[发明专利]单元机组协调控制主控系统解耦补偿控制方法

摘要

本发明公开了一种单元机组协调控制主控系统解耦补偿控制方法，该方法利用单元机组现场给煤量阶跃试验和汽轮机高压调门阶跃试验采集数据，通过遗传辨识算法，建立锅炉主控解耦补偿传递函数模型，同时利用解耦补偿模型推导，建立锅炉主控补偿简化模型并耦合进锅炉主控当中，为克服单元机组锅炉主控系统的大迟延，大惯性特性；相比传统串级控制方式，该控制方式能更快速的进行主汽压力补偿调节同时不引起高压调门的波动，实现单元机组更加安全、经济、节能运行。

主权项

1.单元机组协调控制主控系统解耦补偿控制方法，其特征在于，包括以下步骤：1)构建遗传辨识算法；具体实现方法如下：1.1)将以时间序列排列的，需要辨识模型的输入和输出分别记为u(t)和y(t)，将u(t)，y(t)按时间排列进行离散化处理，得到离散时间长度t，离散数据长度N；确定k、T1、T2和τ的搜索计算上限分别为kmax、T1max、T2max和τmax，下限分别为kmin、T1min、T2min和τmin；1.2)利用差分进化算法完成程序辨识主体，建立搜索下限矩阵如下：MINX＝[kmin,T1min,T2min,τmin]建立搜索上限矩阵如下：MAXX＝[kmax,T1max,T2max,τmax]在4维空间内随机产生满足约束条件的M＝30个个体，实施措施如下：1.2.1)生成初始群体xij(0)＝randij(0,1)(MAXX(i)‑MINX(i))+MINX(i)其中，下标i表示第i个个体，MAXX(i)和MINX(i)分别是第i个个体第j条染色体的上界和下界，randij(0,1)是[0,1]之间的随机小数，其中1≤i≤4，1≤j≤M；1.2.2)变异操作从群体中随机选择3个个体xp1、xp1和xp3，其中p1、p2和p3为随机整数，且i≠p1≠p2≠p3，则hij(t+1)＝xp1j(t)+F(xp2j(t)‑xp3j(t))其中，xp2j(t)‑xp3j(t)为差异化向量，此差分操作是差分进化算法的关键，F＝0.95，为变异因子，hij(t+1)是第i个向量的第j条染色体变异量；1.2.3)交叉操作交叉操作是为了增加群体的多样性，具体操作如下：其中为rand lij是[0,1]之间的随机小数，CR为交叉概率，CR∈[0,1]，vij(t+1)是第i个向量的第j条染色体的交叉量；1.2.4)选择操作为了确定xi(t)是否成为下一代的成员，试验向量vi(t+1)和目标向量xi(t)对目标函数f进行比较：令y'(t+1)＝f(xi(t+1))，则y'(t+1)为主蒸汽压力离散时间序列y(t+1)的最优期望输出值；反复执行步骤1.2.1)至1.2.4)，执行次数为G＝100，输出xi(t+1)，故k＝x1(t+1)T1＝x2(t+1)T2＝x3(t+1)τ＝x4(t+1)由此通过GD1(s)传递函数进行阶跃时间相应得到给煤量离散时间序列u(t)和主蒸汽压力离散时间序列y(t)，通过差分进化算法将u(t)—y(t)离散时间系统进行二阶惯性带迟延传递函数模型辨识，匹配出最优模型参数；2)通过阶跃实验，利用遗传辨识算法，分别构建给煤量，汽轮机高压调门对机组主蒸汽压力和机组负荷的传递函数模型，如下：2.1)保持汽轮机高压调节阀门开度不变，将机组给煤量作阶跃扰动，记录锅炉主汽压力的变化和机组负荷变化趋势；以给煤量作为输入，主蒸汽压力作为输出，通过遗传算法得到给煤量相对于主蒸汽压力的传递函数G11(s)如下：其中，k11为主蒸汽压力相对于给煤量增益，T11为主蒸汽压力相对于给煤量环节惯性时间，τ11为主蒸汽压力相对于给煤量环节迟延时间，s为拉普拉斯算子；以给煤量为输入，机组负荷为输出，通过遗传算法，得到给煤量相对于机组负荷的传递函数G21(s)如下：其中，k21为机组负荷相对于给煤量增益，T21为机组负荷相对于给煤量环节惯性时间，τ21为机组负荷相对于给煤量环节迟延时间；2.2)保持给煤量不变，将汽轮机高压调门作阶跃扰动，记录锅炉主汽压力的变化和机组负荷的变化；以汽轮机高压调门为输入，主蒸汽压力为输出，利用遗传算法，得到汽轮机高压调门相对于主蒸汽压力的传递函数G12(s)如下：其中，k121，k122为汽轮机高压调门相对于主蒸汽压力增益，T12为汽轮机高压调门相对于主蒸汽压力环节惯性时间；以汽轮机高压调门为输入，机组负荷为输出，利用遗传算法，得到汽轮机高压调门相对于机组负荷的传递函数G22(s)如下：其中，k22为汽轮机高压调门相对于机组负荷增益，T221和T222分别为汽机调门第一时间常数和汽机调门第二时间常数；3)建立传递函数矩阵模型，如下：通过上述传递函数，得到系统耦合传递函数矩阵如下：4)通过传递函数模型建立系统解耦矩阵模型，如下：构造解耦控制矩阵K(s)如下：其中K11(s)＝K22(s)＝15)根据系统解耦模型和传递函数模型推导系统广义过程传递函数；建立广义过程模型传递函数如下：广义过程传递函数Gm(s)为：取广义传递函数Gm(s)的对角项得：其中，Gm11(s)为煤量对主蒸汽压力广义传递函数；进一步得：6)根据广义传递函数进行补偿控制对象模型辨识与简化。