抽水蓄能机组调速系统参数辨识及控制优化_许颜贺，周建中_9787568041768

基于抽水蓄能机组调速系统数学模型和控制优化对于机组运行特性分析、机组故障诊断以及电力系统稳定性分析的重要性，本书在抽水蓄能机组调速系统建模及非线性动力学分析、调速系统参数辨识、调速系统分数阶PID控制器设计与参数优化、复杂工况下抽水蓄能机组导叶关闭规律多目标优化和调速系统控制优化与性能评估软件系统设计等五个方面开展了介绍。其中，本书是一部面向抽水蓄能机组稳定运行与优化控制理论前沿研究、工程应用的专著，可为相关研究人员提供借鉴和指导。

前言随着我国能源结构改革的不断深入，抽水蓄能电站作为可再生能源的储能技术以及有效地电网调峰、调频工具，得到了快速发展与大规模建设。抽水蓄能机组的复杂输水管道布置、可逆式的运行方式、频繁的工况转换以及水泵水轮机固有的S区域与驼峰区域，使得机组调速系统呈现时变、非小相位、复杂非线性以及水-机-电强耦合等特点。这些特点不仅给机组调节、电站稳定运行带来了极大的困难，且安全问题日益凸显，给机组的安全、稳定与高效运行带来了一系列亟待解决的科学前沿问题和工程技术难题。进一步，大规模间歇性可再生能源接入电网以及电网负荷的剧烈波动，使得机组调速系统控制与优化运行呈现高度复杂特性，亟需开展抽水蓄能机组调速系统先进控制策略与优化运行等关键技术的研究。本书以建立抽水蓄能机组调速系统精细化模型、探索适用于过程实际应用的先进智能控制策略为目标，系统的开展了调速系统建模、动力学演化规律分析及参数辨识研究，构建了调速系统线性模型与非线性模型参数辨识的方法体系；进一步，针对抽水蓄能机组调速系统传统控制策略在处理极端工况条件下安全稳定运行的不足，深入研究了新型控制策略与导叶关闭规律多目标优化方法。本书可供水利工程专业师生，了解抽水蓄能机组建模与优化控制的一般方法，同时提供先进控制模型的建模思路和优化方法。全书分为6章。第1章为绪论部分，介绍了本书研究的背景与意义，阐述了抽水蓄能机组运行的特点与问题，重点论述了抽水蓄能机组调速系统辨识理论与研究现状，分析了抽水蓄能机组控制优化的特点与研究现状。第2章为抽水蓄能机组调速系统建模及非线性动力学分析。阐述并建立了抽水蓄能机组调速系统各环节的数学模型，分别建立了调速系统线性模型、非线性模型以及数值计算模型；引入非线性动力学分析方法，刻画了调速系统过渡过程的动态响应过程，探明了水泵水轮机S特性对于机组转速振荡的影响，揭示了机组运行在S特性区域的非线性动力学行为及其动力灾变演化规律，为控制策略优化研究提供了理论依据。第3章为抽水蓄能机组调速系统参数辨识。针对抽水蓄能机组自身的运行特性引起的参数辨识难题，研究了智能优化算法的非线性辨识理论，引入引力搜索方法并对其进行优化改进，构建了基于改进引力搜索算法的自适应一体化参数辨识模型；进一步，为克服神经网络辨识对于样本数据的依赖性以及对白箱辨识的不适用性，提出了一种基于调速系统白箱线性模型映射的BP神经网络参数辨识方法，实现了抽水蓄能机组调速系统模型的精确参数辨识。第4章为抽水蓄能机组调速系统分数阶PID控制器设计与参数优化。针对水泵水轮机S特性区域引起的系统在低水头空载工况运行不稳定问题，结合分数阶微积分思想与智能控制理论，构建了包含调速系统分数阶PID控制器与模糊分数阶PID控制器的控制策略体系，并分别引入多场景分析和改进GSA算法对控制器进行性能分析与参数优化，有效提高了机组运行在低水头空载工况系统的控制品质。第5章为复杂工况下抽水蓄能机组导叶关闭规律多目标优化。基于抽水蓄能机组导叶关闭规律优化的研究基础，分析了一管-双机抽水蓄能机组转速上升与水击压力上升的多目标优化属性，引入水力单元调保计算安全阈值边界和调速器油速等多重约束因素，构建了考虑多重约束条件的机组导叶关闭规律多目标优化模型，为实现复杂模型的高效求解，结合多目标优化理论与本书提出的改进引力搜索算法，进一步提出了改进多目标引力搜索算法，快速制定了满足控制要求的关闭规律非支配方案集，为机组的安全、优化运行提供了科学的决策支持。第6章为总结及展望。对本书的研究内容以及创新性成果进行总结归纳，并对抽水蓄能机组优化控制与运行领域下一阶段的研究方向进行了展望。本书作者许颜贺博士与周建中教授所在团队长期从事水电机组非线性建模、系统参数辨识、控制优化、故障诊断以及状态评估理论、模型、算法及应用研究。团队主持承担了多项关系到我国重大决策的流域水利水电工程运行、控制、仿真与诊断研究中的关键技术与重大科学问题的科研任务，一批成果在全国重大水利枢纽工程中发挥关键作用，具有协同解决重大、综合性关键问题的能力，众多研究企及国际学术前沿水平，研究成果在学术界具有重要影响，产生了巨大的社会效益与经济效益。与本书研究内容密切相关的成果获国家科技进步二等奖1项、教育部自然科学一等奖1项、中国水力发电科学技术一等奖1项、二等奖1项、发明专利14项、软件著作权2项，出版专著2部、发表高水平论文200多篇。书稿在周建中教授指导许颜贺博士的博士论文基础上编写完成，但由于水平有限，时间紧张，书中难免出现疏漏，希望读者提出宝贵意见，以便再版时修改和完善，甚为感谢。作者 2018年4月

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