前 言隨著我國能源結構改革的不斷深入，抽水蓄能電站作為可再生能源的儲能技術以及有效地電網調峰、調頻工具，得到了快速發(fā)展與大規(guī)模建設。抽水蓄能機組的復雜輸水管道布置、可逆式的運行方式、頻繁的工況轉換以及水泵水輪機固有的S區(qū)域與駝峰區(qū)域，使得機組調速系統呈現時變、非小相位、復雜非線性以及水-機-電強耦合等特點。這些特點不僅給機組調節(jié)、電站穩(wěn)定運行帶來了極大的困難，且安全問題日益凸顯，給機組的安全、穩(wěn)定與高效運行帶來了一系列亟待解決的科學前沿問題和工程技術難題。進一步，大規(guī)模間歇性可再生能源接入電網以及電網負荷的劇烈波動，使得機組調速系統控制與優(yōu)化運行呈現高度復雜特性，亟需開展抽水蓄能機組調速系統先進控制策略與優(yōu)化運行等關鍵技術的研究。本書以建立抽水蓄能機組調速系統精細化模型、探索適用于過程實際應用的先進智能控制策略為目標，系統的開展了調速系統建模、動力學演化規(guī)律分析及參數辨識研究，構建了調速系統線性模型與非線性模型參數辨識的方法體系；進一步，針對抽水蓄能機組調速系統傳統控制策略在處理極端工況條件下安全穩(wěn)定運行的不足，深入研究了新型控制策略與導葉關閉規(guī)律多目標優(yōu)化方法。本書可供水利工程專業(yè)師生，了解抽水蓄能機組建模與優(yōu)化控制的一般方法，同時提供先進控制模型的建模思路和優(yōu)化方法。全書分為6章。第1章為緒論部分，介紹了本書研究的背景與意義，闡述了抽水蓄能機組運行的特點與問題，重點論述了抽水蓄能機組調速系統辨識理論與研究現狀，分析了抽水蓄能機組控制優(yōu)化的特點與研究現狀。第2章為抽水蓄能機組調速系統建模及非線性動力學分析。闡述并建立了抽水蓄能機組調速系統各環(huán)節(jié)的數學模型，分別建立了調速系統線性模型、非線性模型以及數值計算模型；引入非線性動力學分析方法，刻畫了調速系統過渡過程的動態(tài)響應過程，探明了水泵水輪機S特性對于機組轉速振蕩的影響，揭示了機組運行在S特性區(qū)域的非線性動力學行為及其動力災變演化規(guī)律，為控制策略優(yōu)化研究提供了理論依據。第3章為抽水蓄能機組調速系統參數辨識。針對抽水蓄能機組自身的運行特性引起的參數辨識難題，研究了智能優(yōu)化算法的非線性辨識理論，引入引力搜索方法并對其進行優(yōu)化改進，構建了基于改進引力搜索算法的自適應一體化參數辨識模型；進一步，為克服神經網絡辨識對于樣本數據的依賴性以及對白箱辨識的不適用性，提出了一種基于調速系統白箱線性模型映射的BP神經網絡參數辨識方法，實現了抽水蓄能機組調速系統模型的精確參數辨識。第4章為抽水蓄能機組調速系統分數階PID控制器設計與參數優(yōu)化。針對水泵水輪機S特性區(qū)域引起的系統在低水頭空載工況運行不穩(wěn)定問題，結合分數階微積分思想與智能控制理論，構建了包含調速系統分數階PID控制器與模糊分數階PID控制器的控制策略體系，并分別引入多場景分析和改進GSA算法對控制器進行性能分析與參數優(yōu)化，有效提高了機組運行在低水頭空載工況系統的控制品質。第5章為復雜工況下抽水蓄能機組導葉關閉規(guī)律多目標優(yōu)化�；�于抽水蓄能機組導葉關閉規(guī)律優(yōu)化的研究基礎，分析了一管-雙機抽水蓄能機組轉速上升與水擊壓力上升的多目標優(yōu)化屬性，引入水力單元調保計算安全閾值邊界和調速器油速等多重約束因素，構建了考慮多重約束條件的機組導葉關閉規(guī)律多目標優(yōu)化模型，為實現復雜模型的高效求解，結合多目標優(yōu)化理論與本書提出的改進引力搜索算法，進一步提出了改進多目標引力搜索算法，快速制定了滿足控制要求的關閉規(guī)律非支配方案集，為機組的安全、優(yōu)化運行提供了科學的決策支持。第6章為總結及展望。對本書的研究內容以及創(chuàng)新性成果進行總結歸納，并對抽水蓄能機組優(yōu)化控制與運行領域下一階段的研究方向進行了展望。本書作者許顏賀博士與周建中教授所在團隊長期從事水電機組非線性建模、系統參數辨識、控制優(yōu)化、故障診斷以及狀態(tài)評估理論、模型、算法及應用研究。團隊主持承擔了多項關系到我國重大決策的流域水利水電工程運行、控制、仿真與診斷研究中的關鍵技術與重大科學問題的科研任務，一批成果在全國重大水利樞紐工程中發(fā)揮關鍵作用，具有協同解決重大、綜合性關鍵問題的能力，眾多研究企及國際學術前沿水平，研究成果在學術界具有重要影響，產生了巨大的社會效益與經濟效益。與本書研究內容密切相關的成果獲國家科技進步二等獎1項、教育部自然科學一等獎1項、中國水力發(fā)電科學技術一等獎1項、二等獎1項、發(fā)明專利14項、軟件著作權2項，出版專著2部、發(fā)表高水平論文200多篇。書稿在周建中教授指導許顏賀博士的博士論文基礎上編寫完成，但由于水平有限，時間緊張，書中難免出現疏漏，希望讀者提出寶貴意見，以便再版時修改和完善，甚為感謝。 作者 2018年4月