近年來,隨著風(fēng)、光等可再生能源在能源供應(yīng)中的比例日益增加,其間歇性和難以預(yù)測性使電網(wǎng)的穩(wěn)定性面臨更多挑戰(zhàn)。水電機組是電網(wǎng)中具有重要調(diào)節(jié)作用的機組,其調(diào)速器廣泛采用傳統(tǒng)的比例-積分-微分（PID）控制。然而,PID控制對機組復(fù)雜工況的適應(yīng)性較差,作為重要的魯棒控制策略,滑�？刂圃趯崿F(xiàn)水電機組優(yōu)化運行方面具有巨大潛力。因此,為實現(xiàn)滑模控制在水電機組中的應(yīng)用,本文將滑�？刂埔胨啓C調(diào)節(jié)系統(tǒng),分析"假穩(wěn)定"現(xiàn)象的原因并提出改進的滑�？刂破�。同時,基于自適應(yīng)模糊粒子群算法（AFPSO）和時間乘誤差絕對值積分（ITAE）指標,對改進滑模控制器的參數(shù)進行優(yōu)化。通過仿真證明了所提出的滑�？刂撇呗缘挠行�。 

【文章來源】：水力發(fā)電學(xué)報. 2020,39(10)北大核心CSCD

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【部分圖文】：

理想水輪機調(diào)節(jié)系統(tǒng)被控對象Fig.1Controlledobjectofidealhydro-turbineregulationsystem

目的是找出一組最佳參數(shù)，使得該時間段內(nèi)的指標值最校常見的全局性能指標有ITAE、誤差絕對值積分（IAE）、誤差平方積分（ISE）和時間乘誤差平方積分（ITSE）等。其中，ITAE是最常用全局性能指標，兼顧了對調(diào)節(jié)的快速性和平穩(wěn)性的要求，計算方法如下式：0ITAEt(t)dte（52）考慮到優(yōu)化算法參數(shù)對優(yōu)化結(jié)果的影響，采用AFPSO算法優(yōu)化控制器參數(shù)，以避免因參數(shù)選擇對算法性能產(chǎn)生的不利影響[21]�；谀繕撕瘮�(shù)和AFPSO算法，提出了針對滑�？刂破鲄�(shù)優(yōu)化的通用框架，如圖2所示。圖2水電機組滑�？刂破鞯膮�(shù)優(yōu)化Fig.2Parameteroptimizationforslidingmodecontrollerofhydropowerunits對于水輪機調(diào)節(jié)系統(tǒng)，目標函數(shù)的輸入包含機組轉(zhuǎn)速或功率（視當(dāng)前控制模式而定）、控制器輸出和跟蹤誤差，輸出為目標函數(shù)值。AFPSO算法根據(jù)目標函數(shù)值更新當(dāng)前候選解，并將新解輸入控制器計算系統(tǒng)的狀態(tài)變量和跟蹤誤差，用于下一次迭代計算。重復(fù)上述過程，當(dāng)滿足停止條件后即可得到滑�？刂破鞯淖罴芽刂茀�(shù)。4仿真和驗證4.1水電機組滑�？刂拼嬖诘膯栴}以前面提及的理想水輪機調(diào)節(jié)系統(tǒng)為例（參數(shù)值為yT=0.2、wT=1.0、aT=8.0和ne=0.1），采用AFPSO算法對滑�？刂破鞯膮�(shù)進行尋優(yōu)，以常用的ITAE指標作為目標函數(shù)，得到轉(zhuǎn)速跟蹤兩種不同擾動信號條件下的最優(yōu)控制參數(shù)分別為：①對于階躍給定信號，c=50，k=0.01，=93.89；②對于正弦給定信號，c=20，k=0.06，=53.33。不同給定信號下得到的目標函數(shù)變化曲線和轉(zhuǎn)速響應(yīng)曲線如圖3和圖4所示。從轉(zhuǎn)速響應(yīng)曲線可以看出，在滑�？刂谱饔孟聶C組轉(zhuǎn)速能?

88水力發(fā)電學(xué)報相位特性有關(guān)，另一方面也與滑�？刂票旧淼奶匦杂嘘P(guān)。在滑模面函數(shù)的設(shè)計中，僅考慮轉(zhuǎn)速跟蹤誤差及其一階導(dǎo)數(shù)，使得控制器按照既定控制律向著誤差減小的方向?qū)D(zhuǎn)速給定進行跟蹤，而忽略了系統(tǒng)其他狀態(tài)變量的穩(wěn)定性。（a）目標函數(shù)變化（b）轉(zhuǎn)速響應(yīng)圖3目標函數(shù)變化曲線和系統(tǒng)對轉(zhuǎn)速正弦給定信號的響應(yīng)曲線Fig.3Timevariationsintheobjectivefunctionandresponseofthesystemtoasinusoidaldisturbanceofgivenspeedsignal（a）目標函數(shù)變化（b）轉(zhuǎn)速響應(yīng)圖4目標函數(shù)變化曲線和系統(tǒng)對轉(zhuǎn)速階躍給定信號的響應(yīng)曲線Fig.4Timevariationsintheobjectivefunctionandresponseofthesystemtoastepdisturbanceofgivenspeedsignal（a）轉(zhuǎn)速響應(yīng)（b）控制響應(yīng)圖5延長至40s后系統(tǒng)對轉(zhuǎn)速正弦給定信號的轉(zhuǎn)速響應(yīng)和控制響應(yīng)Fig.5Speedandcontrolresponsesofthesystemtoasinusoidaldisturbanceofgivenspeedsignalafterextendingto40s

【參考文獻】：
期刊論文
[1]水電機組調(diào)速器提高一次調(diào)頻響應(yīng)合格率方法[J]. 張培,鄧盛名.  水電能源科學(xué). 2019(12)
[2]水輪機調(diào)速系統(tǒng)的H∞雙回路魯棒控制策略[J]. 孔繁鎳,吳杰康.  電網(wǎng)技術(shù). 2011(08)
[3]水輪機微機調(diào)速器控制策略分析與研究[J]. 陸桂明,孫美鳳,沈祖詒.  中國農(nóng)村水利水電. 2010(07)
[4]滑模變結(jié)構(gòu)控制理論及其算法研究與進展[J]. 劉金琨,孫富春.  控制理論與應(yīng)用. 2007(03)
[5]模糊整定PID控制在水電機組中應(yīng)用研究[J]. 陳煒,王淑青.  計算機與現(xiàn)代化. 2006(09)
[6]基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的水輪機調(diào)節(jié)系統(tǒng)自抗擾控制[J]. 王濤,楊曉萍,余向陽,南海鵬,周艷.  水力發(fā)電學(xué)報. 2006(03)
[7]水輪機調(diào)速系統(tǒng)的非線性自適應(yīng)控制[J]. 桂小陽,梅生偉,劉鋒,盧強.  中國電機工程學(xué)報. 2006(08)
[8]基于模糊的自校正PID控制在水電機組上的應(yīng)用[J]. 廖忠,林志貴,沈祖詒.  動力工程. 2004(02)
[9]參數(shù)自適應(yīng)模糊PID控制器及其在水電機組調(diào)速器中的應(yīng)用[J]. 梁宏柱,葉魯卿,孟安波.  水電自動化與大壩監(jiān)測. 2003(06)



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