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

1、水電機(jī)組作為電力系統(tǒng)的重要組成部分，因其承擔(dān)著調(diào)峰調(diào)頻、旋轉(zhuǎn)備用、事故備用、負(fù)荷調(diào)整等關(guān)鍵任務(wù)，成為保障電網(wǎng)安全穩(wěn)定運(yùn)行和高質(zhì)量供電的重要設(shè)備。由于水輪機(jī)調(diào)節(jié)系統(tǒng)是一個(gè)集水力、機(jī)械和電氣為一體，同時(shí)還具有非最小相位和參數(shù)時(shí)變特性的復(fù)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(jī)調(diào)節(jié)系統(tǒng)精細(xì)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(jī)組調(diào)節(jié)品質(zhì)，確保電網(wǎng)安全可靠運(yùn)行已成為一個(gè)迫切需要解決的問(wèn)題。為此，本文通過(guò)深入分

2、析水輪機(jī)調(diào)節(jié)系統(tǒng)特性，以真實(shí)水輪發(fā)電機(jī)組為對(duì)象，結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)和實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)，采用模塊化建模方法建立了水輪機(jī)調(diào)節(jié)系統(tǒng)精細(xì)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(jìn)一步開展水輪機(jī)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(duì)改善水輪機(jī)調(diào)節(jié)系統(tǒng)穩(wěn)定性、提高水電機(jī)組控制性能，具有重要的理論意義和顯著的工程應(yīng)用價(jià)值。
　　本文主要研究工作和創(chuàng)新成果如下：
　?。?）分別從水機(jī)、電力和控制子

3、系統(tǒng)三個(gè)方面詳盡分析了水輪機(jī)調(diào)節(jié)系統(tǒng)特性，在MATLAB/SIMULINK仿真平臺(tái)上，以錦屏二級(jí)水電站7、8號(hào)機(jī)組為對(duì)象，構(gòu)建了水輪機(jī)調(diào)節(jié)系統(tǒng)精細(xì)化模型，并由此開展各個(gè)工況下的仿真研究，驗(yàn)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(yùn)用D-分割法和狀態(tài)方程的系統(tǒng)矩陣特征值，對(duì)水輪機(jī)調(diào)節(jié)系統(tǒng)在孤網(wǎng)和并網(wǎng)模式下的穩(wěn)定性進(jìn)行深入研究，通過(guò)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(gè)特征參數(shù)

4、對(duì)系統(tǒng)穩(wěn)定性的影響，從而進(jìn)一步理解和認(rèn)識(shí)水輪機(jī)調(diào)節(jié)系統(tǒng)的穩(wěn)定特性，為控制參數(shù)整定問(wèn)題提供重要的視角和切入點(diǎn)。
　　（3）針對(duì)水輪機(jī)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(wú)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(shí)，基于種群的可行性信息提出了單調(diào)更新策略和局部?jī)?yōu)化過(guò)程，有效改善了算法的收斂速度和精度。一系列基準(zhǔn)函數(shù)

5、測(cè)試和工程應(yīng)用實(shí)例驗(yàn)證了該算法的可靠性和實(shí)用性，從而為調(diào)速器控制參數(shù)整定提供必要的數(shù)學(xué)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(jī)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(guò)理論推導(dǎo)提出最優(yōu)控制參數(shù)推薦值的一般表達(dá)式，可直接通過(guò)系統(tǒng)五大特征參數(shù)（水流慣性時(shí)間常數(shù)、機(jī)組慣性時(shí)間常數(shù)、接力器反應(yīng)時(shí)間、永態(tài)轉(zhuǎn)差系數(shù)和發(fā)電機(jī)綜合自調(diào)節(jié)系數(shù)）計(jì)算最優(yōu)控制參數(shù)。由于特別考慮了執(zhí)行器的動(dòng)態(tài)特性，使得該公式比經(jīng)

6、典推薦值更具實(shí)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(wú)約束優(yōu)化的最優(yōu)調(diào)速器控制參數(shù)整定方法。通過(guò)確定時(shí)間乘以偏差絕對(duì)值積分指標(biāo)作為目標(biāo)函數(shù)，從而將最優(yōu)調(diào)速器整定問(wèn)題轉(zhuǎn)化為無(wú)約束優(yōu)化問(wèn)題，同時(shí)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(diǎn)，提出一種改進(jìn)型人工魚群算法對(duì)優(yōu)化問(wèn)題進(jìn)行求解。該整定方法能夠在任意工況點(diǎn)對(duì)水輪機(jī)調(diào)速器進(jìn)行最優(yōu)整定，使系統(tǒng)獲得優(yōu)異的動(dòng)態(tài)品質(zhì)。
　　（6）針對(duì)水輪發(fā)電