基于改进引力搜索算法的水轮机调节系统仿真

针对现阶段水电机组存在多种复杂工况、工程计算受限于算法本身的复杂性等问题,提出一种改进的引力搜索算法(改进PSOGSA),以此提高水轮机控制参数的优化性能,弥补传统控制策略难以满足动态需求的不足.首先,结合PSO算法,在GSA的速度更新公式中引入学习因子进行改进.其次,应用一种权重系数优化其位置更新公式,提高算法的自适应性.最后,结合相关仿真建模试验,使用所提改进PSOGSA对水轮机调节系统PID参数进行优化调节.仿真结果表明,在5%空载频率扰动下,改进PSOGSA的PID控制器明显优于上述传统算法,所调节的模型系统能在更短时间内趋于稳定,此时的超调量远低于传统算法,表明此改进PSOGSA在后续迭代中具备更高的迭代效率,并且改善了常规算法中易陷入局部最优的问题,从而证明了改进PSOGSA的合理有效性,水轮机调节系统的控制效果在一定程度上得到优化.

针对水轮机调节系统隐蔽攻击的混沌跳频扩频防御方案

水轮机调节系统作为水电机组的关键部分,其安全运行至关重要。为提高水轮机调节系统的安全性,设计了一种防御方案,检测并防御系统中潜在的隐蔽攻击。首先通过对系统信号进行混沌跳频调制和解调,消除隐蔽攻击的不良影响;其次,基于理论分析,推导出维持系统稳定的跳频频率约束,保证系统性能不因加入跳频/扩频信号和频率异步现象而受损。仿真结果表明,该方案能够在非高斯噪声环境中持续检测和防御不同类型的高强度隐蔽攻击,且不影响系统正常运行。此外,所提出的防御方案还具有复现隐蔽攻击信号的能力,这有助于操作员了解攻击信息并采取针对性措施。

基于改进AHP及云模型的水轮机调节系统状态评价

针对水轮机调节系统综合评价不够全面,无法综合反映系统多指标、多层次的复杂性问题,提出了基于模糊层次分析法(AHP)-决策与实验室评估法(DEMATEL)-云模型的水轮机调节系统综合评价模型。首先建立基于主要设备和相关工况的多层次指标体系,采用模糊AHP计算评价指标的初始权重;通过DEMATEL法计算评价指标的相互影响与参照关系,绘制出指标因果关系图,并结合初始权重计算评价指标的综合权重;引入云模型得到评价指标各等级的隶属度矩阵。最后将权重结果与隶属度结合,得到系统综合评价等级。算例分析表明,该方法可高效快捷地对水轮机调节系统运行状态进行客观评价,为状态检修提供参考依据。

基于LMI的水轮机调节系统扰动观测状态反馈控制策略研究

为进一步提高水轮机的调节性能和控制精度,针对水轮机调节系统提出了一种基于线性矩阵不等式(LMI)的扰动观测状态反馈控制策略。首先,对水轮机调节系统进行了建模,并设计了一种基于LMI的扰动观测状态反馈控制策略,该策略综合考虑了水轮机的运行状态及扰动观测值;然后通过LMI完成了该控制器的设计与分析;最后,为了验证所提控制策略的有效性和鲁棒性,通过仿真试验进行了测试。结果表明,与传统的控制方法相比,该扰动观测状态反馈控制策略可有效提高水轮机调节系统的响应速度、准确性和稳定性,且降低了系统对扰动的敏感性。

调压井底孔对水轮机调节系统过渡过程的影响

调压井是水电站建设的重要工程措施,本文在对带调压井的水轮机调节系统开展的计算分析中,采用流量、力矩的特征矩阵法描述水轮机特性、详细考虑了水轮机调速器非线性特性(如主配压阀速度特性、接力器开关时间整定引起的严重的非线性特性等),用实际甩负荷过渡过程算例说明调压井底孔阻尼对水轮机调节系统振荡特性的衰减、调压井内水位涌升的重要影响。

基于改进DBO算法的水轮机调节系统优化仿真

针对传统的水轮机调节系统中PID控制存在的响应速度慢和稳定性较差等问题,本文提出了一种改进的蜣螂优化算法(DBO),旨在提高系统性能以满足电力系统动态需求的日益复杂性。首先,本文分析并建立了水轮机调节系统的数学模型。其次,通过引入Tent混沌初始化和精英反向学习策略对DBO算法进行改进,并使用4个基准函数验证了改进算法的先进性。最后,将改进后的混沌精英蜣螂算法(TEDBO)应用于水轮机调节系统的PID调速模块,并进行了MATLAB仿真实验,分别在空载频率扰动和负荷扰动下进行了测试。实验结果表明,在5%频率扰动下,相比于传统粒子群算法(PSO)和万有引力算法(GSA),改进后的TEDBO算法优化的PID调速器调节时间缩短了5个时间单位,超调量减小至0.23%;在10%负荷扰动下,目标函数的最优适应度仅为0.004000,进一步验证了改进的TEDBO算法在水轮机调节系统优化方面的显著优势。

基于免疫粒子群的水轮机调节系统动态滑模控制系统

为提高水轮机的调节性能和稳定性,满足日益增长的清洁能源需求和能源利用效率,研究基于免疫粒子群的水轮机调节系统的动态滑模控制系统。构建水轮机调节系统动态滑模控制系统结构,分析水轮机调节系统运行状态,通过动态滑模控制器对水轮机的运行状态进行预测和控制,使水轮机的运行状态能够平滑、稳定地跟踪给定的参考轨迹,并采用免疫粒子群算法优化动态滑模控制器的参数,将优化后的控制结果作用于电液伺服系统,控制油缸位置,保障对水轮机状态稳定和精确调节,及时跟踪和响应系统状态变化。实验结果可知,该系统在锯齿波信号和阶跃信号下具有适应性强、鲁棒性好,并有效解决了系统的抖振问题,且控制误差小。

水轮机调节系统运检合一虚拟仿真培训平台开发

为实现水轮机调节系统运行机理与检修知识的深度融合及可视化表达,搭建了水轮机调节系统运检合一虚拟仿真培训平台,以提高水电站运维及培训效率。利用3ds Max对水轮机调节系统部件及其在厂房的分布场景进行三维建模;基于Unity 3D引擎对水轮机调节系统检修流程进行多媒体动画演示与交互操作,并依据其工作原理与操作规程进行了全系统动态仿真建模。该平台实现了全系统虚拟漫游、三维交互式检修及虚拟运行功能,通过提供具有深度沉浸感的交互式学习环境,改变了传统低效的培训方式,可为水电站培训的标准化和专业化提供参考。

水轮机调节系统的自耦PID控制方法

针对含死区环节和机械时滞的水轮机调节系统,研究了一种基于自耦PID控制理论的控制方法。首先,将带死区环节的时滞水轮机调节系统中时滞、死区非线性因素、不确定性以及外部扰动定义为总扰动,再通过引入虚拟控制量,将其等价映射为一个外环二阶线性扰动系统与一个内环一阶线性扰动系统的双闭环系统;其次,针对外环设计基于速度因子的自耦PD控制器,内环设计基于速度因子的自耦PI控制器;最后,在复频域分析了闭环控制系统的鲁棒稳定性和抗扰动鲁棒性。仿真结果表明,所设计的控制器在不同工况下控制效果不仅具有良好的抗扰动鲁棒性,而且具有良好的动态品质和稳态性能。

水轮机调节系统的动态滑模控制

针对水轮机调节系统在滑模控制中的抖振问题,研究基于滑模控制方法设计了水轮机调节系统的动态滑模控制器。首先建立了考虑超长引水隧洞的水轮机调节系统的数学模型,并设计了动态滑模控制器;然后通过粒子群和灰狼混合优化算法(PSOGWO)对设计的控制器参数进行了优化;最后采用设计的动态滑模控制器对水轮机调节系统进行了正弦和阶跃的轨迹追踪试验,用于评估不同控制器的优越性和有效性。仿真结果表明,设计的动态滑模控制器不仅提高了水轮机调节系统的控制性能并减少了轨迹追踪的收敛时间,而且能够显著减小滑模控制的抖振效应和轨迹追踪的误差。

考虑死区的水轮机调节系统非线性自抗扰控制

针对含死区环节和机械时滞的水轮机调节系统,提出了一种改进状态误差反馈控制律的自抗扰控制方法。首先,考虑电液随动系统传动过程中存在的间隙特性,建立含非线性死区环节和机械时滞的水轮机调节系统数学模型。其次,通过坐标变换将具有死区和时延特性的状态空间方程转化为可控标准化数学模型。然后,引入PID积分环节,设计新型的自抗扰控制器,消除状态误差反馈控制律处理误差信号过程中出现的抖振现象。最终,基于Lyapunov稳定性定理,分析系统误差方程,证明了扩张状态观测器的收敛性。仿真结果表明,所提控制器在不同运行工况下的控制效果均优于PID控制和传统自抗扰控制,验证了所设计控制器的有效性和优越性,具有良好的参考价值。

基于浸入与不变原理的水轮机调节系统簇发振荡控制

针对水轮机调节系统簇发振荡的抑制问题,提出一种基于浸入与不变(immersion and invariance, I&I)原理的自适应反步滑模控制策略。首先,建立两时间尺度下的水轮机调节系统动力学模型,并分析系统的簇发振荡行为;其次,结合反步理论和基于趋近律的滑模原理设计控制器,同时,对水轮机调节系统在运行过程受到的外部扰动,引入I&I理论对扰动估计误差建立流形,通过自适应律的选取保持其吸引与不变,并采用Lyapunov稳定性理论对所提控制方法进行收敛性证明;最后,对上述控制策略进行仿真验证。结果表明,该方法能有效抑制系统的簇发振荡现象,且具有较好的扰动跟踪精度。

轴流转桨式水轮机调节系统分段线性化建模

水轮机调节系统仿真建模是水电机组优化控制的基础,其模型精度至关重要。为此,研究了模型精度易调整的轴流转桨式水电机组分段线性化建模方法。首先,介绍了模型精度易调整的轴流转桨式水轮机线性化建模方法;然后,结合模型试验数据、差分法和MATLAB构建精度可灵活调整的水轮机线性化模型;进一步,搭建包含引水系统、水轮机、发电机、调速器及其随动系统模型的水轮机调节系统整体分段线性化模型;最后,对比分析所得整体分段线性化模型与实际运行数据,验证了模型精度及有效性。该方法充分考虑水轮机模型精度需求,为轴流式水电机组优化控制等研究提供建模依据。

非线性水轮机调节系统的鲁棒预测控制

随着“双碳”目标进程的加快,水电机组向高水头、大容量和长输水管道方向发展,对调节系统控制品质提出了更高要求。考虑水轮机调节系统是一个集水力、机械、电气为一体的非线性系统,而传统水轮机调节系统的PID控制方法为线性或线性化控制,因此研究水轮机调节系统新的先进性控制方法对提高机组运行质量具有重要意义。为此,本文采用鲁棒预测控制理论,设计了基于LMI鲁棒预测控制器,并通过理论分析证明了该方法的可靠性,通过数值试验验证新控制方法的控制效果,进一步讨论了该控制方法的抗干扰能力、跟踪性能等控制品质,并与传统PID控制方法作对比,分析了两种控制方法的优劣,结果表明提出的新控制方法提高了六维非线性水轮机调节系统的速动性和稳定性,具有良好的控制品质。

引入积分微分的水轮机调速器最优控制

水轮机调速器的先进控制对水电机组及其互联电力系统安全稳定运行具有重要意义。针对原始线性二次型控制存在静态误差,且难以处理非零状态轨迹跟踪等问题,在水轮机调节系统的微分方程模型中引入转速误差积分和微分两个增广状态变量,构建调节系统增广微分方程组模型,并在此基础上提出一种引入积分微分的调速器最优控制算法。数值仿真表明,所提控制算法较传统PID方法在不同运行工况下均具有更好的综合控制性能,且控制器参数设置简便,对工况变化不敏感,具有较PID算法更好的工况适应性。

水轮机调节系统非线性H^∞控制规律的研究

该文建立了水轮机调速系统的刚性水击鲁棒模型。基于非线性微分几何控制理论和非线性H∞ 控制理论 ,给出了针对具有刚性水锤效应的水轮发电机组的调速器非线性鲁棒控制规律 ,并对该控制规律进行了仿真研究。

水轮机调节系统的混沌现象分析及控制

为深入研究水轮机调节系统的非线性动力学特征,分析刚性水击时水轮机调节系统非线性模型的复杂动力学特征,包括相轨迹图、Lyapunov指数和庞加莱映射图,这些特征加深了对其的认识,同时也证明该水轮机调节系统中含有混沌吸引子。为消除系统的混沌态,基于一种滑模变结构控制方法的数学分析论证推导,将处于混沌态的水轮机调节系统先后控制到任意固定点和任意周期轨道,并用MATLAB模拟验证其有效性。结果表明:该方法能够使系统严格地跟踪参考轨道,且具有过渡时间短、过渡平稳的优点,同时也为相关水轮机调节系统混沌态的有效控制提供了借鉴。

电力系统稳定计算用国产700MW水轮机调节系统建模及参数测试

通过现场实测某700MW水轮机调节系统模型参数,建立了适用于电力系统稳定计算用的水轮机调节系统模型。用电力系统分析综合程序对该模型进行了仿真,对实测的原动机及调节系统模型参数进行了校核,最终给出了电力系统稳定计算用水轮机调节系统模型准确参数。此模型已经编入电力系统稳定计算程序(PSD-BPA)并投入使用。结果表明,该模型能反映实际现场设备响应特性。

混流式水轮机调节系统建模与非线性动力学分析

为了深入研究混流式水电站系统的稳定性问题,在简单式调压井模型基础上,考虑弹性水击效应、发电机转子二阶动态模型等因素,建立起了新的调压井单机单管混流式水轮机调节系统的非线性数学模型。通过分岔图、Poincare映射图、功率谱图、时域图、相轨迹图、频谱图等非线性动力学特征,分析了调速器参数变化时水轮机调节系统的非线性动力学响应,得出系统的动力学变化规律和特征,初步确定系统稳定运行的参数调节范围,为混流式水电站系统正常运行提供了理论参考。

复杂管系水轮机调节系统非线性建模与分析

为了深入揭示水轮机调节系统的非线性本质,研究了非线性水轮机调节系统的建模及动力学问题.在引水系统为复杂管道情况下,考虑水轮机调节系统中传递系数随运行工况变化而呈现的非线性,引入水轮机非线性传递系数,建立了复杂引水管系时的水轮机调节系统非线性数学模型.使用直接代数判据进行理论分析,得到了系统Hopf分支临界点组成的曲线.理论分析表明:水轮机调节系统响应在曲线的一侧区域内是稳定的,在另一侧是不稳定的.通过数值模拟,分析了Hopf分叉点两侧水轮机调节系统稳定性的变化情况,验证了理论分析结果的正确性,得到了使水轮机调节系统处在稳定区域内的调速器PID参数的范围.通过分岔图、Poincare映射图、功率谱图、时域图、相轨迹图、频谱图等,综合分析了随水轮机调节系统参数变化时,系统非线性动力学行为特性.该分析方法与结果,可为水电站系统的安全稳定运行提供理论依据.