[发明专利]汽轮发电机组的模糊自适应分数阶PID转速调节方法及系统

说明书

本发明提供了一种汽轮发电机组的模糊自适应分数阶PID转速调节方法及系统。汽轮发电机组的模糊自适应分数阶PID转速调节方法包括：第一步骤：对汽轮发电机组转速调节系统进行近似机理建模，以建立系统模型；第二步骤：设计三个模糊控制器；第三步骤：针对三个模糊控制器进行分数阶PID控制器的数字化实现；第四步骤：利用分数阶PID控制器，在建立的系统模型上确立模糊自适应分数阶PID控制器的离线参数；第五步骤：以汽轮发电机组的转速及转速变化率作为三个模糊控制器的输入，输出分别在线整定分数阶PID控制器的参数，然后基于输出的参数通过所确立的模糊自适应分数阶PID控制器来控制汽轮发电机组的阀门开度。

技术领域

本发明涉及汽轮发电机组转速控制领域，尤其涉及一种汽轮发电机组的模糊自适应分数阶PID(比例-积分-微分)转速调节方法。

背景技术

汽轮机是以蒸汽为工质的原动机，广泛应用于电力、冶金、钢铁、纺织、化工、船舶等领域。在电力系统中，汽轮机通过自身转速的变化来调节功率与外界负荷的平衡。汽轮发电机组转速调节系统不仅直接影响供电质量，而且也是构成电网运行安全的防护措施之一。

一般并联在大电网的大功率汽轮发电机组用传统的PID控制器也能使系统运行良好，频率稳定，但是对于并联在小网的汽轮发电机组，由于用户用电对于负荷变化的影响要比在大电网中大得多，频率(转速)会经常出现较大幅度的波动。如果转速调节系统无法快速调节转速，将会导致系统振荡。因此小网工况的汽轮发电机组转速调节系统对控制器的动态性能要求更高，控制器需要在负载扰动的情况下稳定时间短，并且超调尽量小。

目前国内外的汽轮发电机组转速调节系统的控制器基本采用PID算法，但其PID参数整定方式各不一样。由于设计关键技术保密的问题，各个公司仅对器件的外部应用特性作简要说明，而无整定策略、实现方法的详细介绍。

由于小网工况的汽轮发电机组转速调节系统具有负载多变、蒸汽扰动大的特点，加上系统的执行机构-电液伺服系统存在非线性、阀位波动、饱和、重叠等特点，传统的PID控制很难满足该系统在负载扰动下稳定性和快速性的要求。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是针对现有技术中存在上述缺陷，提供一种基于模糊逻辑自调整参数的分数阶PID控制方法，利用模糊控制所具有的智能推理和非线性特性以及分数阶PID控制器较传统PID控制器更大的可调范围及更好的鲁棒性，从而提高了小型汽轮发电机组转速调节系统的动态性能及抗干扰能力。

根据本发明，提供了一种汽轮发电机组的模糊自适应分数阶PID转速调节方法，包括：

第一步骤：对汽轮发电机组转速调节系统进行近似机理建模，以建立系统模型；

第二步骤：设计三个模糊控制器；

第三步骤：针对三个模糊控制器进行分数阶PID控制器的数字化实现；

第四步骤：利用分数阶PID控制器，在建立的系统模型上确立模糊自适应分数阶PID控制器的离线参数；

第五步骤：以汽轮发电机组的转速及转速变化率作为三个模糊控制器的输入，输出分别在线整定分数阶PID控制器的参数，然后基于输出的参数通过所确立的模糊自适应分数阶PID控制器来控制汽轮发电机组的阀门开度。

优选地，还包括第六步骤：进行模糊自适应分数阶PID控制器的PLC实现。

优选地，近似机理建模包括：

电液转换器建模：

建立功率放大器输出电流I与输入电压U的数学模型：

I＝K_aU

式中I为输出电流；K_a为放大器增益；U为输入电压；

将伺服阀建模为二阶振荡环节：