CN109120196A - 一种水电机组调速***pid参数整定方法及其装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种水电机组调速***PID参数整定方法及其装置，其中，水电机组调速***PID参数整定方法包括步骤：采用预设的仿真模型对水电机组进行仿真，确定达到临界稳定状态时的比例环节放大倍数和对应的振荡周期；根据达到临界稳定状态时的比例环节放大倍数和对应的振荡周期，计算PID参数中的比例环节放大倍数和微分环节放大倍数；根据所得的PID参数中的比例环节放大倍数和微分环节放大倍数，采用预设的仿真模型进行仿真，确定达到临界稳定状态的积分环节放大倍数，作为PID参数中的积分环节放大倍数；根据PID参数中的比例环节放大倍数、微分环节放大倍数以及积分环节放大倍数，采取预设的仿真模型进行仿真验证，完成所述PID参数的整定。

Description

一种水电机组调速***PID参数整定方法及其装置

技术领域

本发明涉及电力***机网协调技术领域，尤其涉及一种水电机组调速***PID参数整定方法及其装置。

背景技术

水电机组调速***参数配置对电力***频率的动态特性有重要影响，不同规模的电力***，需要配置不同的水电机组调速***参数。大规模电网在实施异步联网后，原来属于大规模电网的某个地区电网将与大规模电网分离出来异步运行。异步运行后，如果地区电网与大规模电网相比，其装机和负荷等规模大幅减小，地区电网中水电机组原有的调速***参数将无法适应异步运行后的地区电网，容易导致地区电网在异步联网运行后出现长时间、大幅度、超低频率的振荡现象。

目前对大规模电网中水电机组调速***参数配置方法，以及单个水电厂带局部负荷的孤立电网中水电机组调速***参数配置方法有相应研究和成果，但对中等规模电网中如何合理配置水电机组调速***参数，优化电网频率的动态特性，避免出现超低频振荡问题还缺少相应的研究。

大规模电网中水电机组调速***配置的PID参数，容易导致机组在中等规模电网运行处响应速度过快而出现超低频率振荡阻尼不足的问题；而单个水电厂带局部负荷的孤立电网中水电机组调速***配置的PID参数，容易导致机组在中等规模电网运行处响应速度过慢而出现一次调频响应速度过慢的问题。

发明内容

本发明实施例提供一种水电机组调速***PID参数整定方法及其装置，能有效解决现有技术对中等规模电网中如何合理配置水电机组调速***参数的问题，能有效优化电网频率的动态特性，避免出现超低频振荡的问题。

本发明一实施例提供一种水电机组调速***PID参数整定方法方法，包括：

采用预设的仿真模型对水电机组进行时域仿真，确定所述水电机组达到临界稳定状态时的比例环节放大倍数和对应的振荡周期；

根据所述水电机组达到临界稳定状态时的比例环节放大倍数和对应的振荡周期，计算PID参数中的比例环节放大倍数和微分环节放大倍数；

根据计算所得的PID参数中的比例环节放大倍数和微分环节放大倍数，采用所述预设的仿真模型进行时域仿真，确定所述水电机组达到临界稳定状态的积分环节放大倍数，作为所述PID参数中的积分环节放大倍数；

根据所述PID参数中的比例环节放大倍数、微分环节放大倍数以及积分环节放大倍数，采取所述预设的仿真模型进行仿真验证，完成所述PID参数的整定。

作为上述方案的改进，所述仿真模型的构建包括步骤：

将所述PID参数中的KP＝0，KD＝0，KI＝0输入所述仿真模型进行甩负荷仿真；其中，KP为所述比例环节放大倍数，KD为所述微分环节放大倍数，KI为所述积分环节放大倍数；

以预设的负荷量设置甩负荷故障；其中，所述负荷量不大于所述水电机组额定功率的2％。

作为上述方案的改进，采用预设的仿真模型对水电机组进行时域仿真，确定所述水电机组达到临界稳定状态时的比例环节放大倍数和对应的振荡周期具体为：

通过所述仿真程序进行甩负荷仿真，逐步提高所述比例环节放大倍数的取值，以得到第一频率变化曲线；

获取当所述第一频率变化曲线出现正弦等幅振荡时对应的比例环节放大倍数值和正弦振荡周期，作为所述水电机组达到临界稳定状态的比例环节放大倍数和对应的正弦振荡周期。

作为上述方案的改进，所述根据所述水电机组达到临界稳定状态时的比例环节放大倍数和对应的振荡周期，计算PID参数中的比例环节放大倍数和微分环节放大倍数具体为：

根据公式(1)计算所述PID参数中的比例环节放大倍数

KP₁＝0.6×KP_MAX (1)

其中，KP₁为所述PID参数中的比例环节放大倍数，KP_MAX为所述水电机组达到临界稳定状态时的比例环节放大倍数；

根据公式(2)计算所述PID参数中的微分环节放大倍数

KD₁＝min{0.075×KP_MAX×T，KD₀} (2)

其中，KD₁为所述PID参数中的微分环节放大倍数，T为所述水电机组达到临界稳定状态时对应的振荡周期，KD₀为所述水电机组正常运行时的典型微分环节放大倍数值；min{0.075×KP_MAX×T，KD₀}表示取两个参数中较小的数值。

作为上述方案的改进，所述根据计算所得的PID参数中的比例环节放大倍数和微分环节放大倍数，采用所述预设的仿真模型进行时域仿真，确定所述水电机组达到临界稳定状态的积分环节放大倍数，作为所述PID参数中的积分环节放大倍数，之前包括：

将所述仿真模型的PID参数设置为KP＝KP₁，KD＝KD₁，KI＝0；其中，KP为所述比例环节放大倍数，KD为所述微分环节放大倍数，KI为所述积分环节放大倍数。

以预设的负荷量设置甩负荷故障；其中，所述负荷量不大于所述水电机组额定功率的2％。

作为上述方案的改进，采用所述预设的仿真模型进行时域仿真，确定所述水电机组达到临界稳定状态的积分环节放大倍数，作为所述PID参数中的积分环节放大倍数具体为：

将所述PID参数中的比例环节放大倍数和微分环节放大倍数输入所述仿真模型进行甩负荷仿真，逐步提高所述积分环节放大倍数的取值，以得到第二频率变化曲线；

获取当所述第二频率变化曲线出现正弦等幅振荡时对应的积分环节放大倍数值，作为所述水电机组达到临界稳定状态的积分环节放大倍数。

作为上述方案的改进，所述根据所述PID参数中的比例环节放大倍数、微分环节放大倍数以及积分环节放大倍数，采取所述预设的仿真模型进行仿真验证，完成所述PID参数的整定，具体为：

将所述PID参数中的比例环节放大倍数、微分环节放大倍数以及积分环节放大倍数输入所述仿真模型进行故障仿真，以得到第三频率变化曲线；

验证所述PID参数是否优化超低频振荡阻尼，在通过验证后完成所述PID参数的整定。

作为上述方案的改进，通过以下方式验证所述PID参数是否优化超低频振荡阻尼：

对比第一频率变化曲线与所述第三频率变化曲线的差异；其中，所述第一频率变化曲线由PID参数初始为KP＝0，KD＝0，KI＝0输入所述仿真模型进行仿真得到；

当检测到所述第三频率变化曲线的超低频振荡阻尼高于所述第一频率变化曲线的超低频振荡阻尼时，则确定所述PID参数优化超低频振荡阻尼。

作为上述方案的改进，所述方法还包括：

当检测到所述第三频率变化曲线的超低频振荡阻尼不高于所述第一频率变化曲线的超低频振荡阻尼时，则重新采用预设的仿真模型对水电机组进行时域仿真，确定所述水电机组达到临界稳定状态时的比例环节放大倍数和对应的振荡周期。

本发明另一实施例对应提供了一种水电机组调速***PID参数整定装置，其特征在于，包括：

第一模块，用于采用预设的仿真模型对水电机组进行时域仿真，确定所述水电机组达到临界稳定状态时的比例环节放大倍数和对应的振荡周期；

第二模块，用于根据所述水电机组达到临界稳定状态时的比例环节放大倍数和对应的振荡周期，计算PID参数中的比例环节放大倍数和微分环节放大倍数；

第三模块，用于根据计算所得的PID参数中的比例环节放大倍数和微分环节放大倍数，采用所述预设的仿真模型进行时域仿真，确定所述水电机组达到临界稳定状态的积分环节放大倍数，作为所述PID参数中的积分环节放大倍数；

第四模块，用于根据所述PID参数中的比例环节放大倍数、微分环节放大倍数以及积分环节放大倍数，采取所述预设的仿真模型进行仿真验证，完成所述PID参数的整定。

与现有技术相比，本发明实施例公开的一种水电机组调速***PID参数整定方法，其通过采用预设的仿真模型进行仿真，得到水电机组达到临界稳定状态时的比例环节放大倍数和对应的振荡周期，根据上述得到的值，计算PID参数中的比例环节放大倍数和微分环节放大倍数，然后根据上述得到的PID参数值，采用预设的仿真模型进行仿真，确定PID参数中的积分环节放大倍数，通过仿真模型进行仿真并验证上述PID参数值，完成所述PID参数的整定，既能有效解决中等规模电网中如何合理配置水电机组调速***参数的问题，又能优化电网频率的动态特性，避免出现超低频振荡，以实现一次调频响应速度和超低频振荡阻尼间的协调优化。

附图说明

图1是本发明一实施例提供的一种水电机组调速***PID参数整定方法的流程示意图；

图2是本发明一实施例提供电网中主要的水电机组调速***PID参数整定方法的过程示意图；

图3是本发明一实施例提供的#1糯扎渡水电机组初始参数设置下达到临界稳定状态时的频率变化曲线图；

图4是本发明一实施例提供的#1糯扎渡水电机组在设置KP和KD值下达到临界稳定状态时的频率变化曲线图；

图5是本发明一实施例提供的PID参数优化前后的频率变化曲线图；

图6是本发明一实施例提供的一种水电机组调速***PID参数整定装置的结构示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

参见图1，是本发明一实施例提供的一种水电机组调速***PID参数整定方法的流程示意图，包括步骤：

S11、采用预设的仿真模型对水电机组进行时域仿真，确定所述水电机组达到临界稳定状态时的比例环节放大倍数和对应的振荡周期。

S12、根据所述水电机组达到临界稳定状态时的比例环节放大倍数和对应的振荡周期，计算PID参数中的比例环节放大倍数和微分环节放大倍数。

S13、根据计算所得的PID参数中的比例环节放大倍数和微分环节放大倍数，采用所述预设的仿真模型进行时域仿真，确定所述水电机组达到临界稳定状态的积分环节放大倍数，作为所述PID参数中的积分环节放大倍数。

S14、根据所述PID参数中的比例环节放大倍数、微分环节放大倍数以及积分环节放大倍数，采取所述预设的仿真模型进行仿真验证，完成所述PID参数的整定。

在本实施例中，利用对水电机组进行时域仿真，并计算确定PID参数中的比例环节放大倍数、微分环节放大倍数和积分环节放大倍数，然后通过对得到的PID参数进行仿真，并验证其优化电网超低频振荡的阻尼特性方面的效果，完成所述PID参数的整定，既能有效解决中等规模电网中如何合理配置水电机组调速***参数的问题，又能优化电网频率的动态特性，避免出现超低频振荡。

在另一优选实施例中，所述方法还包括仿真模型的构建，具体为：

将所述PID参数中的KP＝0，KD＝0，KI＝0输入所述仿真模型进行甩负荷仿真；其中，KP为所述比例环节放大倍数，KD为所述微分环节放大倍数，KI为所述积分环节放大倍数；

以预设的负荷量设置甩负荷故障；其中，所述负荷量不大于水电机组额定功率的2％。

优选地，该仿真模型的构建在机电暂态仿真程序中运行，构造一个单台水电机组带负荷运行的仿真模型进行仿真。

具体地，步骤S11中采用预设的仿真模型对水电机组进行时域仿真，确定所述水电机组达到临界稳定状态时的比例环节放大倍数和对应的振荡周期具体为：

通过所述仿真程序进行甩负荷仿真，逐步提高所述比例环节放大倍数的取值，以得到第一频率变化曲线；

获取当所述第一频率变化曲线出现正弦等幅振荡时对应的比例环节放大倍数值和正弦振荡周期，作为所述水电机组达到临界稳定状态的比例环节放大倍数和对应的正弦振荡周期。

优选地，逐步提高所述比例环节放大倍数取值具体为取值0.5n，若频率变化曲线趋向于正弦振荡，减小取值范围，直到出现正弦等幅振荡；若频率变化曲线未出现明显变化，继续按0.5n取值递增；其中，n＝0,1,2……。

例如，比例环节放大倍数首次取值0，二次取值0.5，若频率变化曲线趋向于正弦振荡，三次取值为0.51，直到出现正弦等幅振荡。

即利用机电暂态仿真程序进行甩负荷仿真，逐步提高KP的取值，观察每次甩负荷仿真时水电机组频率变化曲线，直到频率出现正弦等幅振荡，记录此时的KP取值KP_MAX和正弦振荡的周期T。

具体地，步骤S12中具体为

根据公式(1)计算所述PID参数中的比例环节放大倍数

KP₁＝0.6×KP_MAX (1)

其中，KP₁为所述PID参数中的比例环节放大倍数，KP_MAX为所述水电机组达到临界稳定状态时的比例环节放大倍数；

根据公式(2)计算所述PID参数中的微分环节放大倍数

KD₁＝min{0.075×KP_MAX×T，KD₀} (2)

其中，KD₁为所述PID参数中的微分环节放大倍数，T为所述水电机组达到临界稳定状态时对应的振荡周期，KD₀为所述水电机组正常运行时的典型微分环节放大倍数值；min{0.075×KP_MAX×T，KD₀}表示取两个参数中较小的数值。

其中，步骤S13之前还包括对仿真模型加入KP₁和KD₁的值，具体为：

将所述仿真模型的PID参数设置为KP＝KP₁，KD＝KD₁，KI＝0；其中，KP为所述比例环节放大倍数，KD为所述微分环节放大倍数，KI为所述积分环节放大倍数。

以预设的负荷量设置甩负荷故障；其中，所述负荷量不大于水电机组额定功率的2％。

可以理解的是，采用与步骤S11中同样的单台水电机组带负荷运行的仿真模型，并将调速***PID参数设置为KP＝KP1，KD＝KD1，KI＝0，并设置与步骤S11中同样的甩负荷故障。

具体地，步骤S13中根据计算所得的PID参数中的比例环节放大倍数和微分环节放大倍数，采用所述预设的仿真模型进行时域仿真，确定所述水电机组达到临界稳定状态的积分环节放大倍数，作为所述PID参数中的积分环节放大倍数具体为：

将所述PID参数中的比例环节放大倍数和微分环节放大倍数输入所述仿真模型进行甩负荷仿真，逐步提高所述积分环节放大倍数的取值，以得到第二频率变化曲线；

获取当所述第二频率变化曲线出现正弦等幅振荡时对应的积分环节放大倍数值，作为所述水电机组达到临界稳定状态的积分环节放大倍数。

即利用机电暂态仿真程序进行甩负荷仿真，逐步提高KI的取值，观察每次甩负荷仿真时水电机组频率变化曲线，直到频率出现正弦等幅振荡，记录此时的KI取值KI1。

具体地，步骤S14中根据所述PID参数中的比例环节放大倍数、微分环节放大倍数以及积分环节放大倍数，采取所述预设的仿真模型进行仿真验证，完成所述PID参数的整定具体为：

将所述PID参数中的比例环节放大倍数、微分环节放大倍数以及积分环节放大倍数输入所述仿真模型进行故障仿真，以得到第三频率变化曲线；

验证所述PID参数是否优化超低频振荡阻尼，在通过验证后完成所述PID参数的整定。

其中，所述故障包括直流闭锁、电厂机组跳闸或甩负荷；

优选地，通过以下方式验证所述PID参数是否优化超低频振荡阻尼：

对比第一频率变化曲线与所述第三频率变化曲线的差异；其中，所述第一频率变化曲线由PID参数初始为KP＝0，KD＝0，KI＝0输入所述仿真模型进行仿真得到；

当检测到所述第三频率变化曲线的超低频振荡阻尼高于所述第一频率变化曲线的超低频振荡阻尼时，则确定所述PID参数优化超低频振荡阻尼。

其中，所述整定方法还包括：

当检测到所述第三频率变化曲线的超低频振荡阻尼不高于所述第一频率变化曲线的超低频振荡阻尼时，则重新采用预设的仿真模型对水电机组进行时域仿真，确定所述水电机组达到临界稳定状态时的比例环节放大倍数和对应的振荡周期。

参见图2，是本实施例提供的电网中主要的水电机组调速***PID参数整定方法的过程示意图，将上述用于水电机组的调速***PID参数整定方法的流程应用于电网中主要的水电机组的PID参数整定过程。

优选地，主要的水电机组是指电网中单台机组装机容量较大的水电机组以及电厂总装机容量较大的水电机组。

具体地，对电网中主要的水电机组进行调速***PID整定。首先利用所述方法对这些水电机组逐一得到各机组的调速***PID参数；然后将得到的参数设置到机组中，并在电网中设置直流闭锁、电厂机组跳闸或甩负荷等故障；最后利用机电暂态仿真程序进行故障仿真，记录电网中重要变电站母线节点的频率变化曲线，通过对比机组调速***PID参数优化前后频率变化的差异，分析优化后的PID参数在优化电网超低频振荡的阻尼特性方面的效果，完成PID参数的整定。

在另一优选实施例中，在上述实施例的基础上，将上述水电机组调速***PID参数整定方法应用于实际电网中。

为优化云南电网运行后送出能力中电网超低频振荡阻尼特性，采用本发明方法对机组PSS参数进行整定，来验证本方法的有效性。

优选地，本实施例选取糯扎渡电厂的#1水电机组。

具体地，所述方法的实施过程如下：

参见上述实施例的步骤S11，在机电暂态仿真程序中，构造一个#1糯扎渡水电机组带负荷运行的仿真模型；其中负荷大小等于#1糯扎渡水电机组的额定功率650MW，调速***PID初始参数设置为KP＝0，KD＝0，KI＝0；

设置一个甩负荷故障，负荷量等于10MW；

利用机电暂态仿真程序进行甩负荷仿真，逐步提高KP的取值，观察每次甩负荷仿真时水电机组频率变化曲线，直到频出现正弦等幅振荡，记录此时的KP的取值KP_MAX＝3.5，正弦振荡的周期T＝21.3秒。

其中，#1糯扎渡水电机组初始参数设置下达到临界稳定状态时的频率变化曲线图如图3所示，通过该频率变化曲线，得到KP_MAX和对应的振荡周期T的取值。

优选地，本实施例中采用中国电科院开发的PSD-BPA机电暂态仿真程序。

参见上述实施例的步骤S12，根据上述步骤得到的KP_MAX和T利用以下公式，得到PID参数中的比例环节放大倍数KP₁，微分环节放大倍数KD₁：

KP₁＝0.6×KP_MAX＝0.6×3.5＝2.1

KD₁＝min{0.075×KP_MAX×T，KD₀}

＝min{0.075×3.5×21.3，6}

＝min{5.6，6}

＝5.6

其中，KD₀＝3是机组大电网运行整定的微分环节放大倍数值。

参见上述实施例的步骤S13，设置#1糯扎渡水电机组调速***PID参数为：KP＝2.1，KD＝5.6，KI＝0；

设置与步骤S11中同样的甩负荷故障；

利用机电暂态仿真程序进行甩负荷仿真，逐步提高KI的取值，观察每次甩负荷仿真时水电机组频率变化曲线，直到频率出现正弦等幅振荡，记录此时的KI的取值KI1＝0.45。

其中，#1糯扎渡水电机组在设置KP和KD值下达到临界稳定状态时的频率变化曲线如图4所示，通过该频率变化曲线，得到KI的取值。

参见上述实施例的步骤S14，对云南电网内主要水电机组利用步骤S11-S13的方法对逐一进行调速***PID参数优化。

设置楚穗直流单极闭锁作为故障；

利用机电暂态仿真程序对云南电网进行楚穗直流单极闭锁故障仿真，记录电网中重要变电站母线节点的频率变化曲线，对比机组调速***PID参数优化前后频率变化的差异，可以看出，优化后的PID参数明显提高了电网超低频振荡的阻尼。

例如，对其中的糯扎渡、小湾和溪洛渡电厂水电机组进行了调速***PID参数整定，主要整定结果如下：

糯扎渡：KP1＝2.1，KI1＝0.45，KD1＝5.6

小湾：KP1＝2.4，KI1＝0.67，KD1＝5.05

溪洛渡：KP1＝3.0，KI1＝1.10，KD1＝4.1

参见图5，本实施例提供的PID参数优化前后的频率变化曲线图。

参见图6，为本发明一实施例提供的一种水电机组调速***PID参数整定装置的结构示意图，包括：

第一模块1，用于采用预设的仿真模型对水电机组进行时域仿真，确定所述水电机组达到临界稳定状态时的比例环节放大倍数和对应的振荡周期；

第二模块2，用于根据所述水电机组达到临界稳定状态时的比例环节放大倍数和对应的振荡周期，计算PID参数中的比例环节放大倍数和微分环节放大倍数；

第三模块3，用于根据计算所得的PID参数中的比例环节放大倍数和微分环节放大倍数，采用所述预设的仿真模型进行时域仿真，确定所述水电机组达到临界稳定状态的积分环节放大倍数，作为所述PID参数中的积分环节放大倍数；

第四模块4，用于根据所述PID参数中的比例环节放大倍数、微分环节放大倍数以及积分环节放大倍数，采取所述预设的仿真模型进行仿真验证，完成所述PID参数的整定。

在一种可选的实施例中，第一模块1包括：

仿真模型初始设置单元，用于将所述PID参数中的KP＝0，KD＝0，KI＝0输入所述仿真模型进行甩负荷仿真；

其中，KP为所述比例环节放大倍数，KD为所述微分环节放大倍数，KI为所述积分环节放大倍数；

甩负荷故障设置单元，用于以预设的负荷量设置甩负荷故障；

其中，所述负荷量不大于水电机组额定功率的2％；

第一频率变化曲线仿真单元，用于通过所述仿真程序进行甩负荷仿真，逐步提高所述比例环节放大倍数的取值，以得到第一频率变化曲线；

临界稳定状态仿真结果获取单元，用于获取当所述第一频率变化曲线出现正弦等幅振荡时对应的比例环节放大倍数值和正弦振荡周期，作为所述水电机组达到临界稳定状态的比例环节放大倍数和对应的正弦振荡周期。

优选地，该步骤在机电暂态仿真程序中运行，构造一个单台水电机组带负荷运行的仿真模型进行仿真。

即利用机电暂态仿真程序进行甩负荷仿真，逐步提高KP的取值，观察每次甩负荷仿真时水电机组频率变化曲线，直到频率出现正弦等幅振荡，记录此时的KP取值KP_MAX和正弦振荡的周期T。

在一种可选的实施例中，第二模块2包括：

比例环节放大倍数计算单元，用于根据公式KP₁＝0.6×KP_MAX，计算PID参数中的比例环节放大倍数；

微分环节放大倍数计算单元，用于根据公式KD₁＝min{0.075×KP_MAX×T，KD₀}，计算PID参数中的微分环节放大倍数；

其中，KP₁为所述PID参数中的比例环节放大倍数，KD₁为所述PID参数中的微分环节放大倍数；KP_MAX为所述水电机组达到临界稳定状态时的比例环节放大倍数，T为所述水电机组达到临界稳定状态时对应的振荡周期，KD₀为所述水电机组正常运行时的典型微分环节放大倍数值；min{0.075×KP_MAX×T，KD₀}表示取两个参数中较小的数值。

在一种可选的实施例中，第三模块3包括：

仿真模型参数设置单元，用于将所述仿真模型的PID参数设置为KP＝KP₁，KD＝KD₁，KI＝0；

其中，KP为所述比例环节放大倍数，KD为所述微分环节放大倍数，KI为所述积分环节放大倍数；

甩负荷故障设置单元，用于以预设的负荷量设置甩负荷故障；

其中，所述负荷量不大于水电机组额定功率的2％；

可以理解的是，采用与第一模块1中同样的单台水电机组带负荷运行的仿真模型，并将调速***PID参数设置为KP＝KP1，KD＝KD1，KI＝0，并设置与第一模块1中同样的甩负荷故障。

第二频率变化曲线仿真单元，用于将所述PID参数中的比例环节放大倍数和微分环节放大倍数输入所述仿真模型进行甩负荷仿真，逐步提高所述积分环节放大倍数的取值，以得到第二频率变化曲线；

积分环节放大倍数获取单元，用于获取当所述第二频率变化曲线出现正弦等幅振荡时对应的积分环节放大倍数值，作为所述水电机组达到临界稳定状态的积分环节放大倍数。

即利用机电暂态仿真程序进行甩负荷仿真，逐步提高KI的取值，观察每次甩负荷仿真时水电机组频率变化曲线，直到频率出现正弦等幅振荡，记录此时的KI取值KI1。

在一种可选的实施例中，第四模块4包括：

第三频率变化曲线仿真单元，用于将所述PID参数中的比例环节放大倍数、微分环节放大倍数以及积分环节放大倍数输入所述仿真模型进行故障仿真，以得到第三频率变化曲线；

其中，所述故障包括直流闭锁、电厂机组跳闸或甩负荷；

PID参数验证模块，用于验证所述PID参数是否优化超低频振荡阻尼，在通过验证后完成所述PID参数的整定。

优选地，通过以下方式验证所述PID参数是否优化超低频振荡阻尼：

对比第一频率变化曲线与所述第三频率变化曲线的差异；当检测到所述第三频率变化曲线的超低频振荡阻尼高于所述第一频率变化曲线的超低频振荡阻尼时，则确定所述PID参数优化超低频振荡阻尼。

其中，所述第一频率变化曲线由PID参数初始为KP＝0，KD＝0，KI＝0输入所述仿真模型进行仿真得到；

其中，所述方法还包括：

当检测到所述第三频率变化曲线的超低频振荡阻尼不高于所述第一频率变化曲线的超低频振荡阻尼时，则重新采用预设的仿真模型对水电机组进行时域仿真，确定所述水电机组达到临界稳定状态时的比例环节放大倍数和对应的振荡周期。

例如，对主要的水电机组进行调速***PID整定；其中，主要的水电机组指电网中单台机组装机容量较大的水电机组以及电厂总装机容量较大的水电机组。

具体地，对电网中主要的水电机组进行调速***PID整定，首先利用所述方法对这些水电机组逐一得到各机组的调速***PID参数；然后将得到的参数设置到机组中，并在电网中设置直流闭锁、电厂机组跳闸或甩负荷等故障；最后利用机电暂态仿真程序进行故障仿真，记录电网中重要变电站母线节点的频率变化曲线，通过对比机组调速***PID参数修改前后频率变化的差异，分析修改后的PID参数在优化电网超低频振荡的阻尼特性方面的效果。

需说明的是，以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，其中所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现本实施例方案的目的。另外，本发明提供的装置实施例附图中，模块之间的连接关系表示它们之间具有通信连接，具体可以实现为一条或多条通信总线或信号线。本领域普通技术人员在不付出创造性劳动的情况下，即可以理解并实施。

以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种水电机组调速***PID参数整定方法，其特征在于，包括步骤：

采用预设的仿真模型对水电机组进行时域仿真，确定所述水电机组达到临界稳定状态时的比例环节放大倍数和对应的振荡周期；

根据所述水电机组达到临界稳定状态时的比例环节放大倍数和对应的振荡周期，计算PID参数中的比例环节放大倍数和微分环节放大倍数；

根据计算所得的PID参数中的比例环节放大倍数和微分环节放大倍数，采用所述预设的仿真模型进行时域仿真，确定所述水电机组达到临界稳定状态的积分环节放大倍数，作为所述PID参数中的积分环节放大倍数；

根据所述PID参数中的比例环节放大倍数、微分环节放大倍数以及积分环节放大倍数，采取所述预设的仿真模型进行仿真验证，完成所述PID参数的整定。

2.如权利要求1所述的水电机组调速***PID参数整定方法，其特征在于，所述仿真模型的构建包括步骤：

将所述PID参数中的KP＝0，KD＝0，KI＝0输入所述仿真模型进行甩负荷仿真；其中，KP为所述比例环节放大倍数，KD为所述微分环节放大倍数，KI为所述积分环节放大倍数；

以预设的负荷量设置甩负荷故障；其中，所述负荷量不大于所述水电机组额定功率的2％。

3.如权利要求2所述的水电机组调速***PID参数整定方法，其特征在于，所述采用预设的仿真模型对水电机组进行时域仿真，确定所述水电机组达到临界稳定状态时的比例环节放大倍数和对应的振荡周期具体为：

通过所述仿真程序进行甩负荷仿真，逐步提高所述比例环节放大倍数的取值，以得到第一频率变化曲线；

获取当所述第一频率变化曲线出现正弦等幅振荡时对应的比例环节放大倍数值和正弦振荡周期，作为所述水电机组达到临界稳定状态的比例环节放大倍数和对应的正弦振荡周期。

4.如权利要求1所述的水电机组调速***PID参数整定方法，其特征在于，所述根据所述水电机组达到临界稳定状态时的比例环节放大倍数和对应的振荡周期，计算PID参数中的比例环节放大倍数和微分环节放大倍数具体为：

根据公式(1)计算所述PID参数中的比例环节放大倍数

KP₁＝0.6×KP_MAX (1)

其中，KP₁为所述PID参数中的比例环节放大倍数，KP_MAX为所述水电机组达到临界稳定状态时的比例环节放大倍数；

根据公式(2)计算所述PID参数中的微分环节放大倍数

KD₁＝min{0.075×KP_MAX×T，KD₀} (2)

其中，KD₁为所述PID参数中的微分环节放大倍数，T为所述水电机组达到临界稳定状态时对应的振荡周期，KD₀为所述水电机组正常运行时的典型微分环节放大倍数值；min{0.075×KP_MAX×T，KD₀}表示取两个参数中较小的数值。

5.如权利要求1所述的水电机组调速***PID参数整定方法，其特征在于，所述根据计算所得的PID参数中的比例环节放大倍数和微分环节放大倍数，采用所述预设的仿真模型进行时域仿真，确定所述水电机组达到临界稳定状态的积分环节放大倍数，作为所述PID参数中的积分环节放大倍数，之前包括：

将所述仿真模型的PID参数设置为KP＝KP₁，KD＝KD₁，KI＝0；其中，KP为所述比例环节放大倍数，KD为所述微分环节放大倍数，KI为所述积分环节放大倍数。

以预设的负荷量设置甩负荷故障；其中，所述负荷量不大于所述水电机组额定功率的2％。

6.如权利要求5所述的水电机组调速***PID参数整定方法，其特征在于，所述采用所述预设的仿真模型进行时域仿真，确定所述水电机组达到临界稳定状态的积分环节放大倍数，作为所述PID参数中的积分环节放大倍数具体为：

将所述PID参数中的比例环节放大倍数和微分环节放大倍数输入所述仿真模型进行甩负荷仿真，逐步提高所述积分环节放大倍数的取值，以得到第二频率变化曲线；

获取当所述第二频率变化曲线出现正弦等幅振荡时对应的积分环节放大倍数值，作为所述水电机组达到临界稳定状态的积分环节放大倍数。

7.如权利要求1所述的水电机组调速***PID参数整定方法，其特征在于，所述根据所述PID参数中的比例环节放大倍数、微分环节放大倍数以及积分环节放大倍数，采取所述预设的仿真模型进行仿真验证，完成所述PID参数的整定，具体为：

将所述PID参数中的比例环节放大倍数、微分环节放大倍数以及积分环节放大倍数输入所述仿真模型进行故障仿真，以得到第三频率变化曲线；

验证所述PID参数是否优化超低频振荡阻尼，在通过验证后完成所述PID参数的整定。

8.如权利要求7所述的水电机组调速***PID参数整定方法，其特征在于，通过以下方式验证所述PID参数是否优化超低频振荡阻尼：

对比第一频率变化曲线与所述第三频率变化曲线的差异；其中，所述第一频率变化曲线由PID参数初始为KP＝0，KD＝0，KI＝0输入所述仿真模型进行仿真得到；

当检测到所述第三频率变化曲线的超低频振荡阻尼高于所述第一频率变化曲线的超低频振荡阻尼时，则确定所述PID参数优化超低频振荡阻尼。

9.如权利要求8所述的水电机组调速***PID参数整定方法，其特征在于，所述方法还包括：

当检测到所述第三频率变化曲线的超低频振荡阻尼不高于所述第一频率变化曲线的超低频振荡阻尼时，则重新采用预设的仿真模型对水电机组进行时域仿真，确定所述水电机组达到临界稳定状态时的比例环节放大倍数和对应的振荡周期。

10.一种水电机组调速***PID参数整定装置，其特征在于，包括：

第一模块，用于采用预设的仿真模型对水电机组进行时域仿真，确定所述水电机组达到临界稳定状态时的比例环节放大倍数和对应的振荡周期；

第二模块，用于根据所述水电机组达到临界稳定状态时的比例环节放大倍数和对应的振荡周期，计算PID参数中的比例环节放大倍数和微分环节放大倍数；

第三模块，用于根据计算所得的PID参数中的比例环节放大倍数和微分环节放大倍数，采用所述预设的仿真模型进行时域仿真，确定所述水电机组达到临界稳定状态的积分环节放大倍数，作为所述PID参数中的积分环节放大倍数；

第四模块，用于根据所述PID参数中的比例环节放大倍数、微分环节放大倍数以及积分环节放大倍数，采取所述预设的仿真模型进行仿真验证，完成所述PID参数的整定。