基于模型集自适应切换的火电机组协调系统预测控制方法技术方案

本发明专利技术公开了一种基于模型集自适应切换的火电机组协调系统预测控制方法，首先确定660MW火电机组协调系统被控对象结构，在不同负荷点通过输入量阶跃扰动试验，建立模型的输入量与输出量之间的数量关系，通过模型集自适应切换机制，得到机组协调系统随负荷变化的模型，针对该模型设计协调系统预测控制器，并对相关控制参数做变参数处理。本发明专利技术可以提升660MW火电机组协调控制系统性能，保证机组安全、稳定、经济运行。经济运行。

【技术实现步骤摘要】
基于模型集自适应切换的火电机组协调系统预测控制方法


[0001]本专利技术涉及火电机组自动控制领域，具体涉及一种基于模型集自适应切换的火电机组协调系统预测控制方法。

技术介绍

[0002]当前火电将由主体性电源向基础保障性和系统调节性电源转型，为提升火电机组参与调峰、调频的辅助服务能力，火电机组的灵活性改造正持续推进，这加大机组协调系统控制任务难度。
[0003]目前，高参数、大容量的660MW等级(超)临界发电技术是技术主流，在实际热工过程中，660MW火电机组协调系统控制策略主要采用“PID反馈+前馈”的控制结构，这种传统的线性控制方法不能适应机组灵活运行的要求，当机组大幅、快速变负荷运行时，由于被控对象具有非线性，传统的线性控制策略及参数不再适配，导致控制系统性能不佳，影响了660MW火电机组的灵活性指标和运行安全性。为提升660MW火电机组协调系统性能，有必要针对协调系统被控对象，设计能适应其非线性的优化控制方法。

技术实现思路

[0004]专利技术目的：本专利技术的目的是提供一种基于模型集自适应切换的火电机组协调系统预测控制方法，解决机组大幅度变工况运行时的机炉协调系统控制难题，提升660MW火电机组协调控制系统性能，保证机组安全、稳定、经济运行。
[0005]为达到上述目的，本专利技术的技术方案如下：
[0006]一种基于模型集自适应切换的火电机组协调系统预测控制方法，该方法包括如下步骤：
[0007]步骤1.将660MW火电机组协调系统被控对象简化为具有3个输入和3个输出的多变量模型，该多变量模型的输入量为燃料量指令u1、给水流量指令u2、汽机综合阀位指令u3，输出量为机组实发功率y1、机侧主蒸汽压力y2、分离器出口焓值y3；在不同负荷点，对机组做输入量阶跃扰动试验，建立不同负荷点下660MW火电机组协调系统被控对象的传递函数模型；
[0008]步骤2：由模型集自适应切换机制得到机组协调系统随负荷变化的模型G
N
；
[0009]步骤3：基于机组协调系统当前的模型G
N
设计预测控制器，采用关于输出量设定值与实际值的二次型函数作为性能指标，对第3个输入量，即汽机综合阀位指令u3的权重系数r3做变参数处理，求得k时刻最优输入增量Δu。
[0010]进一步地，步骤1中所述阶跃扰动试验的具体步骤如下：
[0011]步骤1
‑
1.确定需要进行试验的负荷点，考虑到机组日常运行最低负荷降低至30％Pe，最高负荷升高至100％Pe，其中Pe为火电机组额定负荷，对于660MW火电机组而言，Pe即为660MW，取30％Pe作为负荷点下限，取100％Pe作为负荷点上限，相邻试验负荷点相差10％Pe，于是试验的负荷点为30％Pe、40％Pe、50％Pe、60％Pe、70％Pe、80％Pe、90％Pe和100％
Pe；
[0012]步骤1
‑
2.在30％Pe负荷点进行输入量阶跃扰动实验，具体方法是：保持给水流量指令u2、汽机综合阀位指令u3不变，给予燃料量指令u1以5％的阶跃量，记录3个输出量机组实发功率y1、机侧主蒸汽压力y2、分离器出口焓值y3的试验数据；保持燃料量指令u1、汽机综合阀位指令u3不变，给予给水流量指令u2以5％的阶跃量，记录3个输出量机组实发功率y1、机侧主蒸汽压力y2、分离器出口焓值y3的试验数据；保持燃料量指令u1、给水流量指令u2不变，给予汽机综合阀位指令u3以5％的阶跃量，记录3个输出量机组实发功率y1、机侧主蒸汽压力y2、分离器出口焓值y3的试验数据；根据上述试验数据，建立在30％Pe负荷点下的660MW火电机组输入量与输出量之间的数学模型G
30
，其中G
30
与输入量、输出量存在如下数量关系：
[0013][y1 y2 y3]T
＝G
30
[u1 u2 u3]T
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(1)
[0014]其中上标T表示矩阵的转置；
[0015]步骤1
‑
3.分别在40％Pe、50％Pe、60％Pe、70％Pe、80％Pe、90％Pe和100％Pe负荷点重复上述阶跃扰动试验，最终得到不同负荷点下的模型G
30
、G
40
、G
50
、G
60
、G
70
、G
80
、G
90
、G
100
，其中G
40
代表40％Pe负荷点下机组协调系统的模型，其他模型以此类推。
[0016]进一步地，步骤2的具体方法是：提出一种模型集自适应切换机制，模型集自适应切换机制如下：
[0017]当机组实发功率满足30％Pe≤y1＜35％Pe时，机组协调系统当前的模型G
N
为：
[0018]G
N
＝G
30
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(2)
[0019]当机组实发功率满足35％Pe≤y1＜45％Pe时，机组协调系统当前的模型G
N
为：
[0020][0021]当机组实发功率满足45％Pe≤y1＜55％Pe时，机组协调系统当前的模型G
N
为：
[0022][0023]当机组实发功率满足55％Pe≤y1＜65％Pe时，机组协调系统当前的模型G
N
为：
[0024][0025]当机组实发功率满足65％Pe≤y1＜75％Pe时，机组协调系统当前的模型G
N
为：
[0026][0027]当机组实发功率满足75％Pe≤y1＜85％Pe时，机组协调系统当前的模型G
N
为：
[0028][0029]当机组实发功率满足85％Pe≤y1＜95％Pe时，机组协调系统当前的模型G
N
为：
[0030][0031]当机组实发功率满足95％Pe≤y1≤100％Pe时，机组协调系统当前的模型G
N
为：
[0032]G
N
＝G
100
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(9)
[0033]综上，由模型集自适应切换机制得到机组协调系统随负荷变化的模型G
N
。
[0034]进一步地，步骤3的具体方法是：基于步骤2得到的机组协调系统当前的模型G
N
设计预测控制器，采用关于输出量设定值与实际值的二次型函数作为性能指标，k时刻算法性能指标J(k)为：
[0035]J(k)＝[y
‑
y
r
]T
Q[y
‑
y
r
]+Δu
T
RΔu
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于模型集自适应切换的火电机组协调系统预测控制方法，其特征在于，该方法包括如下步骤：步骤1.将660MW火电机组协调系统被控对象简化为具有3个输入和3个输出的多变量模型，该多变量模型的输入量为燃料量指令u1、给水流量指令u2、汽机综合阀位指令u3，输出量为机组实发功率y1、机侧主蒸汽压力y2、分离器出口焓值y3；在不同负荷点，对机组做输入量阶跃扰动试验，建立不同负荷点下660MW火电机组协调系统被控对象的传递函数模型；步骤2：由模型集自适应切换机制得到机组协调系统随负荷变化的模型G
N
；步骤3：基于机组协调系统当前的模型G
N
设计预测控制器，采用关于输出量设定值与实际值的二次型函数作为性能指标，对第3个输入量，即汽机综合阀位指令u3的权重系数r3做变参数处理，求得k时刻最优输入增量Δu。2.根据权利要求1所述的基于模型集自适应切换的火电机组协调系统预测控制方法，其特征在于，步骤1中所述阶跃扰动试验的具体步骤如下：步骤1
‑
1.确定需要进行试验的负荷点，考虑到机组日常运行最低负荷降低至30％Pe，最高负荷升高至100％Pe，其中Pe为火电机组额定负荷，对于660MW火电机组而言，Pe即为660MW，取30％Pe作为负荷点下限，取100％Pe作为负荷点上限，相邻试验负荷点相差10％Pe，于是试验的负荷点为30％Pe、40％Pe、50％Pe、60％Pe、70％Pe、80％Pe、90％Pe和100％Pe；步骤1
‑
2.在30％Pe负荷点进行输入量阶跃扰动实验，具体方法是：保持给水流量指令u2、汽机综合阀位指令u3不变，给予燃料量指令u1以5％的阶跃量，记录3个输出量机组实发功率y1、机侧主蒸汽压力y2、分离器出口焓值y3的试验数据；保持燃料量指令u1、汽机综合阀位指令u3不变，给予给水流量指令u2以5％的阶跃量，记录3个输出量机组实发功率y1、机侧主蒸汽压力y2、分离器出口焓值y3的试验数据；保持燃料量指令u1、给水流量指令u2不变，给予汽机综合阀位指令u3以5％的阶跃量，记录3个输出量机组实发功率y1、机侧主蒸汽压力y2、分离器出口焓值y3的试验数据；根据上述试验数据，建立在30％Pe负荷点下的660MW火电机组输入量与输出量之间的数学模型G
30
，其中G
30
与输入量、输出量存在如下数量关系：[y1 y2 y3]
T
＝G
30
[u1 u2 u3]
T
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(1)其中上标T表示矩阵的转置；步骤1
‑
3.分别在40％Pe、50％Pe、60％Pe、70％Pe、80％Pe、90％Pe和100％Pe负荷点重复上述阶跃扰动试验，最终得到不同负荷点下的模型G
30
、G
40
、G
50
、G
60
、G
70
、G
80
、G
90
、G
100
，其中G
40
代表40％Pe负荷点下机组协调系统的模型，其他模型以此类推。3.根据权利要求1所述的基于模型集自适应切换的火电机组协调系统预测控制方法，其特征在于：步骤2的具体方法是：提出一种模型集自适应切换机...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘小鹏，王士博，董淑超，吕磊，胡克磊，毕建伟，张弛，刘栋，
申请(专利权)人：安徽华电六安电厂有限公司，
类型：发明
国别省市：