基于Ziegler-Nichols频域PID的水轮机自适应调速系统设计

代月明，张丽娜，朱习军

(1.徐州工程学院 信电工程学院，江苏 徐州 221018；2.青岛科技大学 信息工程学院，山东 青岛 266061)

电力系统的负荷变化将导致其频率的变化.水轮机调速系统的作用是将转速信号(机组频率)与电网频率(给定频率)进行对比，根据其差值来控制水轮机过水流量，从而调节水轮机转速，使机组的频率维持在规定范围内(±0.2 Hz)[1].传统的PID控制是经典的控制策略之一，然而实际生产过程往往具有非线性、时变不确定性，难以建立精确的数学模型，由于参数整定方法比较繁杂，常规PID控制器往往整定不良，性能欠佳，对运行工况的适应性很差，达不到理想的控制效果.针对传统PID控制器随水轮机工况切换、参数时变适应性差、PID调速器不能根据过程对象变化自动调整控制参数的缺点，本文提出了基于Ziegler-Nichols 频域响应曲线根轨迹的PID参数自动整定方法：当过程变量及其转速改变时，能对被控对象参数进行在线检测辨识，根据经验公式，由在线检测结果实时调整优化PID控制器过程参数.Ziegler-Nichols频率响应方法在水轮发电机控制系统中自动调节水轮机及引水系统的开度和进水量，稳定发电机的转速和频率，提高了系统运行工况的自适应性，保证控制回路始终运行在最佳状态.通过建立水轮机调速系统转速数学模型，构建了基于Ziegler-Nichols PID参数自动整定方法的水轮机调速控制系统仿真框图.该水轮机调速PID自适应控制器的研究，为将水能转换为电能的工程建设……