【技术实现步骤摘要】
超临界火电机组协调控制系统多模型预测控制设计方法
本专利技术涉及一种基于空间度量算法的超临界火电机组协调控制系统多模型预测控制设计方法，属于热能动力工程和自动控制领域。
技术介绍
目前我国能源发展的主题是在保障能源供给的情况下实现能源转型，火电机组参与电网深度调峰以接纳新能源势在必行。超超临界机组的被控对象具有大惯性、非线性、时变性、强耦合性等特点，同时频繁的大范围变负荷调整使得机组非线性影响进一步加剧。为了实现国家能源转型的战略目标，作为现有发电方式中最可靠、承担最大负荷份额的火电机组被赋予更高的控制要求。目前多数电厂的机炉协调控制系统基于常规PID设计，在大范围变工况运行时，机炉协调被控对象大迟滞、非线性、时变的特性使得协调控制系统性能退化，导致在实际机组调峰、调频运行过程中存在负荷调节速率低、调节精度差、主蒸汽压力及温度波动大等问题，无法满足AGC及一次调频性能考核要求。为进一步提高660MW火电机组负荷调节质量同时保证机组本身运行的稳定性，需基于先进控制方法设计协调控制策略。然而协调系统存在非线性问题，若采用...
【技术保护点】
1.超临界火电机组协调控制系统多模型预测控制设计方法，其特征在于：考虑到协调系统中各子回路间的动态特性关系虽均为自平衡过程但存在部分逆响应特性，故采用完善的二阶模型进行被控过程简化，模型带有零点，超临界火电机组协调对象可采用3×3结构多输入多输出对象，局部负荷点小区间范围可采用式(1)所示模型表示：/n
【技术特征摘要】
1.超临界火电机组协调控制系统多模型预测控制设计方法，其特征在于：考虑到协调系统中各子回路间的动态特性关系虽均为自平衡过程但存在部分逆响应特性，故采用完善的二阶模型进行被控过程简化，模型带有零点，超临界火电机组协调对象可采用3×3结构多输入多输出对象，局部负荷点小区间范围可采用式(1)所示模型表示：
式(1)中，kij(i,j＝1,2,3)为增益系数，Tij(i,j＝1,2,3)、Tabc(a,b＝1,2,3；c＝1,2)为时间常数，τij(i,j＝1,2,3)为延迟时间，S为拉普拉斯算子。基于式(1)，则协调系统输出的估计预测可采用以下表达式：
式(2)中，y1(s)、y2(s)、y3(s)为系统输出，u1(s)、u2(s)、u3(s)为系统输入。系统的输入分别为给水流量Dfw、给煤量Dfu、汽机阀门开度ut，模型的输出分别为实发功率Ne、主蒸汽压力pst、中间点蒸汽焓值hsep。
为了提高控制器内部模型的预测精度，表达式(1)中每个输入与输出间的动态特性均采用二阶加纯延时传递函数模型，对连续传递函数(2)进行离散化，采样时间选取为1s，则表达式(2)可转化为以下递推预测结构模型：
式中：
考虑广义预测控制预测时域的起点一般选择大于纯延时时间，同时为进一步简化预测控制控制量的计算，控制器内部模型仅采用无延时部分的二阶传递函数模型，借鉴Smith预估补偿结构方案，预测采用无延时模型，而模型的反馈校正部分则仍采用带纯延时的二阶传递函数模型表达式(3)进行计算，计算过程结构示意图见图1所示。
将协调系统的3×3传递函数矩阵模型中的纯延时部分去掉后，无纯延时传递函数矩阵模型可表示为以下表达式：
其中，通过现场阶跃响应试验建立模型，得到kij(i,j＝1,2,3)、Tij(i,j＝1,2,3)、Tabc(a,b＝1,2,3；c＝1,2)参数。
基于表达式(4)无纯延时预测模型输出可表示为：
对(5)式同样进行离散化处理，采样时间为1s，则离散预测模型可表示为下式：
2.一种基于空间度量算法的超临界火电机组协调控制系统多模型预测控制设计方法，其特征在于：将未来时刻y′i(k+pi)的估计输出分解为两部分分开计算，即：基础输出计算部分与输入驱动输出计算部分，对于基础输出计算部分的计算可采用预测模型相关参数与已知的输入输出量进行计算，首先假设将来未知控制增量为0，即设ui(k+j)＝ui(k-1)j＝0,1,…,pi-1，将之带入表达式(6)进行推导，可得出以下基础输出计算部分表达式：
y′ifree(k+1)＝ci1yi(k)+ci2yi(k-1)+di1u1(k-1)+di2u2(k-1)+di3u3(k-1)(7)
式(7)中各参数为ci1＝ai11+ai21+ai31，ci2＝ai12+ai22+ai32，di1＝bi11+bi12，di2＝bi21+bi22，di3＝bi31+bi32，为了简化计算过程，采用状态空间模型对递推表达式(7)的预测模型进行转换，状态空间模型的状态量选取为Xi(k)＝[yi(k)yi(k-1)u1(k-1)u2(k-1)u3(k-1)]T，则表达式(7)可转化为以下离散形式状态空间模型：
yi(k+1)＝[10000]Xi(k+1)(8)
为了后续公式的简化表达，将上式(8)可以表示为：
Xi(k+1)＝AiXi(k)
yi(k+1)＝CiXi(k+1)(9)
基于表达式(9)，将未来时刻y′i(k+pi)估计计算中的基础输出计算部分状态空间计算模型可表示为：
而y′i(k+pi)的输入驱动输出计算部分y′iforce(k+pi)在选择控制时域为1的前提下进行简化计算，由于仅仅考虑单步控制输入，即Δui(k)＝ui(k)-ui(k-1)≠0，而Δui(k+j)＝0j≥1，则仅需考虑输入的阶跃效应即可，即控制量输入阶跃值乘以阶跃响应幅度值。阶跃响应幅度值可通过两种方式获得，一是基于协调系统传递函数矩阵模型(4)进行计算得出；二是通过对实际电站的协调系统进行阶跃试验，取采样时间为1s进行实际对象数据记录得出对应时刻的阶跃响应幅度值，基于模型(4)中各子回路间的传递函数得出对应的各自阶跃响应向量，记为以下矩阵形式：
基于阶跃响应幅值，可得出输入驱动输出部分估计计算模型为：
3.一种基于空间度量算法的超临界火电机组协调控制系统多模型预测控制设计方法，其特征在于：考虑到建模不确定性以及协调系统非线性问题，采用传统阶跃型反馈校正策略对预测模型进行模型校正，具体校正部分表达式为：
emi(k)＝ypi(k)-yi(k)(13)
式中：ypi(k)为k时刻被控输出实际测量值，综合表达式(10)、(12)与(13)即可得出响应输出的预测模型为：
y′i(k+pi)＝y′ifree(k+pi)+y′iforce(k+pi)+emi(k)(14)
4.一种基于空间度量算法的超临界火电机组协调控制系统多模型预测...
【专利技术属性】
技术研发人员：张玉雷，王宗民，宋世伟，张正领，林凡举，张正玉，张道林，韩铁岭，张德领，李吉涛，王晓冰，
申请(专利权)人：聊城信源集团有限公司，
类型：发明
国别省市：山东;37
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