一种槽式太阳能集热场出口温度抗干扰控制方法及装置制造方法及图纸

本申请提供一种槽式太阳能集热场出口温度抗干扰控制方法及装置，其方法主要包括：根据槽式太阳能集热场，建立线性离散的槽式太阳能集热场模型；根据所述线性离散的槽式太阳能集热场模型，获得出广义扩张状态观测算法；根据所述广义扩张状态观测算法，计算出最优控制律。本发明专利技术实现了集热场出口温度的无偏控制，同时将无限时域性能指标引入预测扰动抑制控制算法，保证闭环系统的稳定性，所得到的最优模型预测控制律为状态反馈增益的形式，可以直接融入主动抗扰控制框架中，从而使得预测控制具备主动扰动抑制的能力，从而解决了现有技术中无法评估太阳辐射之外的其他干扰的问题，同时解决了反馈控制律的迟延影响过大的问题。时解决了反馈控制律的迟延影响过大的问题。时解决了反馈控制律的迟延影响过大的问题。

【技术实现步骤摘要】
一种槽式太阳能集热场出口温度抗干扰控制方法及装置


[0001]本申请涉及热工自动控制领域，尤其涉及一种槽式太阳能集热场出口温度抗干扰控制方法及装置。

技术介绍

[0002]槽式集热器是一种利用的是光热转化方式，通过聚焦、反射和吸收等过程实现光能到热能的转化，使换热介质达到一定温度，以满足不同负载的需求的集热装置。槽式集热器属于中高温集热器的范畴，可以使换热工质得到比较高的温度，可被用到热发电、海水淡化处理、供暖工程、吸收式制冷等生活和生产领域。由于太阳能广阔的应用前景，太阳能是槽式集热器的主要能量来源。太阳能槽式集热器在太阳能利用系统中占据主导地位，它为系统提供热源，其效率和投资成本会影响到整个集热系统的效率和经济性。槽式太阳能集热装置采用真空玻璃管结构，即内管采用镀有高吸收率选择性吸收图层的金属管，管内走加热介质，最外面为玻璃管，玻璃管与金属管间抽真空以抑制对流和传导热损失。
[0003]槽式太阳能集热场出口温度直接关系到整个太阳能发电机组运行的安全性和经济性，出口温度太低会影响发电效率，而出口温度太高则会引起管内导热油的传热恶化。因此该参数是机组运行过程中需要重点监控的过程参数之一。集热场控制目标是通过控制导热油的流量来使集热场出口温度保持在额定值附近或跟踪设定值变化。
[0004]然而，集热场出口温度是比较难控的系统之一。主要原因有两点：一是该系统存在大迟延、非线性和强耦合特性；其次，该系统存在很多扰动，包括外扰，即太阳辐射和入口导热油温度变化和内扰，即如时变的动态和参数摄动。加之上述扰动大多数不可测或很难测量精准。这些扰动的存在大大增加了控制难度。目前通常采用PID控制、自适应控制、鲁棒控制和卡尔曼滤波器相结合的控制方案。在这些控制策略中，卡尔曼滤波器作为前馈用来观测外扰的影响，然后再在反馈控制器中进行扰动补偿。但是一方面卡尔曼滤波器无法考虑到对除太阳辐射的其他干扰进行估计，另一方面前述反馈控制律无法减小迟延的影响。

技术实现思路

[0005]针对现有技术中无法评估太阳辐射的其他干扰的问题，同时反馈控制律的迟延影响过大的问题，本申请提供一种槽式太阳能集热场出口温度最优预测抗干扰控制方法，能够进一步在扰动存在的情况下实现才是太阳能集热场出口温度的无偏控制，从而解决现有技术的不足。
[0006]本申请提供了一种槽式太阳能集热场出口温度抗干扰控制方法，所述方法包括：
[0007]S10，根据槽式太阳能集热场，建立线性离散的槽式太阳能集热场模型；
[0008]S20，根据所述线性离散的槽式太阳能集热场模型，获得出广义扩张状态观测算法；
[0009]S30，根据所述广义扩张状态观测算法，计算出最优控制律。
[0010]优选的，所述S10中的建立线性离散的槽式太阳能集热场模型为：
[0011]S11，在稳态工况处利用一阶泰勒展开法对已知非线性槽式太阳能集热场模型线性化为：
[0012][0013]式中，x＝[x1,...,x
n
,x
n+1
,...,x
2n
,x
2n+1
,...,x
3n
]T
＝[t
H
(1),...,t
H
(n),t
a
(1),...,t
a
(n),t
g
(1),...,t
g
(n)]T
,n代表集热管按长度共平均分为n段，t
H
(j)，t
a
(j)，t
g
(j)分别代表集热管第j段出口导热油、吸收管和玻璃罩温度的相对值；t
H
(j)＝T
H
(j)
‑
T
H,out,r
,t
a
(j)＝T
a
(j)
‑
T
a,r
(j),t
g
(j)＝T
g
(j)
‑
T
g,r
(j),j＝1,2...,n；y
m
代表可测输出相对值，即y
m
＝x；y代表控制输出相对值，即集热场出口导热油温度的相对值；u＝q
H
‑
q
H,r
为导热油流量相对值，d
i
代表外扰，即太阳辐照度和集热场入口温度；ΔA
m
和O(
·
)分别代表参数摄动和高阶小项；其中，把外扰、参数摄动和高阶小项，作为集总干扰，表示为B
dc
d
i
；
[0014]S12，将线性化的模型离散化得到线性离散模型：
[0015][0016]式中，x
k
,y
mk
,和y
k
分别代表x,y
m
和y的离散化后的值，B
d
是待设计的参数。
[0017]优选的，S20中的根据所述线性离散的槽式太阳能集热场模型，获得出广义扩张状态观测算法：
[0018]S21，将线性离散模型表示为扩张形式
[0019][0020]式中，为扩张状态，
[0021]S22，设计相应的广义扩张状态观测：
[0022][0023]式中，和分别是ξ
k
和y
mk
的估计值，L是需要设计的观测增益，可根据极点配置设计。
[0024]优选的，S30中根据所述广义扩张状态观测算法，计算出最优控制律为：
[0025]S31，在k时刻，基于广义扩张状态观测算法对集总扰动d
k
进行观测得到其估计值
[0026]S32，把集总干扰的作用折算到状态量和输入量的稳态估计(x
ss
，u
ss
)中：由
[0027][0028]可得即
[0029][0030]S33，计算偏差形式的双模态控制律：
[0031][0032]式中，c
k+i
为控制自由度，n
c
为第一模态的长度；
[0033]S34，将偏差形式的控制律代到线性离散化模型中，并定义Φ＝A
‑
BK，可得
[0034][0035]S35，定义和扩张变量计算z
k
的动态特性：
[0036][0037]S36，推导偏差形式的各变量：
[0038][0039]其中，
[0040]S37，建立最优模型预测抗干扰控制问题：
[0041]采用如下无穷时域性能指标：
[0042][0043]式中，Q和R均为权重矩阵；
[0044]将(9)和(10)代入(11)，可得最终的最优模型预测抗干扰控制问题为：
[0045][0046]s.t.系统(2)
[0047]S38，求解最本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种槽式太阳能集热场出口温度抗干扰控制方法，其特征在于，所述方法包括：S10，根据槽式太阳能集热场，建立线性离散的槽式太阳能集热场模型；S20，根据所述线性离散的槽式太阳能集热场模型，获得出广义扩张状态观测算法；S30，根据所述广义扩张状态观测算法，计算出最优控制律。2.根据权利要求1所述的一种槽式太阳能集热场出口温度抗干扰控制方法，其特征在于，所述S10中的建立线性离散的槽式太阳能集热场模型为：S11，在稳态工况处利用一阶泰勒展开法对已知非线性槽式太阳能集热场模型线性化为：式中，x＝[x1,...,x
n
,x
n+1
,...,x
2n
,x
2n+1
,...,x
3n
]
T
＝[t
H
(1),...,t
H
(n),t
a
(1),...,t
a
(n),t
g
(1),...,t
g
(n)]
T
,n代表集热管按长度共平均分为n段，t
H
(j)，t
a
(j)，t
g
(j)分别代表集热管第j段出口导热油、吸收管和玻璃罩温度的相对值；t
H
(j)＝T
H
(j)
‑
T
H,out,r
,t
a
(j)＝T
a
(j)
‑
T
a,r
(j),t
g
(j)＝T
g
(j)
‑
T
g,r
(j),j＝1,2...,n；y
m
代表可测输出相对值，即y
m
＝x；y代表控制输出相对值，即集热场出口导热油温度的相对值；u＝q
H
‑
q
H,r
为导热油流量相对值，d
i
代表外扰，即太阳辐照度和集热场入口温度；ΔA
m
和O(
·
)分别代表参数摄动和高阶小项；其中，把外扰、参数摄动和高阶小项，作为集总干扰，表示为B
dc
d
i
；S12，将线性化的模型离散化得到线性离散模型：式中，x
k
,y
mk
,和y
k
分别代表x,y
m
和y的离散化后的值，B
d
是待设计的参数。3.根据权利要求1所述的一种槽式太阳能集热场出口温度抗干扰控制方法，其特征在于，S20中的根据所述线性离散的槽式太阳能集热场模型，获得出广义扩张状态观测算法：S21，将线性离散模型表示为扩张形式式中，为扩张状态，S22，设计相应的广义扩张状态观测：
式中，和分别是ξ
k
和y
mk
的估计值，L是需要设计的观测增益，可根据极点配置设计。4.根据权利要求1所述的一种槽式太阳能集热场出口温度抗干扰控制方法，其特征在于，S30中根据所述广义扩张状态观测算法，计算出最优控制律为：S31，在k时刻，基于广义扩张状态观测算法对集总扰动d
k
进行观测得到其估计值S32，把集总干扰的作用折算到状态量和输入量的稳态估计(x
ss
，u
ss
)中：由可得即S33，计算偏差形式的双模态控制律：式中，c
k+i
为控制自由度，n
c
为第一模态的长度；S34，将偏差形式的控制律代到线性离散化模型中，并定义Φ＝A
‑
BK，可得S35，定义和扩张变量计算z
k
的动态特性：S36，推导偏差形式的各变量：其中，S37，建立最优模型预测抗干扰控制问题：采用如下无穷时域性能指标：
式中，Q和R均为权重矩阵；将(9)(10)代入(11)，可得最终的最优模型预测抗干扰控制问题为：S38，求解最优控制律：通过求极值必要条件可得联立(4)、(6)、(7)和(...

【专利技术属性】
技术研发人员：梁俊宇，袁兴宇，杨洋，
申请(专利权)人：云南电网有限责任公司电力科学研究院，
类型：发明
国别省市：