一种过热汽温系统的抗扰预测控制方法技术方案

本发明专利技术公开了一种过热汽温系统的抗扰预测控制方法，该方法在带扰动前馈的阶梯式DMC控制算法基础上，针对每个试验工况设计多模型策略，将非线性模型转换为特定工况下的局部线性模型，能有效提高控制精度；本发明专利技术的抗扰预测控制方法将风量扰动信号作为前馈对象，增强抗干扰性能、提高控制品质；本发明专利技术的抗扰预测控制方法中的阶梯式策略能使预测控制方法的控制量按照一个比例系数变化，控制量呈阶梯状变化，避免传统的DMC矩阵求逆问题；本发明专利技术的抗扰预测控制方法中的APS系统可以规范机组启停机的操作程序、优化系统结构，通过缩短启停机时间，减少燃油或燃煤消耗量，达到提高机组的经济效益的目的。经济效益的目的。经济效益的目的。

【技术实现步骤摘要】
一种过热汽温系统的抗扰预测控制方法


[0001]本专利技术属于火电厂过热汽温控制
，具体涉及一种过热汽温系统的抗扰预测控制方法。

技术介绍

[0002]锅炉过热汽温系统是一个随机组负荷变化的对象，具有大迟延、大惯性、时变性和非线性等动态特性，目前普遍采用有PID控制器构成的串级控制系统或两级喷水减温以减少回路的时延。根据普遍的热力计算方法，一般过热汽温平均温度提高15℃，热效率直接提高1％左右，每降低5
‑
10℃，热效率约降低1％。但超温或者低温有时会影响锅炉的效率，严重时会引发安全事故，因此提高主汽温度的设定值并减小其波动是一种提高热效率和节能减排的重要手段。实际电厂的过热汽温系统运行受多种因素影响，比如风量信号、喷燃器摆角、助燃风和配风方式等因素。传统的DMC控制方法计算量大，而且求逆过程中有可能出现的情况是矩阵不可逆，导致出现数值病态的问题。同时，随锅炉负荷的变化过热汽温会产生较大的波动，对应的动态特性差异较大，若用同一套控制参数会降低控制品质，达不到理想的预测效果。

技术实现思路

[0003]为解决现有技术中存在的问题，本专利技术提出一种过热汽温系统的抗扰预测控制方法，该方法解决了目前电厂中负荷变化时过热汽温控制系统不能及时响应的问题。
[0004]本专利技术的技术方案如下：
[0005]一种过热汽温系统的抗扰预测控制方法，包括以下步骤：
[0006]1)人工给定DMC控制器的控制参数和试验工况；
[0007]2)将过热汽温作为被控对象，将风量扰动信号作为前馈对象，分别通过阶跃响应实验获取过热汽温的动态矩阵A和风量扰动信号的动态矩阵B；
[0008]3)在未加入前馈对象情况下，基于所述过热汽温的动态矩阵A，对被控对象进行DMC控制，获取DMC控制策略；
[0009]4)对步骤3)获取的DMC控制策略中加入前馈对象，基于所述风量扰动信号的动态矩阵B，获取加入前馈对象后DMC控制策略；
[0010]5)基于步骤4)中加入前馈对象后的DMC控制策略，采用阶梯式策略进行改进，获取改进的DMC控制策略；
[0011]6)改变步骤1)中给定的试验工况，重复步骤2)～步骤5)，获取所有试验工况下的改进的DMC控制策略，再引入多模型切换策略对所有试验工况下的改进的DMC控制策略进行整合，得到整合后的DMC控制策略；
[0012]7)采用APS系统对步骤6)中整合后的DMC控制策略进行封装，得到面向APS过程的多模型切换策略下的DMC控制策略。
[0013]优选地，步骤1)中所述DMC控制器的控制参数包括预测时域P、控制时域M、数据长
度N、被控对象输出与预测输出误差的权值矩阵Q
P
×
P
、控制增量权值矩阵R
P
×
P
。
[0014]优选地，步骤1)中所述DMC控制器的控制参数的参数限制条件为M≤P≤N。
[0015]优选地，步骤1)中所述试验工况包括37％负荷，50％负荷，75％负荷和100％负荷四种负荷之一。
[0016]优选地，步骤2)中动态矩阵A的获取：
[0017]首先对过热汽温进行阶跃响应实验，给过热汽温系统输入减温水阶跃信号，按相同时间间隔采集过热汽温的N个时刻阶跃响应输出a
j
，j＝1,2,...,N，利用其前P个输出构成过热汽温的动态矩阵A：
[0018][0019]优选地，步骤2)中动态矩阵B的获取：
[0020]将风量扰动信号作为过热汽温系统的前馈对象，对风量扰动信号进行阶跃响应实验，按相同时间间隔采集风量扰动信号的N个时刻阶跃响应输出b
j
，j＝1,2,...,N，利用汽温响应的其前P个输出构成风量扰动信号的动态矩阵B：
[0021][0022]优选地，步骤3)的具体步骤如下：
[0023]在未加入前馈对象情况下，取第k时刻的控制增量Δu(k)构成实际控制量u(k)，并作用于被控对象：
[0024]u(k)＝u(k
‑
1)+Δu(k)
[0025]式中，u(k
‑
1)为k
‑
1时刻被控对象的控制量；
[0026]被控对象的预测输出为：
[0027]y(k+j|k)＝y0(k+j|k)+a
j
Δu(k)
[0028]式中，y(k+j|k)为加入k时刻控制增量Δu(k)后控制对象的预测输出；y0(k+j|k)为假设k时刻及之后的控制量不再变化时，过热汽温在未来第k+j时刻的初始输出预测值；a
j
为过热汽温的动态矩阵A中第j个元素；
[0029]被控对象的预测输出的矩阵形式如下：
[0030]Y(k)＝Y0(k)+AΔU(k)
[0031]其中，Y(k)为施加控制增量后控制对象预测输出向量，
[0032][0033]Y0(k)为控制对象的初始预测输出向量，
[0034][0035]ΔU(k)为DMC控制下，未来M个时刻的控制增量向量，
[0036][0037]DMC控制策略的指标函数为：
[0038][0039]其中，W
P
(k)＝[w(k+1),
…
,w(k+P)]为未来P个时刻的过热汽温的设定值构成的向量；求解上述指标函数得到DMC控制增量矩阵ΔU(k)计算公式：
[0040]ΔU(k)＝(A
T
QA+R)
‑1A
T
Q[W
P
(k)
‑
Y0(k)][0041]求解后取出DMC控制增量矩阵中第一行元素Δu(k)与k
‑
1时刻的控制量u(k
‑
1)叠加得到u(k)，将u(k)输入到被控对象进行DMC控制。
[0042]优选地，步骤4)中，基于步骤2)中获取的动态矩阵B以及通过k时刻的可测扰动量信号v(k)获取的Δv(k)，得到加入前馈对象后DMC控制增量矩阵ΔU(k)计算公式：
[0043]ΔU(k)＝(A
T
QA+R)
‑1A
T
Q[W
P
(k)
‑
Y0(k)
‑
BΔv(k)]。
[0044]优选地，步骤5)包括如下具体步骤：
[0045]令DMC控制增量矩阵ΔU(k)＝[Δu(k) Δu(k+1)
…
Δu(k+M)]T
中Δu(k)＝δ，则后续控制增量为δ乘以阶梯因子β，即ΔU(k)＝[δ δβ
…
δβ
i
‑1]T
，得到引入阶梯式策略后的控制增量矩阵；
[0046]则此时的控制律δ及实际的控制量输出u(k)分别为：
[0047][0048]u(k)＝u(k
‑
1)+δ
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种过热汽温系统的抗扰预测控制方法，其特征包括以下步骤：1)人工给定DMC控制器的参数及试验工况；2)将过热汽温作为被控对象，风量扰动作为前馈被控对象，通过阶跃响应实验分别获取两个被控对象的动态矩阵A和B；3)在未加入前馈对象情况下，基于所述的动态矩阵A对过热汽温进行DMC控制策略设计；4)对步骤3)获取的DMC控制策略中加入前馈对象，基于所述的动态矩阵B获取加入前馈对象后DMC控制策略；5)基于步骤4)中加入前馈对象后的DMC控制策略，采用阶梯式方法获取改进的DMC控制策略；6)改变步骤1)中给定的试验工况，重复步骤2)～5)，获取所有试验工况下的改进的DMC控制策略，再引入多模型切换策略整合各工况下的改进的DMC控制策略，得到整合后的DMC控制策略；7)基于APS技术对步骤6)中整合后的DMC控制策略封装，得到面向APS过程的多模型切换策略下的DMC控制策略。2.根据权利要求1所述的过热汽温系统的抗扰预测控制方法，其特征在于：步骤1)中所述DMC控制器的控制参数包括预测时域P、控制时域M、数据长度N、被控对象输出与预测输出误差的权值矩阵Q
P
×
P
、控制增量权值矩阵R
P
×
P
。3.根据权利要求2所述的过热汽温系统的抗扰预测控制方法，其特征在于：步骤1)中所述DMC控制器的控制参数的参数限制条件为M≤P≤N。4.根据权利要求2所述的过热汽温系统的抗扰预测控制方法，其特征在于：步骤1)中所述试验工况包括37％负荷，50％负荷，75％负荷和100％负荷四种负荷之一。5.根据权利要求4所述的过热汽温系统的抗扰预测控制方法，其特征在于：步骤2)中动态矩阵A的获取：首先对过热汽温进行阶跃响应实验，给过热汽温系统输入减温水阶跃信号，按相同时间间隔采集过热汽温的N个时刻阶跃响应输出a
j
，j＝1,2,...,N，利用其前P个输出构成过热汽温的动态矩阵A：6.根据权利要求4所述的过热汽温系统的抗扰预测控制方法，其特征在于：步骤2)中动态矩阵B的获取：将风量扰动信号作为过热汽温系统的前馈对象，对风量扰动信号进行阶跃响应实验，按相同时间间隔采集风量扰动信号的N个时刻阶跃响应输出b
j
，j＝1,2,...,N，利用汽温响应的其前P个输出构成风量扰动信号的动态矩阵B：7.根据权利要求4或5所述的过热汽温系统的抗扰预测控制方法，其特征在于：步骤3)的具体步骤如下：在未加入前馈对象情况下，取第k时刻的控制增量Δu(k)构成实际控制量u(k)，并作用
于被控对象：u(k)＝u(k
‑
1)+Δu(k)式中，u(k
‑
1)为k
‑
1时刻被控对象的控制量；被控对象的预测输出为：y(k+j|k)＝y0(k+j|k)+a
j
Δu(k)式中，y(k+j|k)为加入k时刻控制增量Δu(k)后控制对象的预测输出；y0(k+j|k)为假设k时刻及之后的控制量不再变化时，过热汽温在未来第k+j时刻的初始输出预测值；a
j
为过热汽温的动态矩...

【专利技术属性】
技术研发人员：王斌，杨春来，李剑锋，金飞，殷喆，冯旭阳，徐欣航，
申请(专利权)人：国家电网有限公司国网河北省电力有限公司电力科学研究院，
类型：发明
国别省市：