[發(fā)明專利]一種提高火電機(jī)組靈活性運(yùn)行的級(jí)聯(lián)自適應(yīng)容積卡爾曼自抗擾控制方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202110658735.3
• 申請(qǐng)日: 2021-06-15
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN113391552B
• 公開(kāi)（公告）日: 2022-07-29
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 侯國(guó)蓮;黃婷;弓林娟
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 華北電力大學(xué)
• 主分類號(hào): G05B13/04
• 分類號(hào): G05B13/04
• 代理公司: 暫無(wú)信息
• 代理人: 暫無(wú)信息

本發(fā)明公開(kāi)了一種面向火電機(jī)組靈活性運(yùn)行的級(jí)聯(lián)自適應(yīng)容積卡爾曼自抗擾控制方法。首先，將超超臨界機(jī)組的協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)作為研究對(duì)象并分析其控制難點(diǎn)；然后，為其設(shè)計(jì)級(jí)聯(lián)自適應(yīng)容積卡爾曼自抗擾控制方法。最后，依托仿真平臺(tái)驗(yàn)證本發(fā)明控制方法的可行性，并采用性能指標(biāo)量化統(tǒng)計(jì)分析控制方法的有效性。本發(fā)明的研究對(duì)象分析中，將其簡(jiǎn)化為三輸入三輸出的系統(tǒng)，更準(zhǔn)確描述了其動(dòng)態(tài)特性。此外，本發(fā)明將數(shù)值精度高且穩(wěn)定性強(qiáng)的自適應(yīng)容積卡爾曼濾波與基于誤差形式的狀態(tài)觀測(cè)器級(jí)聯(lián)，使控制器性能顯著提高。很大程度上改善了系統(tǒng)的負(fù)荷快速控制能力，提高了機(jī)組的靈活運(yùn)行能力。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及火力發(fā)電機(jī)組靈活性運(yùn)行的協(xié)調(diào)控制技術(shù)領(lǐng)域，更具體地，涉及一種提高大型火力發(fā)電機(jī)組靈活運(yùn)行能力的級(jí)聯(lián)自適應(yīng)容積卡爾曼自抗擾控制策略。

背景技術(shù)

近年來(lái)，隨著規(guī)模化可再生能源發(fā)電并入電網(wǎng)，有效緩解了我國(guó)化石能源短缺、環(huán)境污染等問(wèn)題。但其伴隨的強(qiáng)隨機(jī)性、波動(dòng)性和間歇性嚴(yán)重威脅著電網(wǎng)的安全、經(jīng)濟(jì)、穩(wěn)定運(yùn)行。全球能源互聯(lián)網(wǎng)發(fā)展合作組織指出，能源清潔低碳轉(zhuǎn)型和高質(zhì)量發(fā)展是貫徹落實(shí)新發(fā)展理念的重要抓手和著力點(diǎn)。加快能源變革轉(zhuǎn)型，以清潔能源為主導(dǎo)轉(zhuǎn)變能源生產(chǎn)方式，以電為中心轉(zhuǎn)變能源消費(fèi)方式，以大電網(wǎng)互聯(lián)轉(zhuǎn)變能源配置方式，將有力推動(dòng)構(gòu)建清潔低碳、安全高效的能源體系。由此可見(jiàn)，以可再生能源發(fā)電為主體，發(fā)揮火電機(jī)組的基荷作用將成為我國(guó)電力生產(chǎn)領(lǐng)域的發(fā)展趨勢(shì)。因此，急需推進(jìn)火力發(fā)電機(jī)組的技術(shù)改造，提高其深度調(diào)峰能力，為大規(guī)模集中式可再生能源電力的消納提供保障。

超超臨界機(jī)組是一種具有高熱效率、低排放、少污染的先進(jìn)發(fā)電技術(shù)。目前運(yùn)行的超超臨界機(jī)組過(guò)熱器出口主蒸汽壓力高于26MPa、蒸汽溫度高于 600℃。與超臨界機(jī)組相比，超超臨界機(jī)組的熱效率提高了1.2％～4％，因此它已成為我國(guó)近年來(lái)電力生產(chǎn)領(lǐng)域的主力機(jī)組。此外，超超臨界機(jī)組廣泛采用以鍋爐跟隨為基礎(chǔ)的直接能量平衡協(xié)調(diào)控制策略，在保證快速準(zhǔn)確響應(yīng)外部負(fù)荷指令的同時(shí)維持鍋爐與汽輪機(jī)之間的能量平衡。所以，挖掘超超臨界機(jī)組的負(fù)荷快速控制能力，對(duì)提高能源利用效率及接納大規(guī)模新能源電力并入電網(wǎng)具有重要現(xiàn)實(shí)意義。作為超超臨界機(jī)組的控制核心，協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)需滿足高品質(zhì)的控制性能要求以提高單元機(jī)組的靈活性運(yùn)行能力。然而，超超臨界機(jī)組協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)具有多變量、時(shí)變、非線性、大延遲和強(qiáng)耦合的動(dòng)態(tài)特性，加之可再生能源電力并入電網(wǎng)帶來(lái)的波動(dòng)，采用常規(guī)的控制方法已難以滿足控制性能需求。因此，本文將超超臨界機(jī)組的協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)作為被控對(duì)象，為其設(shè)計(jì)先進(jìn)的級(jí)聯(lián)自適應(yīng)容積卡爾曼自抗擾控制策略，對(duì)提高大型火力發(fā)電機(jī)組的靈活性運(yùn)行能力具有重要意義。

自抗擾控制是基于經(jīng)典PID控制理論并融合了非線性機(jī)制和現(xiàn)代控制理論優(yōu)勢(shì)的一種先進(jìn)控制技術(shù)。線性自抗擾控制器具有結(jié)構(gòu)固定和不依賴于精確模型的優(yōu)勢(shì)，易于在工業(yè)過(guò)程中實(shí)現(xiàn)。此外，自抗擾控制器擁有卓越的跟蹤性能和抗干擾能力，其核心部件為狀態(tài)觀測(cè)器(ESO)。利用ESO可對(duì)未知的系統(tǒng)總擾動(dòng)(包含內(nèi)部擾動(dòng)和外部擾動(dòng))進(jìn)行實(shí)時(shí)準(zhǔn)確估計(jì)，并通過(guò)狀態(tài)反饋控制律對(duì)其進(jìn)行補(bǔ)償。可見(jiàn)，自抗擾控制是處理未知干擾和系統(tǒng)內(nèi)部不確定性的有效控制方案。但傳統(tǒng)的基于輸出的自抗擾控制器在跟蹤性能及工業(yè)實(shí)現(xiàn)便利化方面還有很大的改進(jìn)空間。為提高自抗擾控制技術(shù)的工業(yè)競(jìng)爭(zhēng)力，在控制性能和工業(yè)便利化之間達(dá)到合理平衡的基于誤差的自抗擾控制(EADRC)應(yīng)運(yùn)而生。與傳統(tǒng)的基于輸出的自抗擾控制策略不同，EADRC將系統(tǒng)設(shè)定值與實(shí)際輸出值之間的誤差作為跟蹤信號(hào)。采用基于誤差形式表示的EADRC，更符合常見(jiàn)的工業(yè)形式及提高跟蹤精度的要求。更令人滿意的是，可將EADRC的三大經(jīng)典元部件(微分跟蹤器、ESO、反饋控制律)封裝成單個(gè)模塊，并設(shè)計(jì)成“即插即用”的工業(yè)解決方案。此外，將具有良好濾波精度以及數(shù)值穩(wěn)定性的自適應(yīng)容積卡爾曼濾波器與 EADRC的ESO級(jí)聯(lián)，可降低ESO的觀測(cè)負(fù)擔(dān)提高控制器的跟蹤精度。基于此，潛在地增加了EADRC相對(duì)于無(wú)處不在的PID型控制器的競(jìng)爭(zhēng)力，可高效處理無(wú)精確模型的強(qiáng)非線性的工業(yè)過(guò)程控制問(wèn)題。EADRC在電力、航空航天、燃料電池等工業(yè)領(lǐng)域得到廣泛研究與應(yīng)用。因此，采用級(jí)聯(lián)自適應(yīng)容積卡爾曼濾波自抗擾控制技術(shù)為多變量強(qiáng)耦合的單元機(jī)組協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)控制器，以提高機(jī)組的負(fù)荷快速控制能力、實(shí)現(xiàn)大型火電機(jī)組的靈活性運(yùn)行。

發(fā)明內(nèi)容