[发明专利]基于分数阶PI动态矩阵的火电厂锅炉主蒸汽温度控制方法

说明书

技术领域

本发明属于热工自动控制技术领域，涉及一种火电厂锅炉主蒸汽温度控制方法，特别涉及一种基于分数阶PI动态矩阵的火电厂锅炉主蒸汽温度控制方法。

背景技术

近十几年我国经济快速发展，环境污染问题日益严重，节能降耗的需求日益强烈。电力行业发展中，随着大容量、高参数的火力发电机组的不断建设，提高机组运行效率和热经济性非常迫切。锅炉主蒸汽温度是影响火电厂热效率的一个重要因素，调节目的是在各种工况下主汽温都能维持较小的波动范围，以提高主蒸汽温度的设定值，进而达到更高的热效率。

目前，主蒸汽温度控制基本上采用串级比例积分微分(PID)控制策略，将负荷信号、燃料量信号、主蒸汽压力信号、给水流量信号以前馈形式引入到串级系统的副调节器中，以实现“超前”调节。但以调节参数固定不变的PID控制器来控制主蒸汽温度这种时变的复杂对象时，控制效果仍会很不理想，经济性难以实现最佳。

在计算机技术快速发展的今天，很多先进控制技术和方法应用于锅炉的各种控制中。预测控制是一种在实际工业过程中发展起来的计算机控制技术，最大优点是对模型精度要求不高，且跟踪性能好，比较适用于复杂工业过程的控制，特别是比较适合于大滞后被控过程的自动控制。主蒸汽温度被控对象同样是一个大迟延系统，预测控制的“超前”控制是改善主蒸汽温度控制品质的一个有效手段。中国专利《一种火电厂主蒸汽温度控制方法》，授权号ZL201310167926.5，提出主蒸汽温度的动态矩阵控制—比例积分微分控制(DMC-PID)串级控制方法。分数阶PI控制相比常规PI控制控制参数的整定范围变大，控制器能更加灵活的控制被控对象，控制效果更好，但目前未发现将分数阶PI控制和DMC技术相结合的方法应用于火电厂锅炉主蒸汽温度控制的文献、报导。

发明内容

本发明提供了一种基于分数阶PI动态矩阵的火电厂锅炉主蒸汽温度控制方法，以解决现有技术不能兼顾跟踪速度和热效率优化的问题。

为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种基于分数阶PI动态矩阵的火电厂锅炉主蒸汽温度控制方法，包括以下步骤：

步骤A、根据火电厂锅炉主蒸汽温度系统的阶跃响应数据建立火电厂锅炉主蒸汽温度系统的模型；

步骤B、根据分数阶PI动态矩阵控制算法计算减温喷水量u(k)；

步骤C、根据步骤B计算得到的u(k)调节减温喷水量，对火电厂锅炉主蒸汽温度实施控制；

步骤D、进入下一个时刻，返回步骤B，重复进行步骤B到步骤D。

进一步的，所述步骤A中根据火电厂锅炉主蒸汽温度系统的阶跃响应数据建立火电厂锅炉主蒸汽温度系统的模型，采用以下方法：

A1、操作减温喷水阀门使其输入减温喷水量有一个阶跃变化，记录其阶跃响应曲线；

A2、将A1得到的阶跃响应曲线进行滤波处理，然后拟合成一条光滑曲线，记录光滑曲线上每个采样时刻对应的脉冲响应数据，第一个采样时刻为T_s，相邻两个采样时刻间隔的时间为T_s，采样时刻的顺序为T_s,2T_s,3T_s…；截取其前面N项作预测与控制的模型，N项后面各项均令a_N+i≈a_N,i＝1,2,…；建立火电厂锅炉主蒸汽温度对象的模型向量a：

a＝[a₁,a₂,…a_N]^T

其中N为建模时域，T为矩阵的转置符号。

进一步的，所述步骤B中根据分数阶PI动态矩阵控制算法计算减温喷水量u(k)，采用以下方法：

B1、根据火电厂锅炉主蒸汽温度对象的模型向量a建立火电厂锅炉主蒸汽温度的动态矩阵H₁、H₂、H₃；

B2、建立未来P步主蒸汽温度校正后的预测矩阵

B3、建立未来P步主蒸汽温度期望矩阵W；

B4、基于分数阶PI型性能指标求解出减温喷水量u(k)。

进一步的，所述步骤B4中分数阶PI型性能指标为：