一种在线硬件闭环网源协调线性自抗扰控制方法技术

本发明专利技术涉及一种在线硬件闭环网源协调线性自抗扰控制方法，以LABVIEW为开发环境，建立包括LADRC线性自抗扰的协调控制算法库；以NI Compact RIO控制器为载体，基于协调控制算法库，以LADRC取代传统PID控制模块，建立以能量平衡信号为前馈信号的网源协调LADRC线性自抗扰控制策略；本发明专利技术采用LADRC取代传统PID控制模块，不需要积分环节通过LADRC的ESO扩张观测器就能实现无静差，避免了积分反馈的副作用，不依赖于被控系统的具体数学模型并对内外扰有较强的抗扰能力，提高特高压电网内源侧网源协调控制策略的自适应性和抗扰动性，使整个系统在网源协调工作区间内具有良好的鲁棒性与适应性，方法简单，更便于工程化应用。

A method of linear adaptive disturbance rejection control for on line hardware closed loop network source

The invention relates to a method for controlling the ADRC a hardware in the loop network source linear coordination, LABVIEW environment for the development of a coordinated control algorithm library including LADRC linear ADRC; NI Compact RIO controller as the carrier, the coordination control algorithm based on the library, replacing the traditional PID control module based on LADRC, the establishment of control strategy of ADRC LADRC linear feedforward signal source network coordination in the energy balance signal; the invention adopts LADRC to replace the traditional PID control module, do not need the integral expansion by ESO can achieve LADRC observer without static error, avoid the side effects of integral feedback, does not depend on the specific mathematical model of the controlled system and strong the anti disturbance capability of UHV power grid disturbances, endogenous side net sources to improve the coordinated control strategy of adaptive and anti disturbance performance, make the whole system work in coordination network source interval The method has good robustness and adaptability, and the method is simple and convenient for engineering application.

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于智能电网的自动发电控制领域，具体涉及一种在线硬件闭环网源协调线性自抗扰控制方法。
技术介绍
第一、传统PID协调控制方案已经不能满足电网的快速频繁调峰需求形势下，国家电力监管委员会制定的《辅助服务补偿》和《电厂并网管理细则》即“两个细则”对网源协调控制AGC系统考核指标要求，需要采用新的智能控制策略取代PID控制器，要求不依赖于被控系统的具体数学模型并对内外扰有较强的抗扰能力，提高电网内源侧网源协调控制策略的自适应性和抗扰动性，使整个系统在网源协调工作区间内具有良好的鲁棒性与适应性；第二、目前针对网源协调电源侧涉网生产试验，尤其是“两个细则”AGC协调控制考核指标的相关生产试验，现场DCS系统繁多，很难统一实现控制策略部署；而且现场控制对象特性变化大，需要定期优化控制策略。缺乏一种一体化在线生产试验控制效果验证与控制策略快速部署平台，可实现网源协调控制涉网生产试验的在线硬件闭环校验及生产试验性能效果的的预估评价，当前急需一种标准化的网源协调控制策略试验验证平台，基于在线数据开展闭环建模校验辨识现场生产试验模型，快速验证生产试验性能效果的的预估评价,实现各先进控制算法的验证性能分析等功能需求，最终实现快速批量化部署控制方案。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是提供一种可实现网源协调控制涉网生产试验的在线硬件闭环校验及生产试验性能效果的的预估评价的、具有良好的鲁棒性与适应性的在线硬件闭环网源协调线性自抗扰控制方法。本专利技术的技术方案是：一种在线硬件闭环网源协调线性自抗扰控制方法，其特征在于步骤如下：步骤(1)，以LABVIEW为开发环境，建立包括LADRC线性自抗扰的协调控制算法库；步骤(2)，以NICompactRIO控制器为载体，基于步骤(1)的协调控制算法库，以LADRC取代传统PID控制模块，建立以能量平衡信号为前馈信号的网源协调LADRC线性自抗扰控制策略；在NICompactRIO控制器上以100MS的扫描周期运行；所述网源协调LADRC线性自抗扰控制策略的输出边界为锅炉主控信号输出和汽机主控信号输出；所述网源协调LADRC线性自抗扰控制策略的输入边界为调度AGC能量需求信号，主汽压力设定值以及功率设定值；步骤(3)，以PXI仿真平台为载体，基于LABVIEW开发环境，基于步骤(1)的协调控制算法库，进行图形化组态编程，建立协调控制热工对象；接收协调控制逻辑输出信号，作为协调控制热工对象的控制逻辑的输入信号；针对协调控制热工对象，从现场实时数据或者历史数据中获取阶跃响应波形；用三阶传递函数或者三阶传递函数的串联形式拟合实际协调控制热工对象的特性，使用差分演化算法对实际协调控制热工对象进行三阶传递函数生产试验模型辨识，最终确定实际协调控制热工对象的实时三阶传递函数模型；所述协调控制热工对象包括燃烧控制系统、给水控制系统以及主汽温控制系统的控制逻辑；步骤(4)，以RJ45接口为通讯方式，将步骤(2)中NICompactRIO控制器与步骤(3)中PXI仿真平台硬件对接，建立NICompactRIO控制器和PXI平台的网络通讯；使用步骤(2)中基于NICompactRIO控制器的LADRC线性自抗扰控制器策略，控制对步骤(3)中PXI仿真平台的三阶传递函数模型对象进行控制策略验证，观察仿真模型对象输出，利用试凑法优化LADRC自抗扰控制系数，确定步骤(2)中LADRC线性自抗扰控制器策略的最优控制效果；步骤(5)，将步骤(2)中以NICompactRIO控制器为载体建立的网源协调LADRC自抗扰控制器策略应用到网源协调控制涉网生产试验，同时将步骤(3)中的实时数据接入步骤(4)的PXI仿真平台；根据国家电力监管委员会下达《辅助服务补偿》和《电厂并网管理细则》中的AGC考核指标对步骤(3)中已经验证效果的网源协调LADRC自抗扰控制器策略的控制性能进行评估，同时对步骤(3)的实际协调控制热工对象的实时三阶传递函数模型进行修正；根据AGC考核指标对网源协调LADRC自抗扰控制器策略的调节速度和调节精度进行判断，如果满足AGC考核指标，则进行推广应用；如果不满足AGC考核指标，则重复步骤(3)～步骤(5)。所述步骤(1)中所述的协调控制算法库包括算法名称、超前滞后模块、带跟踪的增减脉冲手操器、高低限报警模块、模拟量二选一模块、数字手操器DMA、LADRC线性自抗扰算法、纯滞后模块、12段函数发生器、12段函数映射模块、M/A手操站以及模拟量数据点质量判断模块；控制逻辑中运算所需的数学运算模块以及逻辑判断模块均采用LABVIEW中的相同功能模块。所述步骤(2)中所述的网源协调LADRC线性自抗扰控制策略按照DCS控制逻辑分页建立，DCS控制器逻辑的每一页逻辑实现对应网源协调LADRC线性自抗扰控制策略中的一个VI逻辑程序；网源协调LADRC线性自抗扰控制策略包括：AGC机组负荷指令设定逻辑、汽机协调控制逻辑、锅炉协调控制逻辑、一次调频控制逻辑；为了保证现场安全，还建立了心跳算法通讯逻辑。所述步骤(3)中所述的三阶传递函数生产试验模型辨识的步骤为：三阶传递函数通用形式如下：式中b1、为传递函数辨识系数；针对要辨识建模的对象，采用差分演化算法计算三阶传递函数，对对象模型进行参数寻优；4.1编码方式采用实数编码，将(a0,a1,a2,a3,b0,b1)作为一个个体矢量xi,处理数据范围；4.2适应度函数选取采用阶跃响应确定三阶传递函数的参数，考虑评估条件的非负性和求解问题的快捷性，设定适应性函数为误差型目标函数：其中，MG(k)表示三阶传递函数的阶跃响应采样数据，MS(k)表示根据实时数据或者历史数据得到的阶跃响应采样数据，ek表示在N个采样数据中，三阶传递函数的阶跃响应与实时数据或者历史数据的阶跃响应的误差和；4.3辨识实现步骤①定义编码矢量xi＝(a0,a1,a2,a3,b0,b1)，随机产生N个个体，初始化群体，赋值进化代数g＝0；②确立适应度函数fi(g)＝ek，评价初始代所有个体适应度fi(g＝0)；得到最优适应值fbest和最优个体xbest；③如果满足运算结束条件，停止运算，输出最优解；否则转向④；④群体中所有个体进行变异交叉，生成中间变量ui(g)；⑤变异具体操作为：当代群体中随机选择3个个体作为父代个体进行变异，即选择且i≠r1≠r2≠r3，按照如下方法生成变异变量，其中F∈[0,2]为变异算子，是一个实常数因数，控制偏差变量的放大作用，r1,r2,r3为随机整数；⑥杂交操作具体实现为：在完成变异操作后，基于交叉算子CR将通过变异产生的变异向量vr,G+1与目标向量xi(g)进行杂交，得到杂交尝试向量ui(g)，如下所示：ui,G+1＝(u1i,G+1,u2i,G+1,...,uNi,G+1)(4)式中：randb(j)为第j个[0，1]之间的随机数；rnbr(i)为随机选择序列；CR为交叉算子，取值范围为[0，1]；⑦根据4.2中定义的适应度函数评价群体适应值fi(g+1)；⑧采用贪婪选择算法，选择下一代群体个体xi(g+1)，若fi(g+1)<fbest，则令fbest＝fi(g+1),xbest＝xi(g+1)；⑨化代数递增g＝g+1，跳转到③。所述步骤(4本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种在线硬件闭环网源协调线性自抗扰控制方法，其特征在于步骤如下：步骤(1)，以LABVIEW为开发环境，建立包括LADRC线性自抗扰的协调控制算法库；步骤(2)，以NI Compact RIO控制器为载体，基于步骤(1)的协调控制算法库，以LADRC取代传统PID控制模块，建立以能量平衡信号为前馈信号的网源协调LADRC线性自抗扰控制策略；在NI Compact RIO控制器上以100MS的扫描周期运行；所述网源协调LADRC线性自抗扰控制策略的输出边界为锅炉主控信号输出和汽机主控信号输出；所述网源协调LADRC线性自抗扰控制策略的输入边界为调度AGC能量需求信号，主汽压力设定值以及功率设定值；步骤(3)，以PXI仿真平台为载体，基于LABVIEW开发环境，基于步骤(1)的协调控制算法库，进行图形化组态编程，建立协调控制热工对象的控制逻辑；接收协调控制逻辑输出信号，作为协调控制热工对象的控制逻辑的输入信号；针对协调控制热工对象，从现场实时数据或者历史数据中获取阶跃响应波形；用三阶传递函数或者三阶传递函数的串联形式拟合实际协调控制热工对象特性，使用差分演化算法对实际协调控制热工对象进行三阶传递函数生产试验模型辨识，最终确定实际协调控制热工对象的实时三阶传递函数模型；所述协调控制热工对象包括燃烧控制系统、给水控制系统以及主汽温控制系统；步骤(4)，以RJ45接口为通讯方式，将步骤(2)中NI Compact RIO控制器与步骤(3)中PXI仿真平台硬件对接，建立NI Compact RIO控制器和PXI平台的网络通讯；使用步骤(2)中基于NI Compact RIO控制器的LADRC线性自抗扰控制器策略，控制对步骤(3)中PXI仿真平台的三阶传递函数模型对象进行控制策略验证，观察仿真模型对象输出，利用试凑法优化LADRC自抗扰控制系数，确定步骤(2)中LADRC线性自抗扰控制器策略的最优控制效果；步骤(5)，将步骤(2)中以NI Compact RIO控制器为载体建立的网源协调LADRC自抗扰控制器策略应用到网源协调控制涉网生产试验，同时将步骤(3)中的实时数据接入步骤(4)的PXI仿真平台；根据国家电力监管委员会下达《辅助服务补偿》和《电厂并网管理细则》中的AGC考核指标对步骤(3)中已经验证效果的网源协调LADRC自抗扰控制器策略的控制性能进行评估，同时对步骤(3)的实际协调控制热工对象的实时三阶传递函数模型进行修正；根据AGC考核指标对网源协调LADRC自抗扰控制器策略的调节速度和调节精度进行判断，如果满足AGC考核指标，则进行推广应用；如果不满足AGC考核指标，则重复步骤(3)～步骤(5)；...

【技术特征摘要】
1.一种在线硬件闭环网源协调线性自抗扰控制方法，其特征在于步骤如下：步骤(1)，以LABVIEW为开发环境，建立包括LADRC线性自抗扰的协调控制算法库；步骤(2)，以NICompactRIO控制器为载体，基于步骤(1)的协调控制算法库，以LADRC取代传统PID控制模块，建立以能量平衡信号为前馈信号的网源协调LADRC线性自抗扰控制策略；在NICompactRIO控制器上以100MS的扫描周期运行；所述网源协调LADRC线性自抗扰控制策略的输出边界为锅炉主控信号输出和汽机主控信号输出；所述网源协调LADRC线性自抗扰控制策略的输入边界为调度AGC能量需求信号，主汽压力设定值以及功率设定值；步骤(3)，以PXI仿真平台为载体，基于LABVIEW开发环境，基于步骤(1)的协调控制算法库，进行图形化组态编程，建立协调控制热工对象的控制逻辑；接收协调控制逻辑输出信号，作为协调控制热工对象的控制逻辑的输入信号；针对协调控制热工对象，从现场实时数据或者历史数据中获取阶跃响应波形；用三阶传递函数或者三阶传递函数的串联形式拟合实际协调控制热工对象特性，使用差分演化算法对实际协调控制热工对象进行三阶传递函数生产试验模型辨识，最终确定实际协调控制热工对象的实时三阶传递函数模型；所述协调控制热工对象包括燃烧控制系统、给水控制系统以及主汽温控制系统；步骤(4)，以RJ45接口为通讯方式，将步骤(2)中NICompactRIO控制器与步骤(3)中PXI仿真平台硬件对接，建立NICompactRIO控制器和PXI平台的网络通讯；使用步骤(2)中基于NICompactRIO控制器的LADRC线性自抗扰控制器策略，控制对步骤(3)中PXI仿真平台的三阶传递函数模型对象进行控制策略验证，观察仿真模型对象输出，利用试凑法优化LADRC自抗扰控制系数，确定步骤(2)中LADRC线性自抗扰控制器策略的最优控制效果；步骤(5)，将步骤(2)中以NICompactRIO控制器为载体建立的网源协调LADRC自抗扰控制器策略应用到网源协调控制涉网生产试验，同时将步骤(3)中的实时数据接入步骤(4)的PXI仿真平台；根据国家电力监管委员会下达《辅助服务补偿》和《电厂并网管理细则》中的AGC考核指标对步骤(3)中已经验证效果的网源协调LADRC自抗扰控制器策略的控制性能进行评估，同时对步骤(3)的实际协调控制热工对象的实时三阶传递函数模型进行修正；根据AGC考核指标对网源协调LADRC自抗扰控制器策略的调节速度和调节精度进行判断，如果满足AGC考核指标，则进行推广应用；如果不满足AGC考核指标，则重复步骤(3)～步骤(5)；2.根据权利要求1所述的一种在线硬件闭环网源协调线性自抗扰控制方法，其特征在于所述步骤(1)中所述的协调控制算法库包括算法名称、超前滞后模块、带跟踪的增减脉冲手操器、高低限报警模块、模拟量二选一模块、数字手操器DMA、LADRC线性自抗扰算法、纯滞后模块、12段函数发生器、12段函数映射模块、M/A手操站以及模拟量数据点质量判断模块。3.根据权利要求1所述的一种在线硬件闭环网源协调线性自抗扰控制方法，其特征在于所述步骤(2)中所述的网源协调LADRC线性自抗...

【专利技术属性】
技术研发人员：马瑞，范辉，杨春来，任素龙，金飞，彭钢，
申请(专利权)人：河北省电力建设调整试验所，国家电网公司，国网河北省电力公司电力科学研究院，
类型：发明
国别省市：河北;13