一种严格控制碳排放的燃煤电站CO2捕集系统灵活调控方法技术方案

本发明专利技术适用于热工自动控制技术领域，提供了一种严格控制碳排放的燃煤电站CO2捕集系统灵活调控方法，包括如下步骤：步骤S1：选取大型燃煤电站CO2捕集系统的被控变量及控制变量；步骤S2：在开环情况下，对给煤量、给水流量、主蒸汽阀门开度、贫液流量及再沸器抽汽流量输入M序列信号；步骤S3：利用MATLAB辨识工具箱中的n4sid算法获得燃煤电站CO2捕集系统状态空间模型；通过建立基于扩增状态空间模型的预测控制器，能有效处理燃煤电站CO2捕集系统强耦合、大延迟和强系统约束的控制难题，提高动态调节品质，同时，本发明专利技术对性能指标增加了输出变量的软约束，使得系统捕集率维持在[y

【技术实现步骤摘要】
一种严格控制碳排放的燃煤电站CO2捕集系统灵活调控方法


[0001]本专利技术属于热工自动控制
，尤其涉及一种严格控制碳排放的燃煤电站CO2捕集系统灵活调控方法。

技术介绍

[0002]为早日实现“碳达峰、碳中和”的发展目标，需要对燃煤火电机组这一CO2最大单一排放源进行CO2捕集，并制定严格的CO2排放标准。基于化学溶剂吸收法的燃烧后CO2捕集由于其技术成熟度，成为当前试点运行的主流技术。
[0003]同时，太阳能、风能等新能源具有不连续性、波动性、不确定性等特征，难以实现持续、稳定的电力供应，为此燃煤火电机组需要具备深度调峰的能力，以维持电网供需平衡，在燃煤火电机组进行深度调峰的同时，机组烟气流量以及烟气组分也会随机组负荷产生较大波动，因而会对下游CO2捕集系统的稳定运行产生一定影响，并使得CO2捕集率这一关键指标产生较大波动。

技术实现思路

[0004]本专利技术提供一种严格控制碳排放的燃煤电站CO2捕集系统灵活调控方法，旨在解决燃煤火电机组深度调峰使得CO2捕集率这一关键指标产生较大波动的问题。
[0005]本专利技术是这样实现的，一种严格控制碳排放的燃煤电站CO2捕集系统灵活调控方法，包括如下步骤：
[0006]步骤S1：选取大型燃煤电站CO2捕集系统的被控变量及控制变量；
[0007]步骤S2：在开环情况下，对给煤量、给水流量、主蒸汽阀门开度、贫液流量及再沸器抽汽流量输入M序列信号；
[0008]步骤S3：利用MATLAB辨识工具箱中的n4sid算法获得燃煤电站CO2捕集系统状态空间模型；
[0009]步骤S4：增加积分作用，并考虑不可测扰动、模型失配对状态空间模型的影响；
[0010]步骤S5：根据燃煤电站CO2捕集系统前一时刻输入、输出数据及扩增状态空间方程，利用卡尔曼滤波器估计状态量；
[0011]步骤S6：根据扩增状态空间模型和状态估计值，估计未来P时域内燃煤电站CO2捕集系统的输出特性；
[0012]步骤S7：设置控制器相关参数；
[0013]步骤S8：设置预测控制器性能指标，增加对捕集率的输出软约束；
[0014]步骤S9：采用二次规划quadprog求解器求解性能指标，计算未来M时刻内最优输入量差值；
[0015]步骤S10：计算当前时刻的最佳控制量；
[0016]步骤S11：输出最佳控制量，采集燃煤电站CO2捕集系统的输出，其后在每个采样周期内，重复执行步骤S8到步骤S11。
[0017]优选的，所述步骤S1中，选取主蒸汽压力、中间点焓值、机组发电量、捕集率及再沸器温度为大型燃煤电站CO2捕集系统的被控变量，选取给煤量、给水流量、主蒸汽阀门开度、贫液流量及再沸器抽汽流量为相对应的控制变量。
[0018]优选的，将控制变量的历史采样值作为输入，将被控变量的历史采样值作为输出，利用MATLAB工具箱中的n4sid算法获得燃煤电站CO2捕集系统的离散状态空间模型，并利用模型仿真数据进行验证。
[0019]优选的，根据大型燃煤电站CO2捕集系统前一时刻的输入数据及前一时刻的输出数据，利用卡尔曼滤波器估计当前时刻燃煤电站CO2捕集系统的状态量。
[0020]优选的，利用滚动优化的方法对未来时域被控变量进行优化求解，并在性能指标中引入捕集率软约束。
[0021]优选的，还包括模型预测控制器，通过滚动优化性能指标，计算满足系统约束条件的当前时刻最优控制量
[0022]优选的，还包括：
[0023]第一延迟模块，输入燃煤电站CO2捕集整体系统控制变量前一时刻的采样值；
[0024]第二延迟模块，输入燃煤电站CO2捕集整体系统被控变量前一时刻的采样值。
[0025]优选的，还包括
[0026]卡尔曼滤波器，根据系统前一时刻输入
‑
输出数据估计当前时刻燃煤电站CO2捕集系统的状态量；
[0027]大型燃煤电站CO2捕集系统模型，在当前时刻最优控制变量的作用下输出被控变量。
[0028]与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：本专利技术的一种严格控制碳排放的燃煤电站CO2捕集系统灵活调控方法，通过建立了基于扩增状态空间模型的预测控制器，能有效处理燃煤电站CO2捕集系统强耦合、大延迟和强系统约束的控制难题，提高动态调节品质，同时，本专利技术对性能指标增加了输出变量的软约束，使得系统捕集率维持在[y
min
，y
max
]之间，大幅度降低了CO2捕集率的波动，实现了碳排放的严格控制。
附图说明
[0029]图1为本专利技术的方法步骤示意图；
[0030]图2为本专利技术的结构示意图；
[0031]图3为本专利技术大型燃煤电站CO2捕集系统的流程示意图；
[0032]图4为本专利技术在给定值变化时主蒸汽压力控制效果图；
[0033]图5为本专利技术在给定值变化时中间点焓值控制效果图；
[0034]图6为本专利技术在给定值变化时机组发电量控制效果图；
[0035]图7为本专利技术在给定值变化时给煤量控制效果图；
[0036]图8为本专利技术在给定值变化时给水量控制效果图；
[0037]图9为本专利技术在给定值变化时主蒸汽阀门开度控制效果图；
[0038]图10为本专利技术在给定值变化时捕集率控制效果图；
[0039]图11为本专利技术在给定值变化时再沸器温度控制效果图；
[0040]图12为本专利技术在给定值变化时贫液流量控制效果图；
[0041]图13为本专利技术在给定值变化时再沸器抽汽流量控制效果图。
具体实施方式
[0042]为了使本专利技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本专利技术进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。
[0043]请参阅图1，本专利技术提供一种技术方案：一种严格控制碳排放的燃煤电站CO2捕集系统灵活调控方法，包括如下步骤：
[0044]步骤S1：选取为大型燃煤电站CO2捕集系统的被控变量及控制变量，选取主蒸汽压力、中间点焓值、机组发电量、捕集率及再沸器温度为大型燃煤电站CO2捕集系统的被控变量y(k)，选取给煤量、给水流量、主蒸汽阀门开度、贫液流量及再沸器抽汽流量为相对应的控制变量u(k)；
[0045]步骤S2：在开环情况下，对给煤量、给水流量、主蒸汽阀门开度、贫液流量及再沸器抽汽流量输入M序列信号，获取主蒸汽压力、中间点焓值、机组发电量、捕集率及再沸器温度的动态响应数据。其中，机组发电量和捕集率等参数的动态响应需能够覆盖其主要运行工况；
[0046]步骤S3：利用MATLAB辨识工具箱中的n4sid算法获得燃煤电站CO2捕集系统状态空间模型，如公式(1)
[0047]x(k+1)＝Ax(k)+Bu(k)
[0048]y(k)＝Cx(k)+Du(k)
ꢀꢀ
(1)
...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种严格控制碳排放的燃煤电站CO2捕集系统灵活调控方法，其特征在于：包括如下步骤：步骤S1：选取大型燃煤电站CO2捕集系统的被控变量及控制变量；步骤S2：在开环情况下，对给煤量、给水流量、主蒸汽阀门开度、贫液流量及再沸器抽汽流量输入M序列信号；步骤S3：利用MATLAB辨识工具箱中的n4sid算法获得燃煤电站CO2捕集系统状态空间模型；步骤S4：增加积分作用，并考虑不可测扰动、模型失配对状态空间模型的影响；步骤S5：根据燃煤电站CO2捕集系统前一时刻输入、输出数据及扩增状态空间方程，利用卡尔曼滤波器估计状态量；步骤S6：根据扩增状态空间模型和状态估计值，估计未来P时域内燃煤电站CO2捕集系统的输出特性；步骤S7：设置控制器相关参数；步骤S8：设置预测控制器性能指标，增加对捕集率的输出软约束；步骤S9：采用二次规划quadprog求解器求解性能指标，计算未来M时刻内最优输入量差值；步骤S10：计算当前时刻的最佳控制量；步骤S11：输出最佳控制量，采集燃煤电站CO2捕集系统的输出，其后在每个采样周期内，重复执行步骤S8到步骤S11。2.如权利要求1所述的一种严格控制碳排放的燃煤电站CO2捕集系统灵活调控方法，其特征在于：所述步骤S1中，选取主蒸汽压力、中间点焓值、机组发电量、捕集率及再沸器温度为大型燃煤电站CO2捕集系统的被控变量，选取给煤量、给水流量、主蒸汽阀门开度、贫液流量及再沸器抽汽流量为相对应的控制变量。3.如权利要求1所述的一种严格控制碳排放的燃煤电站CO2捕集系统灵活调控方法，其...

【专利技术属性】
技术研发人员：李明亮，廖霈之，
申请(专利权)人：江苏舜高智能科技有限公司，
类型：发明
国别省市：