[發明專利]亞臨界火電機組協調控制系統參數尋優方法

在審

• 申請號: 202110769209.4
• 申請日: 2021-07-07
• 公開（公告）號: CN113641153A
• 公開（公告）日: 2021-11-12
• 發明（設計）人: 楊大錨;李會軍;李海浩;梁永吉;魏博遠;劉申;馬占鋒;劉磊;周家材;洪澎;呂世文;李國福
• 申請（專利權）人: 華能銅川照金煤電有限公司
• 主分類號: G05B19/418
• 分類號: G05B19/418
• 代理公司: 西安文盛專利代理有限公司 61100
• 代理人: 佘文英

1.一種亞臨界火電機組協調控制系統參數尋優方法，其特征在于：首先通過特征軌跡法確定控制器的形式及部分必要參數，來保證控制系統的穩定性，具體設計步驟如下：

(1)亞臨界機組協調系統被控對象傳遞函數矩陣為G(s)，在高頻ω_h計算實陣K_h≈G^-1(jω_h)，以補償特征軌跡及失配角，降低高頻關聯；

式中G_PB(s)、G_NB(s)分別為以u_B為輸入，P_t、N_E為輸出的傳遞函數模型；G_PT(s)、G_NT(s)分別為以u_t為輸入，P_t、N_E為輸出的傳遞函數模型(u_B保持不變)；G(s)為對象的傳遞函數模型矩陣；u_B、u_t分別指代鍋爐燃燒率指令、汽機調門指令；P_t、N_E分別指代主汽壓力、實發功率；由模型形式可知，主汽壓力調節回路和功率調節回路之間具有較強的耦合關系；

(2)判斷高頻補償后系統穩定性，若不穩定或穩定裕量不足，在中頻ω_m≤ω_h設計控制器K_m(s)補償系統中頻特征軌跡，經過高頻補償后系統矩陣為G(s)K_h，計算其中頻ω_m對偶特征值矩陣和特征向量矩陣，通過方向排列法近似得到對偶特征向量矩陣的近似實標架A_m和B_m，則

式中為標量傳遞函數，若系統穩定性、關聯程度不符合要求，則需重新設計；

(3)判斷中頻補償后系統低頻關聯及穩態精度，若不滿足，在低頻ω_l≤ω_m設計控制器K_l(s)補償系統低頻特征軌跡，經過高、中頻補償后系統矩陣為G(s)K_hK_m(s)，計算其對偶特征值矩陣，并求得近似實標架A₁和B₁，則

式中是滿足增益平衡要求的實數，于是低頻控制器為

式中是影響控制器效果的關鍵參數，

(4)合并各高、中、低頻補償控制器，有總的控制器

K(s)＝K_hK_m(s)K_l(s) (5) 。

2.根據權利要求1所述的一種亞臨界火電機組協調控制系統參數尋優方法，其特征在于：通過特征軌跡法確定控制器的形式及部分必要參數后，結合逐步降步長的天牛須搜索算法尋優得到最佳控制器參數，優化控制系統性能，對于一個多維空間的優化問題，記X_left為天牛左側觸角的空間坐標，記X_right為天牛右側觸角的空間坐標，X_center為質心的空間坐標，d_length為天牛兩側觸角之間的直線距離；默認天牛在飛行時，頭是任意朝向的，故從天牛右側觸角指向左側觸角向量的方向P_direction也是不確定的，對其歸一化有：

p_dir＝P_direction/norm(P_direction) (6)

于是有X_left-X_right＝d_length*p_dir (7)

同時，X_left及X_right可由質心描述：

X_left＝X_center+d_length*p_dir/2 (8)

X_right＝X_center-d_length*p_dir/2 (9)

對于待尋優的目標函數f(x)，左右兩側觸角接收到的值分別為：

f_left＝f(X_left) (10)

f_right＝f(X_right) (11)

比較兩者大小，確定天牛下一步要走的位置：

X_center-next＝X_center+step*p_dir*Sign(f_left-f_right) (12)

式中Sign為符號函數，即f_left＜f_right，為了尋找到氣味的最大值，則天牛向右飛行長度為step的距離；f_left＞f_right，則天牛向左飛行長度為step的距離。最終確定目標函數最大值的位置；

引入小于1的步長系數σ，每次迭代時的步長則為：

step＝step*σ (13)

由上式可知天牛飛行步長以一定比例不斷減小；

基于特征軌跡設計原理，可以得到形如式(14)的系統控制器

其中K_h及K_l由計算準確求得，而K_m(s)無需補償，重點是優化關鍵參數

對形如式(15)的ITAE誤差積分準則作合理調整，考慮到被控量負荷和壓力具有不同數量級，在計算誤差積分準則前，首先將負荷及壓力作歸一化處理最終計算式可修改為：

式中和分別為歸一化后機側壓力偏差與負荷偏差，γ₁及γ₂為相應偏差的權重系數，用以調整不同指標評價數值大小，實現不同的控制目標，得到優化關鍵參數

將基于變步長天牛須搜索算法尋優得到的關鍵參數帶入式(14)，即得到最終的協調系統控制器。