[发明专利]一种燃气轮机一次调频二阶期望PID控制方法

说明书

本发明公开了一种燃气轮机一次调频二阶期望PID控制方法，针对燃气轮机一次调频控制中存在着燃料控制回路和转速控制回路的耦合作用，跟踪速度慢，常规PI控制策略难以获得满意的控制效果，而先进控制策略所需的计算量较大，目前仍然难以大规模工程应用的问题难点。用基于二阶期望PID控制器替代燃气轮机传统一次调频控制方案的PI控制器，从控制器的结构和参数整定两方面对传统PI控制策略进行优化，提出了一种易于实施、工程性强的参数整定流程。将基于二阶期望PID控制策略应用到燃气轮机一次调频系统，能够在保证响应快速性的基础上，具有更小的超调，显著提升燃机机组一次调频性能。

技术领域

本发明属于能源动力与自动控制技术领域，涉及一种燃气轮机一次调频二阶期望PID控制方法。

背景技术

由于燃气轮机机组具有响应速度快、高效和清洁等优点，燃气轮机机组成为我国构建新型能源系统中的关键组成部分。为了应对风电、光伏等新能源电力大规模接入电网带来的负荷升降和频率波动，燃气轮机机组需要有较强的一次调频能力，这对于电网安全运行和频率稳定重要的意义。燃气轮机机组在清洁能源供应和综合能源系统构建中承担着核心作用，其一次调频的品质会对大电网的频率控制产生较大的影响。然而燃气轮机一次调频控制中存在着燃料控制回路和转速控制回路的耦合作用，跟踪速度慢等控制难点。

为了进一步提升燃气轮机机组的一次调频能力，研究人员从控制策略设计、控制逻辑优化等方面进行了大量的研究。例如通过对主控制系统的转速控制模式优化，减小调频死区和加大调频幅度等方法实现了机组一次调频响应速度的明显提升。通过增加闭锁逻辑、修改频差信号等方法，提高机组对一次调频指令的响应速度。以及针对一次调频响应指数达不到电网要求的问题，提出基于前馈限幅、对功率闭环进行补偿等优化逻辑提升一次调频能力。

燃气轮机一次调频的实际控制逻辑大部分都是基于比例-积分控制策略，这是由于PI控制器具有结构简单、性能优异、实现简单、参数含义明确等优点。为了进一步提升燃气轮机一次调频的能力，国内学者提出了基于自抗扰控制(Active disturbancerejection control,ADRC)的控制策略，通过多目标遗化算法对ADRC参数进行优化，实现燃气轮机一次调频能力的提升。此外，基于神经网络的控制策略在燃气轮机一次调频系统中也进行了研究。但由于先进控制策略所需的计算量较大，工程实施具有一定的挑战性，在当前的燃气轮机控制平台的算力能力下，目前仍然难以大规模工程应用。

发明内容

为解决上述现有技术存在的问题和不足，本发明提出了一种燃气轮机一次调频二阶期望PID控制方法，从控制器的结构和参数整定两方面对传统燃机控制策略进行优化。

一种燃气轮机一次调频二阶期望PID控制方法，一种燃气轮机一次调频二阶期望PID控制方法，用基于二阶期望PID控制器替代燃气轮机传统一次调频控制方案的PI控制器；基于D-分割法获取二阶期望PID控制器的参数稳定域，推导得出了一种易于实施、工程性强的控制器参数整定流程。

一种燃气轮机一次调频二阶期望PID控制方法，用基于二阶期望PID控制器替代燃气轮机传统一次调频控制方案的PI控制器，设期望二阶输出模型为：

公式中，y为被调量，h₁与h₀分别为二阶期望模型一阶与零阶系数，r为设定值，为y的二阶导数，为y的一阶导数(以下类似运算符不再累述)。

设计被控系统的扩张扰动观测器，计算公式为：

公式中，f是为观测器对扩张状态的观测量，k和ξ分别为扩张扰动观测器的增益(可调参数)和中间变量，l为可调参数，u为控制输入量，z₂为对的状态估计。

则二阶期望PID控制器计算公式如下：