兼顾一次调频和超低频振荡抑制的调速器参数优化方法

1.兼顾一次调频和超低频振荡抑制的调速器PID参数优化方法，其特征在于：包括以下操作步骤：建立包含水轮机调速器、原动机、发电机的单机模型，将所建立的单机模型并入无穷大系统，形成单机无穷大系统；定义调速器一次调频性能的指标函数J 1 (K)J 1 (K)＝k 3 T 0.9 +k 4 T s +k 5 P fp (1)式中，J 1 (K)表示在PID参数向量K＝[K p ,K i ,K d ]取值下一次调频指标函数；T 0.9 表示自频差超出一次调频死区开始至被优化机组有功功率达到90％目标值的上升时间，T s 表示自频差超出一次调频死区开始至被优化机组有功功率达到稳定所经历的时间，P fp 表示反调功率，k 3 表示上升时间权重系数，k 4 表示稳定时间权重系数，k 5 表示反调功率权重系数；定义调速器抑制超低频振荡能力阻尼水平指标函数J 2 (K)式中，D(f)为调速器和原动机组成的开环系统G 开环 的阻尼系数代数和；定义抑制超低频振荡的调速器PID参数优化综合目标函数J(K)J(K)＝k 1 J 1 (K)+k 2 J 2 (K) (3)式中，k 1 、k 2 分别是衡量调速器一次调频性能和阻尼水平指标的权重系数，采用优化算法对水轮机调速器PID参数进行优化，获得最优的PID参数，使得综合目标函数J(K)最小。 2.根据权利要求1所述的兼顾一次调频和超低频振荡抑制的调速器PID参数优化方法，其特征在于：设置水轮机调速器PID控制器参数K * ，K * ＝argminJ(K) (4)。 3.根据权利要求1所述的兼顾一次调频和超低频振荡抑制的调速器PID参数优化方法，其特征在于：定义调速器和原动机组成的开环系统G 开环 的阻尼系数代数和D(f)，式中，f min 、f max 分别为调速器阻尼系数所在频带的下限、上限，D G (f)为调速器和原动机组成的系统中在各频率下的阻尼系数。 4.根据权利要求3所述的兼顾一次调频和超低频振荡抑制的调速器PID参数优化方法，其特征在于：所述式(5)中f min 、f max 选取方法为：f max 取0.1Hz，f min 的确定方法为：式(2)中取值0—0.2Hz获得阻尼曲线，采用曲线拟合方式获得阻尼曲线的解析表达式，当D G (f)＝0时，阻尼曲线的解析表达式与横轴交点处的频率即为f min 。 5.根据权利要求1所述的兼顾一次调频和超低频振荡抑制的调速器PID参数优化方法，其特征在于：设置一次调频上升时间和稳定时间上限，当一次调频响应时间超过T 0.9max ＝35s，T smax ＝50s，采用罚函数定义J 1 (K)，其中，Δ为惩罚量。 6.根据权利要求1所述的兼顾一次调频和超低频振荡抑制的调速器PID参数优化方法，其特征在于：分别建立调速器、原动机的开环传递函数G 调速 、G 水轮机 ；获得原动机输出机械功率ΔP m 和调速器输入频率偏差Δω之间的开环传递函数G 开环 7.根据权利要求6所述的兼顾一次调频和超低频振荡抑制的调速器PID参数优化方法，其特征在于：根据式(7)计算得到的开环传递函数中的微分算子s用jω替换，计算转矩T，在Δδ-Δω坐标系中将该转矩分解，位于Δω轴的分量即为调速器的阻尼参数D。 8.根据权利要求1所述的兼顾一次调频和超低频振荡抑制的调速器PID参数优化方法，其特征在于：采用优化算法对水轮机调速器PID参数进行优化，获得最优PID参数；读取待优化参数的调速器模型和除PID之外的调速器参数、原动机以及发电机参数；对调速器PID参数进行初始化，确定衡量调速器一次调频性能和阻尼水平指标的权重系数k 1 、k 2 、k 3 、k 4 、k 5 。 9.根据权利要求1所述的兼顾一次调频和超低频振荡抑制的调速器PID参数优化方法，其特征在于：发电机向单机无穷大系统输出60％～90％额定功率，施加大于等于0.1Hz频率阶跃扰动，启动仿真求取调速器输出开度/发电机输出功率响应；将式(3)所述目标函数作为最优化目标函数，利用优化算法对调速器PID参数进行优化；判断目标函数J(K)是否小于某一阈值或达到优化计算次数上限，是则结束调速器参数优化流程，获得最优调速器PID参数，若否，则继续利用优化算法对水轮机调速器PID参数进行优化和判断。 10.根据权利要求1所述的兼顾一次调频和超低频振荡抑制的调速器PID参数优化方法，其特征在于：读取获得的调速器PID参数，该PID参数表示在一种工况下的优化参数，校核该PID参数在其他工况下的一次调频响应是否满足要求。