[發明專利]基于分層模型預測控制算法的超臨界機組協調控制方法

在審

• 申請號: 202011370809.5
• 申請日: 2020-11-30
• 公開（公告）號: CN112526882A
• 公開（公告）日: 2021-03-19
• 發明（設計）人: 李志強;王力;孔德奇;天罡;鄧海濤;張立業;宋浩;傅騰;劉恒波;張敏;陳曉利;鄭飛;張云河;韓旭;田鈞成
• 申請（專利權）人: 國家電投集團東北電力有限公司本溪熱電分公司;中電投東北能源科技有限公司;南京英納維特自動化科技有限公司
• 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: 李倩

本發明公開了一種基于分層模型預測控制算法的超臨界機組協調控制方法，包括如下內容：將超臨界機組的被控對象看作一個三輸入三輸出的多變量系統，系統的輸入量為給水流量、汽機調門開度和實際入爐煤量，輸出量為機組實發功率、機側主汽壓力和分離器出口溫度；將超臨界機組的被控對象的不同工況的子模型按CARIMA模型進行表述，并基于丟番圖方程求得模型預測值，最終以性能指標函數最小為優化目標求取當前最優控制量；采用分層結構算法，建立三層子模型集；根據機組運行負荷范圍、控制偏差及偏差變化率的大小，組合不同層次、不同數量的子模型集，以適應機組運行時的不同控制目標。本發明能有效保證超臨界機組的控制效果，滿足實際工程需要。

技術領域

本發明涉及熱能與動力工程的自動控制方法，尤其涉及一種基于分層模型預測控制算法的超臨界機組協調控制方法。

背景技術

電力系統目前的發展趨勢是低碳化，包括風電、光伏發電、水電及核電在內的清潔能源本身具有隨機性和波動性，大量接入電網勢必影響電網的安全性和穩定性。

為給電力系統安全運行提供可靠性支撐，還是需要發揮火電“壓艙石”的作用，不斷提高火電機組的靈活性運行水平。目前幾乎所有燃煤電廠的協調控制系統都以PID為基礎，而PID控制器在機組大范圍變負荷運行時，并不適應大滯后、非線性、約束多及強耦合的協調系統被控對象，導致機組AGC、一次調頻等涉網功能不滿足電網要求，進而嚴重制約火電機組的運行靈活性。切換子模型或子控制器的方法雖易實現且計算負擔較輕，但易導致控制量跳變，不利于系統穩定；加權子模型或子控制器的方法雖能實現系統的平滑過渡，但計算負擔加大。

發明內容

發明目的：針對現有技術存在的問題，本發明的目的是提供一種能夠提高機組負荷調節性能及拓寬負荷調節寬度，同時保證主汽壓力、主汽溫等關鍵參數的控制性能的超臨界機組協調控制方法。

技術方案：本發明所述的一種基于分層模型預測控制算法的超臨界機組協調控制方法，包括如下內容：

(1)將超臨界機組的被控對象看作一個三輸入三輸出的多變量系統，所述多變量系統的輸入量為給水流量、汽機調門開度和實際入爐煤量，輸出量為機組實發功率、機側主汽壓力和分離器出口溫度；

(2)將所述超臨界機組的被控對象的不同工況下的子模型按CARIMA模型進行表述，并基于丟番圖方程求得模型預測值，最終以性能指標函數最小為優化目標求取當前最優控制量；

(3)采用分層結構算法，建立三層子模型集；根據機組運行負荷范圍、控制偏差及偏差變化率的大小，組合不同層次、不同數量的子模型集，以適應機組運行時的不同控制目標。

進一步的，步驟(1)中，采用現場的階躍響應試驗數據辨識所述超臨界機組30％～100％Pe的數學模型。

具體的，步驟(1)中，采用如下公式表述所述被控對象：

其中，為輸出量，分別代表機組實發功率N_e、機側主汽壓力p_st和分離器出口溫度T_sep，為輸入量，分別代表給水流量D_fw、汽機調門開度u_t和實際入爐煤量r_B，G_ij為第j個輸入量對第i個輸出量影響的傳遞函數，i、j＝1，2，3。

具體的，步驟(2)中，采用如下公式將所述超臨界機組的被控對象的不同工況下的子模型按CARIMA模型進行表述：

其中，z^-1為后移算子，Δ＝1-z^-1為差分算子，均為關于z^-1的多項式，k為時刻，ξ_i(k)為噪聲；

將上式等號兩邊同乘差分算子，得：