[发明专利]基于多变量状态空间模型的超超临界机组协调控制方法

说明书

本发明公开了一种基于多变量状态空间模型的超超临界机组协调控制方法，通过三个过程模型的建立，获得优化的机组模型，由此对超超临界机组进行协调控制；将非线性模型线性化用于控制系统设计，将多变量状态空间模型预测控制应用于协调系统中，采用多模型加权策略应对非线性问题，最终设计得到的多变量状态空间模型的超超临界机组协调控制器能够有效进行动态行为预测调控。采用本发明超超临界机组协调控制方法对控制策略进行优化，有效提高了机组运行的自动化水平和安全可靠性。

技术领域

本发明属于热工自动控制领域，具体涉及一种基于多变量状态空间模型的超超临界机组建模及协调控制方法。

背景技术

发展高参数大机组是节约能源、高效利用能源、降低煤耗、减少污染物排放量的重要途径之一。虽然发展超超临界机组需要增加大量的投资成本,但综合考虑提高运行经济性带来的经济效益和降低污染物处理的设备成本以及运行费用等因素，尤其是在符合可持续发展的能源和环境保护的目标方面，意义显然是深远而又重大的。

对于超超临界锅炉，各项参数有了很大的提高，同时对控制系统的性能也有了更高的要求。设计一个优良的控制系统或控制器，大都是在被控对象数学模型已知的情况下，通过各种方法使该系统参数达到最优化。因此，要想控制好一个实际的热工系统，首先要在了解这个过程的动态和静态特性的基础上，获得一个能够全面描述系统的数学模型。火电厂热工对象的过程动态特性一般具有多变量、大延迟、大惯性、强耦合、时变和不确定性等特点，在超超临界机组上表现得更加突出。以协调控制系统为例，该系统通过协调控制锅炉与汽轮机的运行，提高机组对电网负荷调度的快速响应性和机组运行的稳定性。超超临界直流机组协调系统的输出参数为机组负荷、主蒸汽压力和中间点温度，输入变量为燃料量、汽轮机调节门开度和给水流量，由此构成一个三入三出的强耦合系统。在实际生产过程中，协调系统的所有的输入变量时刻都在变化，任何一个输入变量的变动都会不同程度的影响系统的输出,如何准确的辨识过程中每个输出量相对每个输入量的响应特性和设计合理有效的控制器成为了超超临界机组协调控制系统优化研究的重点。

同时，火电机组承担的调峰调频功能对低负荷稳定运行提出了要求。目前国家规划是积极发展可再生清洁能。快速增长的可再生能源装机量为我国电力行业的发展带来了问题。火电不仅是我国最主要的发电电源，而且在抽水蓄能、燃气电站等调峰电源比例较低的现状下，火电还要承担起电力调峰调频的任务，在供暖期火电还要兼顾供热任务。这多重角色对火电机组发电负荷的快速性、灵活性、稳定性提出更高的要求。因为直流锅炉机组在低负荷阶段存在湿态和干态两种模式，所以需要直流锅炉干湿态转换过程更加的稳定、快速、灵活。此时，设计出机组有效的协调控制策略显得尤为重要。

发明内容

本发明旨在提高超超临界机组协调控制系统的控制效果。

为了达到上述目的，本发明通过机理建模结合运行数据辨识，获取协调系统相对准确的数学模型，用于控制系统设计；将多变量状态空间模型预测控制应用到协调系统中，采用多模型加权策略应对非线性问题，开发优化控制策略，提高机组运行的自动化水平和安全可靠性。其总体步骤如下：

(1)建立超超临界机组协调控制系统模型：将超超临界机组分为制粉系统、锅炉汽水系统、汽轮机系统三个过程，分别建立对应的机理模型，从而建立超超临界机组协调控制系统的模型结构；

(2)模型参数确定：求取步骤(1)获得的模型结构中的静态参数和动态参数，并经过分段线性化，获得用于协调控制的模型集；

(3)超超临界机组优化控制：根据步骤(2)获得的模型集，基于状态空间模型的多模型预测控制策略，获得最优控制量，用于超超临界机组协调控制。

其中，步骤(1)中对制粉系统、锅炉汽水系统、汽轮机系统三个过程建立的对应机理模型均采用简化处理，建立超超临界机组协调控制系统的模型结构为简化非线性化模型。具体模型如下：

制粉系统：