[發明專利]用于超臨界火電機組機爐系統負荷跟蹤的雙層控制系統

有效

• 申請號: 201611110673.8
• 申請日: 2016-12-06
• 公開（公告）號: CN106855691B
• 公開（公告）日: 2019-07-30
• 發明（設計）人: 韓四維;沈炯;潘蕾
• 申請（專利權）人: 東南大學
• 主分類號: G05B13/04
• 分類號: G05B13/04
• 代理公司: 南京蘇高專利商標事務所(普通合伙) 32204
• 代理人: 肖明芳

本發明公開了用于超臨界火電機組機爐系統負荷跟蹤的雙層控制系統，包括上、下兩層控制器，上層控制器為經濟性線性預測控制器ELMPC，下層控制器為L1自適應控制器；經濟性線性預測控制器ELMPC建立機爐系統的局部帶擾動項線性化模型，以系統未來一段時間內的經濟性最優為目標，規劃出系統在未來一段時間內的最優狀態與輸出軌跡，并得到對應的最優控制量，將最優控制量及對應的系統最優狀態與輸出軌跡傳入下層控制器中；下層控制器為L1自適應控制器，L1自適應控制器根據上層控制器傳來的最優狀態與輸出軌跡以及實際機組狀態及輸出的測量值，在上層控制器規劃出的控制量的基礎上加入自適應修正量，用于更新上層的預測模型。

技術領域

本發明屬于熱能動力工程和自動控制領域，涉及超臨界火電機組協調控制方法，特別是一種采用經濟性預測控制與L1自適應控制相結合的，用于超臨界火電機組機爐協調的雙層控制系統。

背景技術

火電機組的協調控制是指將鍋爐與汽輪機作為一個整體進行綜合控制，以滿足電網對火電機組負荷跟蹤的要求。超臨界火電機組的協調控制相對于亞臨界火電機組，主要的不同點在于超臨界機組由于工質水的參數超過了水的臨界參數，使得超臨界機組中只能采用直流鍋爐。直流鍋爐由于不存在汽包這一能量-工質緩沖環節，使得機組的能量-工質失去自平衡能力，因此給水量的成為重要的控制參數。同時在直流鍋爐中，汽水分離器出口蒸汽的溫度(焓值)對主蒸汽溫度的控制至關重要。上述直流鍋爐的特點使得超臨界機組的協調控制簡化為三輸入三輸出的對象，如圖1所示。在圖1中，系統的輸入分別為燃料量指令u_B，給水流量D_fw，主蒸汽閥門開度u_t，系統的輸出分別為主蒸汽壓力p_st，汽水分離器出口焓值h_m，機組負荷N_e，并選取進入爐膛的燃料量r_B，汽水分離器出口壓力p_m，汽水分離器出口焓值h_m作為中間狀態量。

超臨界火電機組機爐系統具有非線性、大慣性、大滯后的特點，目前火電廠的協調控制系統大多基于靜態解耦，采用常規的基于比例-微分-積分(PID，比例-Proportion，積分-Integral，微分-Differential coefficient)的控制算法，直接跟蹤給定的負荷目標值，這類PID控制器一般選定某個標稱工況點將控制參數調節至最優，并且在運行中保持參數恒定不變。上述的控制器在機組工況變化不頻繁時具有較好的效果，但一旦機組的實際工作點偏離標稱工況點時，控制效果會急劇惡化。隨著越來越多光伏發電、風電等新能源并入電網，對電網的調峰能力提出了更高的要求，原本僅作為基礎負荷的大型火電機組也開始承擔調峰的任務，使得超臨界火電機組機爐協調系統必須具有適應頻繁大范圍負荷變動的能力，同時必須具有更快的負荷跟蹤性能另一方面，基于發電廠實際的經濟效益，及全球氣候變暖帶來的減碳需求，希望機組在滿足上述負荷跟蹤要求的同時，能夠具備更好的經濟性。在這種背景下，傳統的PID控制算法已難以滿足這些要求。因此必須考慮采用更先進的控制算法來滿足上述經濟性負荷跟蹤的要求。

目前一種考慮上述經濟性負荷機組負荷跟蹤要求的機爐協調控制系統設計方案是采用過程控制中常用的實時優化(RTO，Real Time Optimization)方案，即在控制系統上層引入一個優化層，在電網給出機組負荷跟蹤的目標后，根據負荷的目標以及機組的穩態模型進行在線穩態優化計算，得到最優的目標值，并將目標值傳入下層的跟蹤層中。跟蹤層的主要任務是將系統被控量驅動到來自上層的目標值并保持穩定，目前主要采用模型預測控制(MPC，Model Predictive Control)等算法設計跟蹤控制器，產生控制信號或者機組中各子系統的設定值，向下傳遞入相應的執行機構或基層控制系統，使得系統輸出盡快跟蹤上層目標值。