非線性水力機組控制參數的改進粒子群優化方法
2023-09-21 09:19:30
專利名稱：非線性水力機組控制參數的改進粒子群優化方法
技術領域：
本發明涉及一種非線性水力機組控制參數的改進粒子群優化方法，屬於水力(水 輪發電)機組控制參數優化的技術領域。
背景技術：
水輪發電機組把水能轉變成電能供用戶使用，用戶除了要求供電安全可靠外，還 要求電能的頻率和電壓保持在額定值附近的某一範圍內。如果頻率偏離額定值過大，就會 直接影響用戶的產品質量。電力系統的負荷是不斷變化的，因此，必須根據負荷的變化不斷 地調節水力機組的有功功率輸出，同時使機組的頻率保持在規定的範圍之內。水力機組PID 控制參數優化的常用方法有梯度法、單純形法、遺傳算法等。不過，需要特別指出的是，上 述方法的適用對象採用剛性水擊條件假設下的水力機組線性化模型，忽略了水力系統及原 動機系統的非線性動力學作用，而水力機組本身又是一個具有非線性、時變特性的複雜的 控制系統。1992年，美國電子電氣工程師學會(IEEE)提出了一種基於非彈性水錘方程的 水力機組非線性模型。該模型綜合了水電站水機電過渡過程各因素之間的相互影響，具有 物理意義清楚、形式緊湊、便於理論分析和計算機計算處理的特點，在一定程度上反映了水 電站水機電複雜系統的非線性本質。然而，對於IEEE所提出的非線性水力機組控制系統模 型，採用常規的方法一般也不易獲得較好的PID控制參數。粒子群優化算法於1995年受人 工生命研究結果啟發，在模擬鳥群覓食過程中的遷徙和群集行為時提出的一種基於群體智 能的演化計算技術。該算法具有並行處理、魯棒性好等特點，能以較大概率找到問題的全局 最優解，且計算效率比傳統遺傳算法高。其最大的優勢在於簡單易實現、收斂速度快，而且 有深刻的智能背景，既適合科學研究，又適合工程應用。因此，粒子群優化算法一經提出，立 刻引起了演化計算等領域的學者們的廣泛關注，並在短短的幾年時間裡出現大量的研究成 果。粒子群優化算法在搜索初期收斂速度很快，但在搜索後期卻容易陷入局部極值點，而且 計算精度不高。
發明內容
本發明目的是針對現有技術存在的缺陷提供一種非線性水力機組控制參數的改 進粒子群優化方法。本發明為實現上述目的，採用如下技術方案本發明非線性水力機組控制參數的改進粒子群優化方法包括如下步驟(1)初始化粒子群，每個粒子的維數為3 ；最大迭代代數為50代；每個粒子的位置 分別代表水力機組的3個控制參數Kp，&，Kd，設定Kp，&，Kd的變化範圍均為；擾動 實驗的類型分別為5%頻率擾動和10%負荷擾動；兩種擾動實驗條件下水力機組過渡過程 的持續時間ts均為15秒；(2)利用每個粒子所代表的PID參數，進行水力機組過渡過程的計算，然後分別計 算每個粒子的加權適應度；對每個粒子的加權適應度進行比較，得出粒子群群體的全局最優位置，最差位置和每個粒子個體的最優位置；(3)按照以下改進的公式進行每個粒子速度的更新；
權利要求
1. 一種非線性水力機組控制參數的改進粒子群優化方法，其特徵在於包括如下步驟(1)初始化粒子群，每個粒子的維數為3；最大迭代代數為50代；每個粒子的位置分別 代表水力機組的3個控制參數Kp，Ki, Kd,設定Kp，Ki, Kd的變化範圍均為W-10]；擾動實驗 的類型分別為5%頻率擾動和10%負荷擾動；兩種擾動實驗條件下水力機組過渡過程的持 續時間ts均為15秒；(2)利用每個粒子所代表的PID參數，進行水力機組過渡過程的計算，然後分別計算每 個粒子的加權適應度；對每個粒子的加權適應度進行比較，得出粒子群群體的全局最優位 置，最差位置和每個粒子個體的最優位置；(3)按照以下改進的公式進行每個粒子速度的更新；Vik (g+1) = W (g) *Vik (g) +C1^r1* (Pik (g) -Xik (g)) +c2*r2* (Pgk (g) -Xik (g)) +c3*r3* (Pak (g) -Xik (g))其中，所述粒子群由m個粒子組成，每次迭代時，這m個粒子的位置可以表示為(P1,P2， Λ，Pm)，這m個粒子位置的名義平均位置為所述粒子群具有混沌特性的慣性權w由Logisic映射產生，其表達式為W (g+1) = 4*w(g)*(l-w(g))；(4)按照下式對每個粒子的位置進行更新Xik (g+1) = Xik (g)+Vik (g+1)；依次重複進行步驟(2)，(3)，(4)直到達到所設定的最大迭代代數，其中，Cl，c2，C3為非 負常數，ri; r2和r3為(0，1)之間的隨機數。
全文摘要
本發明公布了一種非線性水力機組控制參數的改進粒子群優化方法，所述方法包括如下步驟初始化粒子群；利用每個粒子所代表的PID參數，進行水力機組過渡過程的計算，然後分別計算每個粒子的加權適應度；對每個粒子的加權適應度進行比較，得出粒子群群體的全局最優位置，最差位置和每個粒子個體的最優位置；進行每個粒子速度的更新；對每個粒子的位置進行更新；直到達到所設定的最大迭代代數。本發明將所提出的改進粒子群算法應用到非線性水力機組PID控制參數的優化設計，計算結果表明了改進粒子群算法對於非線性系統控制參數的優化設計是一種有效的方法。
文檔編號G06F17/50GK102004836SQ20101056805
公開日2011年4月6日 申請日期2010年12月1日 優先權日2010年12月1日
發明者許峰, 陳龍 申請人:河海大學