控制理论与应用

作者：陈金保,任刚,徐龙,胡文庆,郑阳,肖志怀

单位：武汉大学动力与机械学院,中国长江电力股份有限公司 溪洛渡水力发电厂,中国长江电力股份有限公司 溪洛渡水力发电厂,武汉大学动力与机械学院,武汉大学动力与机械学院,武汉大学动力与机械学院

关键词：水电机组; 改进灰狼优化算法; 自适应控制; Hopf分岔; 神经网络; PID控制器

基金：国家自然科学基金项目(51979204), 中国博士后科学基金项目(2022T150498), 湖北省自然科学基金项目(2022CFD165)资助.

为确保孤网模式下频率稳定性,水电站通常采用参数较小的固定PID(F-PID)控制,导致调节速度慢,难以实现全工况最优控制.针对这一问题,设计了一种基于改进灰狼优化算法(IGWO)和反向传播神经网络(BPNN)的水轮机调节系统(HTRS)自适应变PID控制器(V-PID),以在全工况下获得最优调节效果.首先,搭建高精度的HTRS仿真平台,并按水头和导叶开度变化范围划分工况.然后基于Hopf分岔理论确定各工况下PID参数约束条件及最大值.进一步,采用基于PID参数最大值数据集、综合ITAE指标和非线性收敛因子的IGWO计算出各工况下最优PID参数,并以最优PID参数作为BPNN样本数据,通过训练得到自适应V-PID控制器神经网络模型.最后,以某实际水电站为例,验证了V-PID控制器效果.仿真试验表明:基于V-PID控制器的非线性HTRS模型可根据工况变化在线自动调整PID参数,以结构简单、易实现为前提,实现了孤网模式下水电机组全工况最优控制.

来源：2025年第1期

《控制理论与应用》期刊编辑部

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