一种基于扩张状态观测器的深度调峰干湿转换控制系统技术方案

一种基于扩张状态观测器的深度调峰干湿转换控制系统，该方法包括以下步骤：步骤1，采集火电机组干湿转换过程中的进水流量、水箱水位、实际焓值、进水口压力、给煤量；步骤2，搭建基于扩张状态观测器的储水箱水位控制系统，用扩张状态观测器对进水的流量和储水箱的水位进行估计，再通过PID对流量开度进行控制；步骤3，通过干湿转换控制系统实现湿态转干态和干态转湿态的自动控制；步骤4：引入权重因子对变负荷过程中的扩张状态观测器模型参数进行在线修正。所述控制策略有效提升大型火电机组协调控制系统深度调峰下的控制品质，控制系统响应速度快、稳定性能好、准确性高，同时具有良好的鲁棒性和一定的自适应能力。的鲁棒性和一定的自适应能力。的鲁棒性和一定的自适应能力。

【技术实现步骤摘要】
一种基于扩张状态观测器的深度调峰干湿转换控制系统


[0001]本专利技术涉及热工自动控制领域，特别是涉及基于扩张状态观测器的深度调峰干湿转换控制系统。

技术介绍

[0002]在我国发展新能源的行业背景下，可再生能源发电所占的比重增大，对电网波动较大，火力发电机组需要承担调峰变负荷作用。超临界火电机组具备高参数、低能耗、快速变负荷等特点，不同于以往只带基本负荷运行的需求，现在需要参与深度变负荷过程。和汽包锅炉不同，超临界直流锅炉在深度低负荷运行往往发生湿态、干态转换的问题。
[0003]为了机组能快速跟踪电网的发电指令灵活变负荷，需要提高机组干湿态转换过程的稳定性和快速性。燃煤机组开展灵活性改造均是必然趋势。而干湿态转换作为燃煤机组灵活性改造的关键步骤，则决定着改造的成功与否。针对火电机组超低负荷深度调峰工况下需要进行十分复杂且稳定性较差的干态/湿态转换，且当机组运行到湿态工况时被控对象动态特性变化又十分显著的问题，常规的控制策略根本无法对其进行有效的控制。因此需要设计一种能够适应机组深度调峰低负荷运行状态的协调控制策略。

技术实现思路

[0004]本专利技术所要解决的技术问题是针对上述现有技术的不足，提供一种基于扩张状态观测器的深度调峰干湿转换控制系统，该策略不需要建立协调控制系统被控对象的精确数学模型，易于在线实现，计算量小，控制效果好具体步骤如下，其特征在于：
[0005]步骤1，采集火电机组干湿转换过程中的进水流量、水箱水位、实际焓值、进水口压力、给煤量；
[0006]步骤2，搭建基于扩张状态观测器的储水箱水位控制系统，用扩张状态观测器对进水的流量和储水箱的水位进行估计，再通过PID对流量开度进行控制；
[0007]步骤3，通过干湿转换控制系统实现湿态转干态和干态转湿态的自动控制；
[0008]步骤4：引入权重因子对变负荷过程中的扩张状态观测器模型参数进行在线修正。
[0009]进一步，步骤2中基于扩张状态观测器的储水箱水位控制系统的过程可以表示为：
[0010]由于本系统的传递函数是两阶，再将实际焓值作为扩张观测量，因此本系统的扩张观测器为三阶，设系统状态方程：
[0011][0012]式中，x1和y为水箱水位，x2和为进水流量，是x2的一阶导数，参数b为扩张状态观测器参数，a(t)为系统总扰动，u为进水口压力，t为时间参数，将流量开度作为扩张状态观测器的扩张变量x3，扩张成新的控制系统：
[0013][0014]式中p(t)是给煤量的一阶导数，针对上的控制系统建立如下扩张状态观测器：
[0015][0016]式中，μ1为水箱水位误差，β
01
、β
02
、β
03
为可调参数，和分别是z2和z3的一阶导数，只要选择适当的可调参数满足赫尔维茨条件，状态观测器可很好的估计系统的状态变量，其中z＝[z1,z2,z3]是对x＝[x1,x2,x3]的估计。
[0017]进一步，步骤4中对扩张状态观测系数在线修正的过程可以表示为：
[0018]步骤4.1，构建神经网络输入层，输入层可表示为：
[0019][0020]式中，O
i(1)
(k)是输入层向量，i表示向量的维数，k为采样点，x(k)进水流量、水箱水位、实际焓值、进水口压力、给煤量和流量开度；
[0021]步骤4.2，构建神经网络隐藏层，隐藏层的输入net
(2)i
(k)、输出O
(2)j
分别表示为：
[0022][0023][0024]式中，w
(2)ji
是输入层和隐藏层间的网络权重值，j表示隐藏层节点数，b
i
是输入层和隐藏层间的网络偏置阈值，N是隐藏层神经元个数，g1为隐藏层激活函数，隐藏层激活函数使用sigmod激活函数；
[0025]步骤4.3，构建神经网络输出层，输出层输入net
(3)
(k)、输出O
(3)
分别表示为：
[0026][0027]O
(3)
(k)＝g2(net
(3)
(k))
[0028]式中，w
(3)j
是第j个隐藏层节点输入层和隐藏层间的网络权重值，b
j
是第j个隐藏层节点输入层和隐藏层间的网络偏置阈值，g2为输出层激活函数，输出层输出为β
01
、β
02
、β
03
的可调参数。
[0029]本专利技术基于扩张状态观测器的深度调峰干湿转换控制系统，有益效果：本专利技术的技术效果在于：
[0030]1、本控制系统通过BP神经网络对状态观测器的可调参数进行自适应调整，使得系统控制快速、准确，控制性能优异，机组运行稳定可靠；
[0031]2、本专利技术能够有效提高大型火电机组在深度调峰工况下的自适应能力，能够解决火电机组协调控制系统中控制作用速率、幅值的受限优化问题，
附图说明
[0032]图1为本专利技术的流程图。
具体实施方式
[0033]下面结合专利技术的流程图1与具体实施方式对本专利技术作进一步详细描述：
[0034]步骤1，采集火电机组干湿转换过程中的进水流量、水箱水位、实际焓值、进水口压力、给煤量；
[0035]步骤2，搭建基于扩张状态观测器的储水箱水位控制系统，用扩张状态观测器对进水的流量和储水箱的水位进行估计，再通过PID对流量开度进行控制；
[0036]步骤2中基于扩张状态观测器的储水箱水位控制系统的过程可以表示为：
[0037]由于本系统的传递函数是两阶，再将实际焓值作为扩张观测量，因此本系统的扩张观测器为三阶，设系统状态方程：
[0038][0039]式中，x1和y为水箱水位，x2和为进水流量，是x2的一阶导数，参数b为扩张状态观测器参数，a(t)为系统总扰动，u为进水口压力，t为时间参数，将流量开度作为扩张状态观测器的扩张变量x3，扩张成新的控制系统：
[0040][0041]式中p(t)是给煤量的一阶导数，针对上的控制系统建立如下扩张状态观测器：
[0042][0043]式中，μ1为水箱水位误差，β
01
、β
02
、β
03
为可调参数，和分别是z2和z3的一阶导数，只要选择适当的可调参数满足赫尔维茨条件，状态观测器可很好的估计系统的状态变量，其中z＝[z1,z2,z3]是对x＝[x1,x2,x3]的估计。
[0044]步骤3，通过干湿转换控制系统实现湿态转干态和干态转湿态的自动控制；
[0045]步骤4：引入权重因子对变负荷过程中的扩张状态观测器模型参数进行在线修正；
[0046]步骤4中对扩张状态观测系数在线修正的过程可以表示为：
[0047]步骤4.1，构建神经网络输入层，输入层可表示为：
[0048][0049]式本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.基于扩张状态观测器的深度调峰干湿转换控制系统，具体步骤如下，其特征在于：步骤1，采集火电机组干湿转换过程中的进水流量、水箱水位、实际焓值、进水口压力、给煤量；步骤2，搭建基于扩张状态观测器的储水箱水位控制系统，用扩张状态观测器对进水的流量和储水箱的水位进行估计，再通过PID对流量开度进行控制；步骤3，通过干湿转换控制系统实现湿态转干态和干态转湿态的自动控制；步骤4：引入权重因子对变负荷过程中的扩张状态观测器模型参数进行在线修正。2.根据权利要求1所述的基于扩张状态观测器的深度调峰干湿转换控制系统，其特征在于：步骤2中基于扩张状态观测器的储水箱水位控制系统的过程可以表示为：由于本系统的传递函数是两阶，再将实际焓值作为扩张观测量，因此本系统的扩张观测器为三阶，设系统状态方程：式中，x1和y为水箱水位，x2和为进水流量，是x2的一阶导数，参数b为扩张状态观测器参数，a(t)为系统总扰动，u为进水口压力，t为时间参数，将流量开度作为扩张状态观测器的扩张变量x3，扩张成新的控制系统：式中p(t)是给煤量的一阶导数，针对上的控制系统建立如下扩张状态观测器：式中，μ1为水箱水位误差，β
01
、β
02
、β
03
为可调参数，和分别是z2和z3的一阶导数，只要选择适当的可调参数满足赫尔维茨条件，状态观测器可很好的估计系统的状态变量，其中z＝[z1,z2,z3]是对x＝[x1,x2,x3]的估计。3.根据权利要求1所述的基于...

【专利技术属性】
技术研发人员：李伟，高金龙，薄强冲，王健，吴哲，庄志宝，崔鸿海，叶智明，王政达，孙婧，
申请(专利权)人：南京英纳维特自动化科技有限公司，
类型：发明
国别省市：