一种基于谷电价格变化的太阳能补偿型电锅炉供热控制方法技术

本发明专利技术公开了一种基于谷电价格变化的太阳能补偿型电锅炉供热控制方法，包括：谷电价格预报步骤：采用基于时间序列的谷电价格预报方法对谷电价格变化进行预报；谷电价格预报校正步骤：对谷电价格预报步骤得到的预报电价进行误差校正；补偿步骤：消除预报步骤后得到的谷电价格的波动影响；对象控制步骤：将补偿步骤的输出和谷电价格预报校正步骤的输出作为输入，采用预测控制，对大惯性供热负荷系统进行控制调节。与现有技术相比，本方法采用DMC预测控制对基于经济性指标的太阳能补偿型电锅炉系统进行负荷控制，并设计前馈补偿回路消除谷电价格波动对供热系统经济性的影响。具有较好的控制效果，一定的抗扰动能力，有效的提高了经济效益。

【技术实现步骤摘要】
一种基于谷电价格变化的太阳能补偿型电锅炉供热控制方法
本专利技术涉及一种基于谷电价格变化的太阳能补偿型电锅炉供热控制方法，属于热工控制领域。
技术介绍
供热行业密切联系人们的日常生活，考虑到空气污染日益严重，清洁供热技术显得很有必要。太阳能清洁无污染，但受季节，气候等因素影响，具有不稳定性。电锅炉对环境无排放无污染，但是电耗较大，因此将太阳能与电锅炉结合起来进行联合供热的研究很有必要。为使供热用户侧的温度达到稳定，必须对太阳能补偿的电锅炉联合供热系统进行控制。目前大多数的供热系统温度控制系统仍采用常规PID(比例-积分-微分)串级控制方案，难以有效应对被控对象的大延迟，非线性特征。本专利技术采用预测控制的方法，滚动优化求解每一采样时刻的最优控制量，同时设计前馈补偿回路减小太阳能参数波动对供热温度的影响，保证控制品质。目前电价仅分为峰谷电两种价格，随着电力改革，竞价上网，未来可能会出现谷电价格实时波动。太阳能补偿的电锅炉联合供热系统在满足用户热需求的前提下，提高系统经济性的研究也显得很有必要。
技术实现思路
专利技术目的：针对上述存在的问题和不足，本专利技术提供一种太阳能补偿的电锅炉联合供热系统以及在谷电价格波动的情况下系统的控制方法，能够解决上述问题，提高系统经济性，保证供热系统供热品质。技术方案：为实现上述专利技术目的，本专利技术采用的技术方案为：一种基于谷电价格变化的太阳能补偿型电锅炉供热控制方法，其特征在于，控制方法包括：谷电价格预报步骤：采用基于时间序列的谷电价格预报方法对谷电价格变化进行预报；谷电价格预报校正步骤：对谷电价格预报步骤得到的预报电价进行误差校正；补偿步骤：将谷电价格波动作为扰动，设计前馈补偿回路，消除预报步骤后得到的谷电价格的波动影响；对象控制步骤：将补偿步骤的输出和谷电价格预报校正步骤的输出作为输入，采用预测控制，对大惯性供热负荷系统进行控制调节。所述谷电价格预报步骤包含：11)针对谷电价格序列Q(k)，通过求取差分获得平稳随机序列，建立相应的ARMA预报模型，预报模型描述为：A(z-1)ΔQ(k)＝C(z-1)ξ(k)(1)式中：A(z-1)＝1+a1z-1+…anz-n，C(z-1)＝1+c1z-1+cnz-n，A(z-1)和C(z-1)是稳定的多项式，a1，a2，...，an和c1，c2，...，cn是多项式系数，Δ＝1-z-1为差分算子，ξ(k)为均值为零、方差为σ2的白噪声序列，n为多项式阶次，k为当前时刻的标度；12)采用减消记忆的递推最小二乘方法对式(1)中的参数进行估计，求取多项式系数的估计值和后，由最小方差预报原理，获取预报值：其中，为在k时刻对k+i时刻负荷差分的预报值；和为系数为估计值的多项式，下标1代表迭代次数为1；i为相对于当前k时刻的未来时点序号；13)获取谷电价格预报值Q(k)为：式中，j代为相对k时刻的未来时刻序号。所述谷电价格预报校正步骤包含：21)获取太阳能补偿型电锅炉供热系统对象的控制模型，稳态时对对象进行阶跃响应试验；(即对蓄热水箱阀门开度和电锅炉变频器频率加入10％的阶跃扰动信号，采样时间为10s，获得热用户热水温度和系统总能耗电价的阶跃响应特征；)22)建立控制系统的预测模型yPM(k)＝yP0(k)+AΔuM(k)，通过求解性能指标求出最优控制量Δu(k)进行滚动优化，利用反馈项e(k)＝y(k)-y1(k|k-1)进行误差校正，保证控制精度；式中：yP0(k)为k时刻起控制作用保持不变时，未来P个时刻内对象的输出；AD为动态矩阵；J(k)为k时刻的代价函数；wP(k)为k时刻时未来P个时刻内的设定值序列；Q，R分别为输出误差权矩阵和控制权矩阵；yPM(k)为k时刻起对象受到M个连续控制增量ΔuM(k)作用后在未来P个时刻内的输出；M为控制步长；y(k+1)为对象的在k+1时刻的实际输出；y1(k+1|k)为对象在k时刻受到1个控制增量，经过一步采样时间后在k+1时刻的预测输出；e(k+1)为模型误差；23)建立模型误差e(k)差分ω(k)的ARMA模型为：ω(k)+a1ω(k-1)+…anω(k-n)＝ξ(k)+c1ξ(k-1)+…+cnξ(k-n)(4)其中，ω(k)，...，ω(k-n)为误差差分序列，多项式参数a1，a2，…an和c1，c2，…cn采用ARMA的参数估计法进行估计；再利用最小方差预报原理，求取k时刻对未来的误差差分预报值为：式中：i、j代表相对k时刻的未来时点序号；最后求取在k时刻对k+i时刻的预报误差式中e(k)为k时刻的模型误差。所述对象控制步骤包含：31)利用最终预报误差准则估计太阳能参数对供热温度扰动模型的阶次，求解下式获取模型阶次其中，为扰动模型阶次，为模型输出残差的方差，L为数据长度；32)利用广义最小二乘方法辨识出环境参数扰动模型，考虑差分方程：式中：A(z-1)，B(z-1)和C(z-1)是稳定的多项式；33)假设噪声模型C(z-1)未知，用迭代估计的方法求得：g)令Ci(z-1)＝1，i＝0作为下标，表示迭代次数为0，ξ0＝100000为最大迭代次数；h)计算输出估计值输入估计值再更新迭代次数i＝i+1，式中y(k)，u(k)分别为k时刻实际输入和实际输出；i)最小二乘法估计出中的参数，式中：Ai(z-1)，Bi(z-1)是迭代i次的稳定的多项式；j)用估计模型以及各时刻的观测数据，分别为迭代i次、参数为估计值且与Ai(z-1)，Bi(z-1)同形的多项式，计算出估计残差k)计算估计残差平方和及估计残差平方和增量ξ＝ξi-ξi-1，如果ξ小于增量限值，则结束辨识，否则继续下一步；l)对于新得到的噪声模型用最小二乘法估计出参数，得到更新i次后的噪声模型Ci(z-1)，返回第b)步，继续按照步骤b)至f)顺序进行计算；34)已知供热系统太阳能扰动模型，对该模型进行阶跃响应试验，每隔10s采集一次数据，共采集N组数据组成前馈补偿矩阵N为模型长度；35)依据前馈补偿修改动态矩阵控制算法预测模型为：yPM(k)＝yP0(k)+ADΔuM(k)+bΔvP(k)(7)式中：ΔvP(k)为k时刻时未来P个时刻内的扰动增量；相应的求解性能指标minJ(k)得到控制律为：Δu(k)＝dT[wP(k)-yP0(k)-bΔvP(k)](8)其中，优化矩阵Q，R分别为输出误差权矩阵和控制权矩阵。本专利技术基于谷电价格变化的太阳能补偿型电锅炉供热控制方法，主要采取措施有：1)将谷电价格波动作为扰动，采用带前馈的DMC预测控制方法进行控制，设计前馈补偿回路，消除谷电价格波动对系统经济性的影响；2)谷电价格不可控，故通过辨识获得其变化对系统经济性的影响关系；3)总体采用DMC预测控制，保证供热系统稳定性。与现有技术相比，本方法采用DMC预测控制对基于经济性指标的太阳能补偿型电锅炉系统进行负荷控制，并设计前馈补偿回路消除谷电价格波动对供热系统经济性的影响。具有较好的控制效果，一定的抗扰动能力，有效的提高了经济效益。有益效果：当太阳能参数发生变化时，保持供热温度不变，减小太阳能参数扰动对供热品质的影响。此时，增加或减少供热出水流量，用户端水流量不变，响应减小或增加混水流量。预测谷电价格会根据负荷时间序列在线进行估计，也包含太阳能参数变化的影响本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于谷电价格变化的太阳能补偿型电锅炉供热控制方法，其特征在于，包括：谷电价格预报步骤：采用基于时间序列的谷电价格预报方法对谷电价格变化进行预报；谷电价格预报校正步骤：对谷电价格预报步骤得到的预报电价进行误差校正；补偿步骤：将谷电价格波动作为扰动，设计前馈补偿回路，消除预报步骤后得到的谷电价格的波动影响；对象控制步骤：将补偿步骤的输出和谷电价格预报校正步骤的输出作为输入，采用预测控制，对大惯性供热负荷系统进行控制调节。

【技术特征摘要】
1.一种基于谷电价格变化的太阳能补偿型电锅炉供热控制方法，其特征在于，包括：谷电价格预报步骤：采用基于时间序列的谷电价格预报方法对谷电价格变化进行预报；谷电价格预报校正步骤：对谷电价格预报步骤得到的预报电价进行误差校正；补偿步骤：将谷电价格波动作为扰动，设计前馈补偿回路，消除预报步骤后得到的谷电价格的波动影响；对象控制步骤：将补偿步骤的输出和谷电价格预报校正步骤的输出作为输入，采用预测控制，对大惯性供热负荷系统进行控制调节。2.根据权利要求1所述的基于谷电价格变化的太阳能补偿型电锅炉供热控制方法，其特征在于：所述谷电价格预报步骤包含：11)针对谷电价格序列Q(k)，通过求取差分获得平稳随机序列，建立相应的ARMA预报模型，预报模型描述为：A(z-1)ΔQ(k)＝C(z-1)ξ(k)(1)式中：A(z-1)＝1+a1z-1+…anz-n，C(z-1)＝1+c1z-1+cnz-n，A(z-1)和C(z-1)是稳定的多项式，a1，a2，...，an和c1，c2，...，cn是多项式系数，Δ＝1-z-1为差分算子，ξ(k)为均值为零、方差为σ2的白噪声序列，n为多项式阶次，k为当前时刻的标度；12)采用减消记忆的递推最小二乘方法对式(1)中的参数进行估计，求取多项式系数的估计值和后，由最小方差预报原理，获取预报值：其中，为在k时刻对k+i时刻负荷差分的预报值；和为系数为估计值的多项式，下标1代表迭代次数为1；i为相对于当前k时刻的未来时点序号；13)获取谷电价格预报值Q(k)为：式中，j代为相对k时刻的未来时刻序号。3.根据权利要求2所述的基于谷电价格变化的太阳能补偿型电锅炉供热控制方法，其特征在于：所述谷电价格预报校正步骤包含：21)获取太阳能补偿型电锅炉供热系统对象的控制模型，稳态时对对象进行阶跃响应试验；22)建立控制系统的预测模型yPM(k)＝yP0(k)+AΔuM(k)，通过求解性能指标求出最优控制量Δu(k)进行滚动优化，利用反馈项e(k)＝y(k)-y1(k|k-1)进行误差校正，保证控制精度；式中：yP0(k)为k时刻起控制作用保持不变时，未来P个时刻内对象的输出；AD为动态矩阵；J(k)为k时刻的代价函数；wP(k)为k时刻时未来P个时刻内的设定值序列；Q，R分别为输出误差权矩阵和控制权矩阵；yPM(k)为k时刻起对象受到M个连续控制增量ΔuM(k)作用后在未来P个时刻内的输出；M为控制步长；y(k+1)为对象的在k+1时刻的实际输出；y1(k+1|k)为对象在k时刻受到1个控制增量，经过一步采样时间后在k+1时刻的预测输出；e(k+1)为模型误差；23)建立模型误差e(k)差分ω(k)的ARMA模型为：ω(k)+a1ω(k-1)+…anω(...

【专利技术属性】
技术研发人员：沙鹏，王硕，刘西陲，沈炯，张俊礼，徐昱，徐君，沈百强，张如通，
申请(专利权)人：国网浙江省电力公司杭州供电公司，东南大学，国家电网公司，国网浙江杭州市富阳区供电公司，国电南瑞科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：浙江,33