[發明專利]一種基于預測算法的串級主蒸汽溫度控制系統及其方法

在審

• 申請號: 202111178312.8
• 申請日: 2021-10-09
• 公開（公告）號: CN113932215A
• 公開（公告）日: 2022-01-14
• 發明（設計）人: 欒叢超;吳濤;杜保華;吳智群;張建剛;柴勝凱
• 申請（專利權）人: 西安熱工研究院有限公司
• 主分類號: F22G5/00
• 分類號: F22G5/00;F22G5/12
• 代理公司: 西安通大專利代理有限責任公司 61200
• 代理人: 陳翠蘭

本發明提供了一種基于預測算法的串級主蒸汽溫度控制系統及其方法，利用導前區汽溫的快速響應特性通過副控制回路提前控制，主蒸汽溫度通過主控制回路進行微調，主、副控制回路均采用狀態空間模型預測算法以提高汽溫控制的準確性與快速性，該控制系統可以改善發電廠主蒸汽溫度控制的動態特性，降低減溫水擾動對主蒸汽造成的影響。

技術領域

本發明涉及火力發電機組主蒸汽溫度控制領域，屬于主蒸汽溫度控制系統的設計，具體為一種基于預測算法的串級主蒸汽溫度控制系統及其方法。

背景技術

火力發電機組的鍋爐設備中存在大量的受熱面金屬，考慮到金屬材料的承受溫度上限，火力發電機組在運行中需嚴格控制主蒸汽溫度。但由于換熱過程的延遲與慣性很大，主蒸汽溫度的調節十分緩慢，反應不靈敏，主蒸汽溫度的控制困難，給火力發電機組鍋爐設備的安全運行帶來困難。

目前，火力發電機組主蒸汽溫度的控制多采用單回路PID反饋控制系統，但是由于換熱過程的延遲與慣性，單回路PID反饋控制系統的控制效果不佳，主蒸汽溫度波動較大，時常出現超溫的現象。另外，一些研究學者提出串級PID控制的控制系統來完成主蒸汽溫度的控制，該控制系統雖然在一定程度上改善了主蒸汽溫度的動態特性，但PID控制器的局限使得主蒸汽溫度仍存在一定的波動，危及火力發電機組鍋爐的安全運行。綜上所述，設計一種快速跟蹤主蒸汽溫度設定值、減小主蒸汽溫度波動的控制系統對于火力發電機組是十分有意義的。

發明內容

針對現有技術中存在發電廠汽溫控制的延遲與慣性的問題，本發明提供一種基于預測算法的串級主蒸汽溫度控制系統及其方法，系統中利用導前汽溫的快速響應特性通過副控制回路提前控制，主蒸汽溫度通過主控制回路進行微調，主、副控制回路均采用狀態空間模型預測算法以提高汽溫控制的準確性與快速性，該控制系統可以改善發電廠主蒸汽溫度控制的動態特性，降低減溫水擾動對主蒸汽造成的影響。

本發明是通過以下技術方案來實現：

一種基于預測算法的串級主蒸汽溫度控制系統，包括主預測控制器、副預測控制器和被控對象，其中被控對象包括導前區和惰性區；

主預測控制器的輸入端連接主蒸汽溫度指令接收模塊和主蒸汽溫度測量模塊，副預測控制器的輸入端分別連接主預測控制器的輸出端和導前汽溫測量模塊，副預測控制器的輸出端連接導前區，導前區的輸出端分別連接惰性區和導前汽溫測量模塊的輸入端，且經導前汽溫測量模塊連接至副預測控制器，形成副預測控制器回路，惰性區的輸出端經主蒸汽溫度測量模塊連接至主預測控制器，形成主預測控制器回路；

主預測控制器接收主蒸汽溫度指令接收模塊的信號指令以及主蒸汽溫度測量模塊所輸出的測量數據后，基于狀態空間模型預測算法后輸出導前汽溫操作變量至副預測控制器；

副預測控制器接收主預測控制器輸出的導前汽溫操作變量以及導前汽溫測量模塊所輸出的測量數據后，基于狀態空間模型預測算法后輸出噴水減溫執行值至導前區。

優選的，主蒸汽溫度指令接收模塊所接收的指令信號為主蒸汽溫度給定值，主蒸汽溫度測量模塊所輸出的測量數據為主蒸汽溫度測量值。

優選的，導前汽溫測量模塊所輸出的測量數據為導前汽溫測量值。

優選的，主預測控制器和副預測控制器中基于狀態空間模型預測算法，具體包括如下步驟：

狀態空間模型預測；

滾動優化。

進一步的，狀態空間模型預測為被控對象經過線性化、無量綱化的基礎上對于下一時刻輸出值進行預測，線性化、無量綱化后的預測模型應具有如下線性離散時間系統的狀態空間形式：

x(k+1)＝Ax(k)+Bu(k)；

y(k)＝Cx(k)；