[发明专利]微型燃气轮机冷热电联供系统预测控制方法与控制系统

说明书

本发明公开了一种微型燃气轮机冷热电联供系统预测控制方法和控制系统，其中控制方法包括如下步骤：1、根据MGT‑CCHP系统中三输入三输出结构，构建预测控制系统，所述预测控制系统包括在线优化模块、状态观测器、预测模型；建立预测控制系统的增量模型；2、对MGT‑CCHP系统的输入输出采样，根据上一时刻的控制量u(k‑1)和当前时刻的输出y(k)得到当前最佳状态变量估计值3、根据当前最佳状态变量估计值预测出未来j时刻的输出量ym(k+j|k)；4、根据未来时刻输出量的预测值与设定值的偏差计算出当前时刻最佳控制量。该方法能够有效控制MGT‑CCHP系统、较快地跟踪输出值的阶跃响应，实现系统预期控制效果。

技术领域

本发明属于分布式能源系统领域，具体涉及一种微型燃气轮机冷热电联供系统预测控制方法与控制系统。

背景技术

微型燃气轮机冷热电联供系统(Combined Cooling Heating and Power SystemBased on Micro Turbine，MGT-CCHP)是冷热电联产(CCHP)重要的发展方向之一，它将天然气燃烧后产生具有高品位的热能转换成电能，同时利用做过功低品位的热能用于供热、制冷、干燥或作为生活热水等用途，实现能源的梯级利用。这种既产电又产热又制冷的先进能源利用方式，具有显著的经济与环境效益。

目前MGT-CCHP系统的控制研究主要包括微型燃气轮机、吸收式制冷机各个单一的方面，忽略了控制对象作为一个统一整体的要求。各装置组成MGT-CCHP系统后，由于同时供应多种负荷，需要从系统角度协调控制各装置的运行，但从目前技术的发展来看，这一点还未得到足够的重视。这主要是现有的MGT-CCHP系统大多定位于微型燃气轮机的余热利用，即在保证微型燃气轮机高效运行的前提下，再进行余热利用的设计，因此除采用余热锅炉、吸收式制冷机等余热回收装置进行冷热负荷的生产外，还会在尾部增加更低能级的使用装置如除湿器等。目前人们更关注于系统的经济、能效等特性而对整体系统的多变量控制关注不足。另外，MGT-CCHP系统有多种组合方案，通常可由用户自由组配，而且微型燃气轮机属于高技术产品，其控制系统的封闭性较强，因此也给各装置之间的控制整合带来了很大的困难。

发明内容

发明目的：针对现有技术中存在的问题，本发明提供了一种微型燃气轮机冷热电联供系统预测控制方法与控制系统，其目的在于提供一种能够有效控制MGT-CCHP系统、较快地跟踪输出值的阶跃响应，实现系统预期控制效果。

技术方案：本发明采用如下技术方案：

本发明一方面公开了一种微型燃气轮机冷热电联供系统预测控制方法，包括如下步骤：

(1)根据MGT-CCHP系统中三输入三输出结构，构建预测控制系统，所述预测控制系统包括在线优化模块、状态观测器、预测模型；

建立预测控制系统的增量模型：

(2)对MGT-CCHP系统的输入输出采样，根据上一时刻的控制量u(k-1)和当前时刻的输出y(k)得到当前最佳状态变量估计值

(3)根据当前最佳状态变量估计值预测出未来j时刻的输出量ym(k+j|k)；

(4)根据未来时刻输出量的预测值与设定值的偏差计算出当前时刻最佳控制量。

所述步骤(2)采用卡尔曼滤波对状态变量x(k)进行观测，具体的迭代方程为：

式中，表示系统输出差值，P(k)为滤波误差的方差阵；为当前时刻系统状态变量估计值；R为过程噪声激励协方差；Q为测量噪声协方差。

所述步骤(3)的j步输出预测具体表达式为：