[发明专利]基于扰动抑制广义预测控制的SCR脱硝系统控制方法

说明书

本发明公开了一种基于扰动抑制广义预测控制的SCR脱硝系统控制方法。本发明为解决SCR脱硝控制系统实际运行过程中调节品质差的问题，以广义预测控制为基础，结合设定值滤波器，设计了前馈强化的广义预测控制。在此基础之上，考虑对SCR催化剂性能进行慢速校正，设计新的脱硝控制策略。工程应用表明，所提脱硝控制策略的抗扰及设定值跟踪能力皆优于以PID为基础的常规脱硝控制方案，使得机组免于环保考核，长期来看机组的脱硝成本将会降低。

技术领域

本发明涉及一种基于扰动抑制广义预测控制的SCR脱硝系统控制方法，热能动力工程和自动控制领域。

背景技术

火电厂基本采用选择性催化还原法(selective catalytic reduction，SCR)或选择性非催化还原法(selective non-catalytic reduction，SNCR)进行烟气脱硝技术改造，以达到氮氧化物的超低排放标准。其中SCR由于相较SNCR的氨逃逸更少、脱硝效率更高，应用更为广泛。

SCR脱硝系统实际投运过程主要存在以下问题。其一，脱硝自控系统调节品质差，SCR反应器出口NOx浓度波动大，净烟气NOx浓度瞬时超标次数多；其二，为保证机组不被环保考核，运行人员常将净烟气NOx浓度控制在较低水平，意味着喷氨量经常处于过量状态，导致局部氨逃逸量过高，同时易造成空预器硫酸氢氨堵塞问题，既影响机组安全运行，又增加了环保成本。以上问题诱因主要有，其一，脱硝系统被控对象具有大迟延、大惯性、强扰动的特性，基于PID设计的常规脱硝控制系统面对此类对象，控制性能严重退化；其二，烟气在线监测系统测量相关参数存在一定时间滞后与数据失真的问题；其三，脱硝控制系统存在时变性问题，即SCR反应器中的催化剂随着时间的推移，催化性能逐渐变差。改进、优化脱硝系统控制方案极具环保意义、经济价值。

为解决SCR脱硝控制系统实际运行过程中调节品质差的问题，以广义预测控制为基础，结合设定值滤波器，设计了前馈强化的广义预测控制。在此基础之上，考虑对SCR催化剂性能进行慢速校正，设计新的脱硝控制策略。

发明内容

本发明的目的是为了解决SCR脱硝控制系统在实际运行中出现的典型问题，提供了一种基于扰动抑制广义预测控制的SCR脱硝系统控制方法，用于SCR脱硝系统的优化控制，减小SCR出口NOx浓度、净烟气NOx浓度的波动幅度，以及由此引起的燃煤机组运行环保、安全及经济方面的问题。

技术方案：本发明的一种基于扰动抑制广义预测控制的SCR脱硝系统控制方法，该方法包括如下步骤：

(1)采用控制时域内的控制序列使得广义预测控制的性能指标函数最小化，即：

式中，J为广义预测控制的性能指标，为基于当前t时刻及以前时刻的已知数据对系统进行t+j时刻的预测值；Δu(t+j-1)为t+j-1时刻的控制增量，Δ＝1-z^-1为差分算子；N1与N2分别为预测开始及结束时刻；N_u为控制时域；μ(j)与λ(j)分别是在相应时域内对将来的跟踪误差以及控制增量幅度进行惩罚的加权序列；r(t+j)为参考设定值序列，取设定点或者取从被控量的当前输出向已知参考值的经过滤波器的平滑过渡值；

(2)建立并优化被控量预测方程；

式中：为输出预测向量，Δu为控制输入增量向量简记，Δδ为扰动增量向量简记，x为自由响应系数向量简记，G_p，Ω_p，F分别为基于已知控制输入量、扰动量以及输出量对未来输出量影响贡献的多项式矩阵，Δu_c，Δδ_c，y_c分别为已知控制输入量系列、扰动量序列以及输出量序列；

(3)将步骤(2)中优化后的被控量预测方程代入步骤(1)中的性能指标函数式中，并经整理得到：