控因素作为总扰动，分别设计线性自抗扰控制系统的跟踪微分器、扩张状态观测器、状态误差反馈控制律；
6、考虑主配压阀时滞、导叶机械时滞、负荷波动、引水系统波动，对水轮机调节系统进行仿真试验。
7、进一步的，对当前水轮机调节系统进行模块化分析，建立小波动情况下水轮机调节系统的刚性水轮机模型，包括以下步骤：
8、对当前水轮机调节系统进行模块化分析，将水轮机调节系统划分为压力引水管道系统、液压伺服系统、水轮机系统和发电机系统；
9、对压力引水管道系统、液压伺服系统、水轮机系统和发电机系统分别建立数学模型的传递函数，之后对压力引水管道系统、液压伺服系统、水轮机系统和发电机系统进行整合，建立小波动情况下水轮机调节系统的刚性水轮机模型。
10、进一步的，所述刚性水轮机模型的计算公式如下：
11、
12、刚性水轮机调节系统的状态空间方程为：
13、
14、式中：ty表示接力器反应时间常数，ey表示水轮机力矩对导叶开度的传递系数，eh表示水轮机力矩对水头的传递系数，ex表示发电机自调节系数，eg表示水轮机自调节系数，eqy表示水轮机流量对导叶开度的传递系数，eqh表示水轮机流量对水头的传递系数，eqx表示水轮机流量对转速的传递，tw表示水流惯性时间常数，tab表示机组和负载的惯性时间常数，τ表示机械时滞，h表示引水系统水头的相对偏差值，x表示发电机转速的相对偏差值，y表示导叶开度的相对偏差值，mg0表示负荷的扰动力矩，u表示调速器控制输入。
15、进一步的，将刚性水轮机模型转换为自抗扰控制的积分串联型标准模型，包括以下：
16、确定积分串联型标准模型中二阶模型的三个状态，具体为：
17、
18、基于自抗扰控制理论的坐标变换方法，式(3)的状态空间方程如下：
19、
20、其中，
21、
22、令不确定项a(t)＝f(x1，x2，x3，t)，将该不确定项看做系统总扰动，系统转化为线性自抗扰控制的积分串联型标准模型，如下：
23、
24、进一步的，所述跟踪微分器的设计如下：
25、
26、其中fhan＝(x1，x2，x3，r0，h0)为最速综合函数，x1，x2为系统状态，r0，h0为函数控制参数。
27、进一步的，所述扩张状态观测器的设计如下：
28、
29、其中，z1，z2，z3为扩张状态观测器的输出状态观测信号；a，δ为非线性fal函数的系数；β01，β02，β03为扩张状态观测器的增益系数；ε1为观测信号和输出信号的误差信号。
30、进一步的，所述状态误差反馈控制律的设计如下：
31、
32、控制量设计如下：
33、
34、其中，kp表示比例系数；ki表示积分系数；kd表示微分系数；v1表示给定输入信号的跟踪信号；v2表示给定输入信号的跟踪微分信号；u0表示控制器输入控制增益；z3表示观测器输出的系统总扰动；b0表示反馈补偿因子。
35、基于相同的专利技术构思，本专利技术的一种基于刚性水轮机模型的线性自抗扰控制系统，包括：
36、刚性水轮机模型构建模块，用于对当前水轮机调节系统进行模块化分析，建立小波动情况下水轮机调节系统的刚性水轮机模型；
37、积分串联型标准模型构建模块，用于基于刚性水轮机模型及坐标变换，将刚性水轮机模型转换为线性自抗扰控制的积分串联型标准模型；
38、线性自抗扰控制系统确定模块，用于将水轮机调节系统中包括内扰、外扰、主配压阀时滞、导叶机械时滞在内的不可控因素作为总扰动，分别设计线性自抗扰控制系统的跟踪微分器、扩张状态观测器、状态误差反馈控制律；
39、仿真模块，用于考虑主配压阀时滞、导叶机械时滞、负荷波动、引水系统波动，对水轮机调节系统进行仿真试验。
40、基于相同的专利技术构思，本专利技术的一种基于刚性水轮机模型的线性自抗扰控制设备，包括处理器和存储器，所述存储器中存储有计算机指令，所述处理器用于执行所述存储器中存储的计算机指令，当所述计算机指令被处理器执行时该电子设备实现如上述基于刚性水轮机模型的线性自抗扰控制方法的步骤。
41、基于相同的专利技术构思，本专利技术的一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有计算机程序，该程序被处理器执行时，实现如上述基于刚性水轮机模型的线性自抗扰控制方法的步骤。
42、有益效果：与现有技术相比，本专利技术的显著技术效果为：
43、(1)本专利技术的技术方本文档来自技高网
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【技术保护点】
1.一种基于刚性水轮机模型的线性自抗扰控制方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的基于刚性水轮机模型的线性自抗扰控制方法，其特征在于，对当前水轮机调节系统进行模块化分析，建立小波动情况下水轮机调节系统的刚性水轮机模型，包括以下步骤：
3.根据权利要求2所述的基于刚性水轮机模型的线性自抗扰控制方法，其特征在于，所述刚性水轮机模型的计算公式如下：
4.根据权利要求1所述的基于刚性水轮机模型的线性自抗扰控制方法，其特征在于，将刚性水轮机模型转换为线性自抗扰控制的积分串联型标准模型，包括以下：
5.根据权利要求1所述的基于刚性水轮机模型的线性自抗扰控制方法，其特征在于，所述跟踪微分器的设计如下：
6.根据权利要求1所述的基于刚性水轮机模型的线性自抗扰控制方法，其特征在于，所述扩张状态观测器的设计如下：
7.根据权利要求1所述的基于刚性水轮机模型的线性自抗扰控制方法，其特征在于，所述状态误差反馈控制律的设计如下：
8.一种基于刚性水轮机模型的线性自抗扰控制系统，其特征在于，包括：
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p>9.一种基于刚性水轮机模型的线性自抗扰控制设备，其特征在于，包括处理器和存储器，所述存储器中存储有计算机指令，所述处理器用于执行所述存储器中存储的计算机指令，当所述计算机指令被处理器执行时该电子设备实现如权利要求1至7中任意一项所述基于刚性水轮机模型的线性自抗扰控制方法的步骤。10.一种计算机可读存储介质，其特征在于，所述计算机可读存储介质存储有计算机程序，该程序被处理器执行时，实现如权利要求1至7中任意一项所述基于刚性水轮机模型的线性自抗扰控制方法的步骤。
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【技术特征摘要】
1.一种基于刚性水轮机模型的线性自抗扰控制方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的基于刚性水轮机模型的线性自抗扰控制方法，其特征在于，对当前水轮机调节系统进行模块化分析，建立小波动情况下水轮机调节系统的刚性水轮机模型，包括以下步骤：
3.根据权利要求2所述的基于刚性水轮机模型的线性自抗扰控制方法，其特征在于，所述刚性水轮机模型的计算公式如下：
4.根据权利要求1所述的基于刚性水轮机模型的线性自抗扰控制方法，其特征在于，将刚性水轮机模型转换为线性自抗扰控制的积分串联型标准模型，包括以下：
5.根据权利要求1所述的基于刚性水轮机模型的线性自抗扰控制方法，其特征在于，所述跟踪微分器的设计如下：
6.根据权利要求1所述的基于刚性水轮机模型的线性自抗扰控制方法，...
【专利技术属性】
技术研发人员：于红岩，查荣瑞，王新永，闫明，陈超，江磊，蔡卫江，孙尔军，李建华，何林波，初云鹏，
申请(专利权)人：南京南瑞水利水电科技有限公司，
类型：发明
国别省市：
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