一种二次再热机组再热汽温的节能型预测控制方法技术

本发明专利技术公开了一种二次再热机组再热汽温的节能型预测控制方法，所述方法将预测控制、集成节能型指标和变约束条件结合，包含以下步骤：S1：通过现场扰动试验数据，按照线性拟合方法建立精确的再热汽温被控对象的预测模型；S2：根据预测控制算法推导控制指令，并在其中加入使一次、二次烟气挡板开度和最大的节能型最优指标，同时通过烟气挡板的静态上、下限和动态保证一侧挡板全开的约束条件，通过不断的滚动优化计算得出最佳的一次、二次再热烟气挡板的指令序列。本发明专利技术针对传统DCS中基于PID的二次再热机组再热汽温控制策略性能不佳的问题，通过预测控制技术来改善对象的大滞后特性，取得了良好的控制品质。

An energy-saving predictive control method for reheat steam temperature of reheat unit

【技术实现步骤摘要】
一种二次再热机组再热汽温的节能型预测控制方法
本专利技术针对超超临界二次再热机组再热汽温的节能型预测控制方法，属于热能动力工程和自动控制领域。
技术介绍
近年来，我国超超临界参数等级的发电技术发展迅速。目前，一次再热超超临界技术较为成熟，二次再热超超临界技术是提高火力发电机组热效率切实可行的有效手段之一。二次再热超超临界机组锅炉、汽轮机和热力系统的结构更复杂，各个控制回路如风、煤、给水、汽温及负荷控制之间的非线性耦合关系更强，对控制系统性能也提出了更高的要求。二次再热超超临界机组的再热烟气挡板用于调节一次、二次再热汽温之间的温差，是再热汽温的主要调节手段，也是二次再热机组的重要控制回路。实现在DCS中的再热烟气挡板控制策略通常基于传统的PID控制进行设计，再辅以必要的前馈控制。从实际应用效果看，由于再热汽温对象明显的大滞后特性，基于PID的控制系统很难获得良好的控制品质。另一方面，一次、二次再热烟气挡板的开度决定了尾部烟道的通流面积，会明显影响通流阻力，并进一步影响引风机电耗，和机组运行经济性有密切关系。传统的锅炉厂推荐的烟气挡板运行方式是一次、二次烟气挡板联动，一个开大另一个就关小，同时保持开度和不变(通常为120％)，这种运行方式的好处是能保证较大的温度调节范围，同时挡板在调节中能保持较好的线性，但同时缺点也非常明显：(1)总的烟气挡板开度和较小，长期的烟道节流阻力较大；(2)实际调节中经常会出现一次、二次烟气挡板均在中间开度的情况，进一步增加节流损失；(3)二次再热机组运行在中低负荷阶段时，一次、二次再热汽温均难以达到额定值，此时再将一次、二次再热汽温调平已无明显意义，而应将烟气挡板尽可能开大，减少烟道节流损失；针对目前超超临界二次再热机组再热汽温控制系统的现状和存在问题，本专利技术设计了二次再热机组再热汽温的节能型预测控制方法，将预测控制、集成节能型指标和变约束条件结合，在有效控制再热汽温的前提下尽可能减小炉膛尾部烟道的通流阻力，从而明显降低引风机电耗，提高机组运行经济性。
技术实现思路
专利技术目的：本专利技术的目的是针对二次再热机组再热汽温的大滞后特性以及节能需求，设计了一种基于预测控制理论并在其中集成节能型指标的再热汽温优化控制方法。技术方案：本专利技术公开了一种二次再热机组再热汽温的节能型预测控制方法，将预测控制、集成节能型指标和变约束条件结合，包含如下步骤：S1：建立精确的再热汽温被控对象的预测模型，包括：S1.1：进行阶跃扰动试验，得到一次再热烟气挡板、二次再热烟气挡板对一次、二次再热汽温差变化的动态特性数据；S1.2：使用步骤S1.1中获得的数据，通过最小二乘系统辨识方法建立再热汽温被控对象的数学模型，并离散化，得到如下的标准CARIMA模型：式中T为一次、二次再热汽温差(℃)，为一次再热指令(GPC输出)(％)，为二次再热指令(GPC输出)(％)，ξ1均值为零的白噪声序列。q-n为时间算子，A1(q-1)、B1(q-1)均为q-n的多项式S2：根据预测控制算法，结合节能型最优指标和变约束条件，通过不断的滚动优化计算得出最佳的一次、二次再热烟气挡板的指令序列，包括：S2.1：根据预测控制算法和被控对象的CARIMA模型，推导出未来各采样时刻的一次、二次再热汽温差的估计为：式中为权值S2.2：根据实际情况，一次、二次再热挡板指令存在静态和动态约束关系：首先烟气挡板的开度要在上、下限范围内，写为表达式时如下：(1-3)式中Umax、Umin分别为烟气挡板的上、下限。其次，一次、二次再热烟气挡板采用如下规律联动:当为提高一次再热汽温而进行调节时，只有在一次挡板调节至全开时，才开始关小二次挡板；同样当为提高二次再热汽温而进行调节时，只有在二次挡板调节至全开时，才开始关小一次挡板。写为表达式时如下：在(1-3)、(1-4)的约束条件下，的取值范围为[Umin+Umax,Umax+Umax]，在绝大多数情况下，一次、二次再热烟气挡板的开度和均大于最小开度和，可以在保证调节范围的条件下尽可能减小炉膛尾部烟道的通流阻力。S2.3：考虑到在实际的调节过程中应在满足再热汽温控制的条件下使烟气挡板尽可能开大，从而减少烟道阻力。由此构造最优控制的目标函数为：式中T0为一次、二次汽温偏差的设定值。γ1、γ2为权值，是汽温偏差函数式中分别是一次、二次再热额定温度，T1、T2是一次、二次再热实际温度，设计思路是当一次、二次再热汽温均低于额定温度较多时，应减弱对温差的调节作用，而增强开大烟气挡板的调节作用。S2.4：将式(1-5)、(1-4)、(1-3)带入式(1-2)，根据最小二乘法则，可得出预测控制算法下从第1到第k步的最优解。附图说明图1是本专利技术的控制方案原理框图。具体实施方式下面结合实施实例和附图对本专利技术的技术方案做进一步详细说明。S1：建立精确的再热汽温被控对象的预测模型，包括：S1.1：机组在稳定负荷下，进行烟气挡板的阶跃扰动试验，具体为：1)机组协调控制系统运行于BASE方式(机、炉手动)，燃料、给水、送风均保持手动状态，尽可能减少试验过程中的外扰因素影响，一次、二次再热烟气挡板保持在60％～80％的初始状态；2)待机组主要参数平稳时，阶跃关小一次再热烟气挡板20％～30％，稳定30min，再将一次再热烟气挡板开回至原先位置；3)以同样方法进行二次再热烟气挡板试验；4)记录试验过程中的烟气挡板开度，一次、二次再热汽温数据；S1.2：使用步骤S1.1中获得的数据，通过最小二乘系统辨识方法建立再热汽温被控对象的数学模型，并离散化，得到如下的标准CARIMA模型：式中T为一次、二次再热汽温差(℃)，为一次再热指令(GPC输出)(％)，为二次再热指令(GPC输出)(％)，ξ1均值为零的白噪声序列。q-n为时间算子，A1(q-1)、B1(q-1)均为q-n的多项式S2：根据预测控制算法，结合节能型最优指标和变约束条件，通过不断的滚动优化计算得出最佳的一次、二次再热烟气挡板的指令序列，包括：S2.1：令和构成以下Diophantine方程：式1-1两边同乘同时将上式代入，并移项得：则未来各采样时刻的一次、二次再热汽温差的估计为：式中为权值S2.2：根据实际情况，一次、二次再热挡板指令存在静态和动态约束关系：首先烟气挡板的开度要在上、下限范围内，写为表达式时如下：(1-3)式中Umax、Umin分别为烟气挡板的上、下限。其次，一次、二次再热烟气挡板采用如下规律联动:当为提高一次再热汽温而进行调节时，只有在一次挡板调节至全开时，才开始关小二次挡板；同样当为提高二次再热汽温而进行调节时，只有在二次挡板调节至全开时，本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种超超临界二次再热机组再热汽温的节能型预测控制方法，其特征在于：/nS1：采用广义预测控制GPC作为超超临界二次再热机组再热汽温反馈回路控制器；/nS2：一次、二次再热烟气挡板的联动方式不采用固定开度和，通过在预测控制中增加静态和动态约束条件，使一次、二次再热烟气挡板在调节中至少有一侧始终全开，并有可能达到两侧均全开的调节状态，炉膛尾部烟道节流损失降至最低；/nS3：在预测控制中加入含有烟气挡板开度指令的最优控制目标函数，满足汽温调节需求的前提下使烟气挡板尽可能开大，进一步降低炉膛尾部烟道节流损失。/n

【技术特征摘要】
1.一种超超临界二次再热机组再热汽温的节能型预测控制方法，其特征在于：
S1：采用广义预测控制GPC作为超超临界二次再热机组再热汽温反馈回路控制器；
S2：一次、二次再热烟气挡板的联动方式不采用固定开度和，通过在预测控制中增加静态和动态约束条件，使一次、二次再热烟气挡板在调节中至少有一侧始终全开，并有可能达到两侧均全开的调节状态，炉膛尾部烟道节流损失降至最低；
S3：在预测控制中加入含有烟气挡板开度指令的最优控制目标函数，满足汽温调节需求的前提下使烟气挡板尽可能开大，进一步降低炉膛尾部烟道节流损失。


2.根据权利要求1所述的超超临界二次再热机组再热汽温的节能型预测控制方法，其特征在于所述特征S1中的具体步骤为：
根据阶跃扰动试验的结果，得到一次再热烟气挡板、二次再热烟气挡板对一次、二次再热汽温差变化的动态特性数据的标准CARIMA模型：



式中T为一次、二次再热汽温差(℃)，为一次再热指令(GPC输出)(％)，为二次再热指令(GPC输出)(％)，ξ1均值为零的白噪声序列；q-n为时间算子，A1(q-1)、B1(q-1)均为q-n的多项式；
并根据预测控制算法推导出未来各采样时刻的一次、二次再热汽温差的估计为：



式中为权值。


3.根据权利要求1所述的超超临界二次再热机组再热汽温的节能型预测控...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈国民，陈旭伟，蒋欣军，
申请(专利权)人：国家能源集团泰州发电有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏;32