[发明专利]基于多变量区间约束预测的SCR脱硝优化控制系统及方法

摘要

本发明公开了一种基于多变量区间约束预测的SCR脱硝优化控制系统，包括NOx浓度目标值设置单元、多变量预测控制单元、比例控制单元A、喷氨阀门A、SCR反应器A、反应器A到烟囱入口的过渡烟道、比例控制单元B、喷氨阀门B、SCR反应器B、反应器B到烟囱入口的烟道和烟囱入口。本发明还公开了该系统的控制方法。本发明提高了喷氨量控制对机组负荷变化的响应速度，避免了因执行机构饱和从而影响系统性能，降低了执行机构的执行次数，延长了其寿命，提高了脱硝系统的经济性。

主权项

基于多变量区间约束预测的SCR脱硝优化控制系统的优化控制方法，其特征在于：基于多变量区间约束预测的SCR脱硝优化控制系统包括NOx浓度目标值设置单元(1)、多变量预测控制单元(2)、比例控制单元A(3)、喷氨阀门A(4)、SCR反应器A(5)、反应器A到烟囱入口的过渡烟道(6)、比例控制单元B(7)、喷氨阀门B(8)、SCR反应器B(9)、反应器B到烟囱入口的烟道(10)和烟囱入口(11)；所述NOx浓度目标值设置单元(1)与多变量预测控制单元(2)相连，多变量预测控制单元(2)有两路输出端，其中第一路输出端连接比例控制单元A(3)的输入端，比例控制单元A(3)的输出端连接喷氨阀门A(4)的输入端、喷氨阀门A(4)的输出端连接SCR反应器A(5)的输入端，SCR反应器A(5)的输出端连接反应器A到烟囱入口的过渡烟道(6)的输入端；第二路输出端连接比例控制单元B(7)的输入端、比例控制单元B(7)的输出端连接喷氨阀门B(8)的输入端，喷氨阀门B(8)的输出端连接SCR反应器B(9)输入端，SCR反应器B(9)输出端连接反应器B到烟囱入口的过渡烟道(10)的输入端；SCR反应器A(5)输出端的输出NOx浓度与多变量预测控制单元(2)的第一路输出端的输出控制量求和之后连接比例控制单元A(3)的输入端,SCR反应器B(9)输出端的输出NOx浓度与多变量预测控制单元(2)的第二路输出端的输出控制量求和之后连接比例控制单元B(7)的输入端；反应器A到烟囱入口的过渡烟道(6)输出端的输出NOx浓度与SCR反应器B到烟囱入口的过渡烟道(10)输出端的输出NOx浓度求和之后连接烟囱入口(11)的输入端，求和得到的NOx浓度值与NOx浓度目标值设置单元(1)输出端的输出NOx浓度目标值经过求和之后连接多变量预测控制单元(2)的输入端；基于多变量区间约束预测的SCR脱硝优化控制系统的优化控制方法包括以下步骤：1)在稳态工况下，设置所述SCR脱硝优化控制系统为手动控制状态，保持喷氨阀门B(8)的开度不变，以喷氨阀门A(4)的阀门开度为输入进行NOx浓度的开环阶跃响应试验，得到喷氨阀门A(4)的模型W01(s)、SCR反应器A(5)的模型W02(s)以及反应器A到烟囱(6)的模型W03(s)；保持喷氨阀门A(4)的开度不变，以喷氨阀门B(8)的开度为输入进行NOx浓度的开环阶跃响应试验，得到喷氨阀门B(8)的模型W11(s)、SCR反应器B(9)的模型W12(s)以及反应器B到烟囱入口的过渡烟道(10)的模型W13(s)；2)在比例控制单元A(3)和比例控制单元B(7)中，确定比例调节器的参数KPa和KPb，计算多变量预测控制单元(2)到烟囱入口(11)输入端的NOx浓度值的总模型W(s)，并得到总模型的阶跃响应系数为a11(1),a11(2),...,a11(N1)以及a12(1),a12(2),...,a12(N2)，其中，N1,N2为阶跃响应的时域长度；3)设置多变量预测控制单元(2)中的多变量预测控制器的相关参数，包括采样时间Ts、预测步数P、控制步数M、输出误差权矩阵Q和控制权矩阵R；4)在k时刻，检测实际烟囱入口(11)输入端的NOx浓度值y1(k)，在多变量预测控制单元(2)中，将所述NOx浓度测量值y(k)与所述NOx浓度预测值进行比较，计算输出误差e(k)；用输出误差e(k)修正NOx浓度预测初值向量得到修正后的出口NOx浓度预测值向量采用公式(1)对烟囱入口(11)NOx浓度值进行预测：y~1,PM(k)=y~1,P0(k)+Σj=12A1jΔUj,M(k)---(1)]]>其中，表示在k时刻对未来P时刻烟囱入口(11)输入端的NOx浓度的预测值向量，表示在k时刻对未来P时刻烟囱入口(11)输入端的NOx浓度的预测初值向量；ΔUj,M(k)为多变量预测控制增量向量，也即在k时刻对未来时刻的控制量增量向量；A1，j为单位阶跃响应系数组成的动态矩阵；5)计算ΔUj,M(k)的约束；6)选取性能指标函数J(k)，将性能指标转化成二次型目标函数的形式，求解二次型目标函数最优解，得到多变量预测控制增量向量ΔUj,M(k)；7)取多变量预测控制单元(2)计算得到的多变量预测控制增量向量ΔUj,M(k)中的即时控制增量Δuj(k)构成实际控制，计算得到最优控制量uj(k)＝uj(k‑1)+Δuj(k)，j＝1,2将最优控制量uj(k)传递到比例控制单元A(3)和比例控制单元B(7)；计算并更新控制后的烟囱入口(11)输入端的NOx浓度预测初值8)在之后的周期中反复执行步骤4)至步骤7)，得到相应的控制量，实现区间控制。