[發明專利]一種微型燃氣輪機熱電聯供系統抗擾預測控制方法

有效

• 申請號: 202010423642.8
• 申請日: 2020-05-19
• 公開（公告）號: CN111596546B
• 公開（公告）日: 2022-06-03
• 發明（設計）人: 潘蕾;陳琛;周娣;沈炯;張俊禮;劉西陲
• 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: 徐紅梅

1.一種微型燃氣輪機熱電聯供系統抗擾預測控制方法，其特征在于，包括以下步驟：

(1)采集微型燃氣輪機熱電聯供系統的運行數據，包括燃料量、一次水旁路閥開度、轉速和二次供水溫度；

(2)分別辨識轉速系統和溫度系統的狀態空間模型，然后建立熱電聯供系統的整體控制模型；包括以下步驟：

(21)基于燃料量和轉速的數據建立轉速系統的過程模型，其形式如下：

其中，x₁(k)是在離散k時刻的轉速系統的狀態量，y₁(k)是在離散k時刻的轉速，u₁(k)是在離散k時刻的燃料量，A₁,B₁,C₁,a₁,b₁表示轉速系統的參數；

(22)基于燃料量、一次旁路閥開度和二次供水溫度系統建立溫度系統的過程模型，其形式如下：

其中，x₂(k)是在離散k時刻的溫度系統的狀態量，y₂(k)是在離散k時刻的二次供水溫度，u(k)在離散k時刻的微型燃氣輪機熱電聯供系統控制量，u(k)＝[u₁(k) u₂(k)]^T，T表示矩陣轉置符號，u₂(k)是在離散k時刻的一次水旁路閥開度，A₂,B₂,C₂,a₂,b₂表示溫度系統的參數；

(23)建立熱電聯供系統的整體控制模型，其形式如下：

其中，0_2×1是2行1列的零矩陣，A,B,C,a,b表示熱電聯供系統控制模型的參數；

(3)基于熱電聯供系統整體控制模型建立廣義擴增狀態觀測器；包括以下步驟：

(31)建立如下的帶有擾動項的熱電聯供系統模型：

其中，x(k)在離散k時刻的微型燃氣輪機熱電聯供系統狀態量，y(k)在離散k時刻的微型燃氣輪機熱電聯供系統輸出量，y(k)＝[y₁(k) y₂(k)]^T，d(k)是狀態集總擾動，v(k)是輸出集總擾動，B_d和C_v分別是狀態集總擾動矩陣和輸出集總擾動矩陣；

(32)建立廣義擴增狀態觀測器，其形式如下：

其中，符號“^”表示估計值，0和I是零矩陣和單位矩陣，L是觀測器增益，△表示增量，△^s表示s次增量；

(33)求解觀測器增益L＝M^-1N，矩陣M和N通過求解下面可行性問題得到：

其中，M、N和S是待求的矩陣，S是正定對稱矩陣，是給定的正定對稱矩陣，用來調節觀測器估計速度；

(4)基于廣義擴增狀態觀測器建立穩定預測控制的預測模型；包括以下步驟：

(41)求解補償擾動后的超臨界火電機組穩態輸入u_t和狀態x_t：

其中y_r是轉速和溫度的設定值；

(42)建立穩定預測控制的預測模型，其形式如下：

其中，和表示k時刻預測的未來k+i和k+i+1時刻的狀態，是當前k時刻預測的未來k+i時刻的輸出，是在k時刻的未來k+i時刻的輸入量；

(5)建立穩定預測控制器，調節燃料量和一次水旁路閥開度，控制轉速和二次供水溫度。

2.根據權利要求1所述的微型燃氣輪機熱電聯供系統抗擾預測控制方法，其特征在于，步驟(5)包括以下步驟：

(51)建立穩定預測控制的無窮時域性能指標，其形式如下：

其中，Q和R分別是狀態和控制輸入調節矩陣參數；

(52)將步驟(51)的無窮時域性能指標轉化為如下的優化問題：

受限于：

其中，γ,Y,F是待求得變量，N是自由控制的步數，γ是窮時域性能指標的上界，表示克羅內克積，w是觀測誤差的上界,∏₂＝[I₂ I₂…I₂]^T,W_j＝[0…0 10…0]，u_min和u_max分別表示控制輸入的最小值和最大值，△u_min和△u_max分別表示控制輸入增量的最小值和最大值，G_A＝A^N-1，G_B＝[A^N-1B A^N-2B…A⁰B]；

(53)計算離散k時刻的超臨界火電機組輸入調節燃料量和一次水旁路閥開度，進而控制轉速和二次供水溫度。