[發明專利]基于雙層結構預測控制的工業循環水節能優化控制方法

有效

• 申請號: 201610969220.4
• 申請日: 2016-10-28
• 公開（公告）號: CN108021024B
• 公開（公告）日: 2019-09-06
• 發明（設計）人: 鄒濤;于海斌;鄭洪宇;李永民;王景楊;魏來星;張鑫;賈洋;馬小龍
• 申請（專利權）人: 中國科學院沈陽自動化研究所
• 主分類號: G05B13/04
• 分類號: G05B13/04
• 代理公司: 沈陽科苑專利商標代理有限公司 21002
• 代理人: 李巨智

本發明涉及一種基于雙層結構預測控制的工業循環水節能優化控制方法，根據工業循環水系統的配置，建立循環水系統的動態模型和穩態模型；設置被控變量的優先級、操作變量的優先級、操作變量的效益方向以及操作變量與被控變量之間的相關性方向；建立目標函數，根據工藝條件和穩態模型構建約束條件；如果有可行域，得到最優操作點；否則對被控變量的約束條件適當放松，得到最優操作點；將得到的最優操作點做為設定值，建立模型預測控制器，并實施控制作用。本發明實現循環水系統各生產單元的回水溫度始終處于其最高允許溫度下運行，同時，使循環水系統的管網輸出流量減少，壓力降低。進而實現降低運行成本，系統節能的效果。

技術領域

本發明涉及優化控制領域，具體地說是一種基于雙層結構預測控制的工業循環水節能優化控制方法。

背景技術

工業循環水系統是為生產設備實施冷卻而配置的，廣泛應用于石油化工、熱電、鋼鐵、冶金、制藥、化纖等重要的國民經濟領域的生產中。據統計，泵的耗電量約占全國發電量的21％，其中工業循環水系統用泵能耗占到70％以上，因而，提高工業循環水系統能量利用效率對節約能耗具有重要意義。

本發明涉及的工業循環水系統涉及的主要設備有循環水泵組、管網、換熱器、冷卻終端(生產單元)、冷卻塔等。一套循環水系統通常為多個生產單元提供冷卻水，形成并聯的換熱器組。

由于各生產單元的設備、換熱功率和管理特性各不相同。現有的運行方案主要是調節循環水泵出口閥門或換熱器管路閥門實現對各生產單元的冷卻溫度要求，或通過調節循環水泵出口閥門或循環水泵轉速實現對工況最差的換熱支路熱交換。閥門節流的調節方式造成大量的能量浪費在管網的閥阻上，最不利工作點的運行方式促使部分支路流量過大，同樣造成能量浪費。

在控制方法方面，由于工業循環水系統工藝具有多耦合、非線性、大滯后等特點，傳統的經典控制方法僅以單個回路為基礎，無法從系統的角度實現對循環水系統的準確溫度控制，不能很好的滿足工業循環水的節能要求。

發明內容

針對現有技術的不足，本發明提供一種基于雙層結構預測控制算法的工業循環水節能優化與控制方法，實現循環水系統各生產單元的回水溫度始終處于其最高允許溫度下運行，同時，使循環水系統的管網輸出流量減少，壓力降低。進而實現降低運行成本，系統節能的效果。

本發明為實現上述目的所采用的技術方案是：

一種基于雙層結構預測控制的工業循環水節能優化控制方法，包括以下步驟：

步驟1：根據工業循環水系統的配置，建立循環水系統的動態模型和穩態模型；

步驟2：根據生產過程的工藝要求，設置被控變量的優先級、操作變量的優先級、操作變量的效益方向以及操作變量與被控變量之間的相關性方向；

步驟3：以最小的能量消耗為目標建立目標函數，根據工藝條件和穩態模型構建約束條件；

步驟4：判斷約束條件是否具有可行域，如果具有可行域，則采用操作變量的多優先級優化策略，得到最優操作點；否則采用針對被控變量的多優先級優化策略，對被控變量的約束條件適當放松，得到最優操作點；

步驟5：將得到的最優操作點做為設定值，建立模型預測控制器，并實施控制作用。

在工業循環水系統中工頻泵的兩端并聯設置一個變頻泵。

所述動態模型和穩態模型的建立過程為：

首先，建立循環水系統的水力模型和熱力模型；

其次，通過試驗數據，修正模型參數，建立循環水系統的動態模型；

最后，由修正后的動態模型模型，建立循環水系統的穩態模型。

所述被控變量包括冷卻單元出口溫度和管網壓力；