摘要：抽水蓄能電站機組調節系統是電站自動化系統中的核心控制系統，對機組和電力系統的穩定、安全運行起著至關重要的作用，加強調節系統控制優化研究十分重要。該文概述了抽蓄機組調節系統的具體組成結構，著重從PID控制、智能控制和其他先進控制方法這3個方面對抽蓄機組調節系統控制優化進行了分析，并從控制策略優化、模型精細化和智能算法參數整定這3個方面指出了未來抽蓄機組調節系統控制優化的發展方向。

　　關鍵詞：抽水蓄能電站 調節系統 優化 PID控制 智能控制

　　隨著經濟社會的快速發展，電力負荷持續增長，電力系統峰谷差逐步加大，特別是為適應風電、光伏發電等新能源快速發展以及核電安全穩定運行需要，保障電力系統安全可靠運行，合理配套和加快抽水蓄能電站建設十分必要。特別是在我國提出“碳達峰、碳中和”目標背景下，加快發展抽水蓄能電站，提升電力系統靈活性、經濟性和安全性，構建以新能源為主體的新型電力系統的已成為迫切的現實要求。但目前我國在運抽水蓄能電站裝機規模為31.79GW，占電源總裝機比重僅為1.4%，無法滿足新能源快速需求。近日國家能源局綜合司印發關于征求對《抽水蓄能中長期發展規劃(2021-2035年)》(征求意見稿)的函，提出到2035年我國抽水蓄能裝機規模將增加到3億kW。按照“規劃”提出的目標，意味著未來15年我國抽水蓄能裝機將有近10倍的增長空間。可以說，抽蓄電站正迎來大開發、大建設的黃金時期。

　　抽蓄電站機組調節系統作為電站自動發電控制的終端執行機構和核心控制系統，承擔著控制機組開停機、工況轉換、緊急停機、一次調頻和機組功率調節的重任，其重要性不言而喻。而抽水蓄能電站機組具有水輪機和水泵雙向運行的特點，且其工況頻繁轉換、水力特性十分復雜，使得其調節系統為一個具有非最小相位的、水、機、電耦合的、非線性的復雜系統，這也使得抽蓄電站機組調節系統的優化十分困難。隨著抽蓄電站規未來進一步模化開發建設，其所在電網中的比例不斷增加，機組的安全穩定運行勢必影響到整個電網。因此，加強抽蓄電站機組調節系統控制參數優化整定方法研究、探索新型控制規律，對于提高調節系統動態響應性能、改善抽水蓄能機組控制品質和保障電站穩定高效運行意義重大。

　　2 抽蓄機組調節系統結構組成

　　抽水蓄能機組調節系統由被控對象和調節系統兩大部分組成。被控對象包括水泵水輪機、有壓引水系統和發電機/電動機系統。調節系統調速器主要包括調節器和電液隨動系統。具體組成結構如圖1所示。

　　抽水蓄能機組微機調節器通常采用并聯PID控制模式，與常規水電站水輪發電機組調節器在功能和結構上基本類似，同樣具有開度調節、頻率調節、開停機等功能。電液隨動系統是抽水蓄能機組調速器的具體物理執行機構，該系統可將微機調節器的電氣信號轉換為液壓位置信號，并將該信號進行放大以驅動調速器接力器產生位移，從而實現水泵水輪機導葉開度的調節控制。電液隨動系統主要包括主接力器和主配壓閥等設備。

　　3 抽蓄機組調節系統控制優化研究

　　我國抽水蓄能電站建設與運行時間較短，因此在抽蓄機組調節系統控制優化研究與應用方面也起步較晚。但近些年，隨著抽蓄電站的不斷開發、建設和投運，越來越多的專家和學者開始關注到抽蓄機組調節系統控制優化問題，在理論和應用方面展開了大量的研究和探索，并取得了一些有益成果，該文將從PID控制、智能控制和其他先進控制方法這3個方面進行討論和分析。

　　3.1 PID控制

　　PID控制是自動控制系統中最為經典的控制方法，也是最為成熟的控制策略，在工業控制各個領域中有著廣泛的應用。同樣，傳統 PID 的控制規律因其結構簡單、操作方便等特點早期被廣泛應用于我國常規水電站和抽水蓄能電站。然而PID控制因在非線性領域和環境自適應方面存在明顯不足，使得機組的動態調節能力完全取決于PID控制器參數的優化整定結果，而抽蓄機組調節系統卻是一個強非線性的復雜控制系統，加之抽水蓄能機組作為電網中調頻調峰的主要機型，其運行工況較常規機組更多，且工況轉換更為頻繁，使得機組工況發生頻繁切換時控制品質劣化，出現機組運行不穩定現象。因此，部分專家學者針對常規 PID 控制在抽水蓄能機組應用中存在的這些不足，提出了一些改進型的PID控制方法并將其部分應用到實際的抽蓄機組中，取得了一定的效果。

　　近年來，分數階微積分理論在控制領域中的應用逐漸成為研究熱點。作為分數階微積分理論應用的重要成果分數階PID控制器也憑借其突出的靈活性、適應性和良好的整體控制性能被逐步引入到水電控制領域。單華等人[1]針對抽水蓄能電站的區域電網負荷頻率控制進行了研究，設計了一個分數階PID控制器，提出了基于Outsaloup算法的分數階PID控制策略，并通過仿真計算驗證了該控制策略在非線性控制系統中具有良好的控制效果和較強的魯棒穩定性。有相關學者也對分數階PID控制策略在抽水蓄能機組調節系統的應用進行了研究，并通過構建精細化數學模型，采用一定的目標函數，驗證了相應控制策略在實際應用中的良好性能[2-3]。在 PID 與其他先進理論與方法相結合方面，趙志高等人[4]針對現有PID控制在不同水頭空載工況下表現出的適應性較差及現有用于控制參數優化的抽蓄機組調節系統模型不夠精細的問題，提出了一種基于非線性抽水蓄能機組精細化模型的增益自適應PID控制策略，建立了基于特征線法和改進Suter變換的抽水蓄能調節系統精細化模型，通過仿真計算驗證了該控制策略在抽蓄機組調節系統中的有效性。還有一些相關學者將模糊控制與PID控制相結合形成新的控制方式，并應用于抽蓄機組調節系統，獲得良好的控制效果[5-6]。

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