1、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(wǎng)調(diào)峰、調(diào)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(diào)速系統(tǒng)呈現(xiàn)時變、非最小相位、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(diào)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

2、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(wǎng)以及電網(wǎng)負荷的劇烈波動，使得機組調(diào)速系統(tǒng)控制與優(yōu)化運行呈現(xiàn)高度復雜特性，亟需開展抽水蓄能機組調(diào)速系統(tǒng)先進控制策略與優(yōu)化運行等關鍵技術的研究。
　　抽水蓄能機組調(diào)速系統(tǒng)高精度建模是開展上述關鍵科學問題研究的基礎，傳統(tǒng)的建模方法大都將水泵水輪機簡化為一階線性模型，無法有效描述機組的運行特性以及調(diào)速系統(tǒng)的強非線性，制約了基于精確模型的參數(shù)辨識、智能控制策略、優(yōu)化運行等關鍵技術

3、領域的研究與發(fā)展。為此，本文以抽水蓄能機組安全、高效、穩(wěn)定運行的需求為切入點，圍繞抽水蓄能機組調(diào)速系統(tǒng)精確建模與控制優(yōu)化領域的關鍵科學問題與技術瓶頸，以系統(tǒng)辨識、現(xiàn)代控制理論與智能優(yōu)化算法為理論基礎，以對象建模、仿真計算分析、工程實踐驗證為研究主線，針對抽水蓄能機組調(diào)速系統(tǒng)辨識與控制優(yōu)化開展了深入的研究，取得了一定的理論突破與方法創(chuàng)新，研究成果在我國江西洪屏抽水蓄能電站得到應用示范，本文的主要研究成果與創(chuàng)新如下：
　　（1）綜合分

4、析抽水蓄能機組調(diào)速系統(tǒng)的各環(huán)節(jié)結構與數(shù)學描述方法，結合水泵水輪機的運行特性與全特性曲線數(shù)值變換方法，構建了可以滿足不同研究應用需求的調(diào)速系統(tǒng)線性模型、基于全特性曲線對數(shù)投影變換的非線性模型以及數(shù)值計算模型；進一步，基于建立的調(diào)速系統(tǒng)非線性模型，發(fā)現(xiàn)了機組轉速在控制參數(shù)域內(nèi)的分岔現(xiàn)象，獲得了系統(tǒng)非線性動力學時域圖、相軌跡圖和Pioncare映射圖，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

5、學行為及其動態(tài)演化規(guī)律，為調(diào)速系統(tǒng)先進控制策略研究提供了理論依據(jù)。
　?。?）為實現(xiàn)抽水蓄能機組調(diào)速系統(tǒng)實時運行狀態(tài)的參數(shù)辨識，以建立的抽水蓄能機組調(diào)速系統(tǒng)非線性模型為研究對象，提出了適用于求解調(diào)速系統(tǒng)高維參數(shù)辨識問題的改進菌群覓食趨化性-引力搜索算法（bacterial foraging chemotaxis-gravitational search algorithm，BCGSA），引入?yún)?shù)辨識重要度因子，建立了基于BCGSA

6、的自適應一體化參數(shù)辨識模型，實現(xiàn)了非線性模型的高精度辨識；進一步，以調(diào)速系統(tǒng)線性模型為研究對象，提出了基于調(diào)速系統(tǒng)“白箱”線性模型映射的BP神經(jīng)網(wǎng)絡參數(shù)辨識方法，克服了傳統(tǒng)神經(jīng)網(wǎng)絡系統(tǒng)辨識對于大量樣本數(shù)據(jù)的依賴以及辨識結果泛化能力差的缺陷，發(fā)展了調(diào)速系統(tǒng)精確建模的研究范式。
　?。?）針對抽水蓄能機組在低水頭空載工況運行易進入“S”特性區(qū)域，進而引起機組轉速振蕩、并網(wǎng)困難等問題，引入分數(shù)階微積分思想，建立了一種新型調(diào)速系統(tǒng)分數(shù)階P

7、ID控制器，有效抑制了“S”特性區(qū)域對機組空載穩(wěn)定的不利影響；進一步，深入研究模糊控制理論，綜合分析模糊分數(shù)階PI與模糊分數(shù)階PD控制器的特點，推求了適用于工程實際的模糊規(guī)則，建立了抽水蓄能機組調(diào)速系統(tǒng)自適應快速模糊分數(shù)階PID控制器（AFFFOPID），仿真實驗表明，AFFFOPID進一步改善了低水頭空載運行時機組頻率和導葉開度的過渡過程，提高了抽水蓄能機組調(diào)節(jié)系統(tǒng)的控制品質(zhì)。
　?。?）針對大波動工況下抽水蓄能機組運行不穩(wěn)定問

8、題，深入探討了不同導葉關閉方式的特點及其對輸水系統(tǒng)各水力單元的水力特性的影響，基于本文建立的“一管-雙機”式抽水蓄能機組調(diào)速系統(tǒng)數(shù)值計算模型，引入水力單元調(diào)保計算安全閾值邊界和調(diào)速器油速等多重約束因素，建立了均衡考慮機組轉速上升率與水錘壓力波動的導葉關閉規(guī)律多目標優(yōu)化模型，并提出了一種基于種群重構、多目標趨化性操作以及精英檔案集指導等機制的改進多目標引力搜索算法（IMOGSA），實現(xiàn)了機組導葉關閉規(guī)律多目標優(yōu)化問題的高效求解，快速制定出

9、了甩負荷、水泵斷電工況下分布均勻且廣泛的導葉關閉規(guī)律非支配方案集，為保障抽水蓄能機組的安全、穩(wěn)定運行提供了理論依據(jù)與科學的指導。
　?。?）基于本文抽水蓄能機組調(diào)速系統(tǒng)辨識與控制優(yōu)化研究的理論成果，設計開發(fā)了一種面向服務的抽水蓄能機組調(diào)速系統(tǒng)控制優(yōu)化與性能評估應用系統(tǒng)，通過調(diào)速系統(tǒng)分布式集散監(jiān)測數(shù)據(jù)融合，實現(xiàn)了調(diào)速系統(tǒng)參數(shù)辨識、控制優(yōu)化與性能評估等功能，該系統(tǒng)已成功應用于江西洪屏抽水蓄能電站，為電站運行人員提供科學的輔助決策建議，