專利名稱：基于多變量預(yù)測(cè)控制的超超臨界機(jī)組汽溫控制方法及系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及熱工過程控制技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及一種基于多變量預(yù)測(cè)控制的超超臨界機(jī)組汽溫控制方法以及一種基于多變量預(yù)測(cè)控制的超超臨界機(jī)組汽溫控制系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
電廠熱工系統(tǒng)的自動(dòng)控制一直是控制界研究的熱點(diǎn)問題之一，隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展，生產(chǎn)系統(tǒng)的工況條件日益復(fù)雜，要求日益提高，控制系統(tǒng)往往呈現(xiàn)出多變量、強(qiáng)耦合、工況范圍廣、控制性能綜合性要求高等特點(diǎn)，使這一問題的研究變得更加復(fù)雜。與傳統(tǒng)的發(fā)電機(jī)組相比，直流式超超臨界發(fā)電方式更高效、能耗更低、更加環(huán)保，這對(duì)于日益增長的集約型、經(jīng)濟(jì)型、環(huán)保型的現(xiàn)代企業(yè)的要求是非常符合的。但是超超臨界機(jī)組的復(fù)雜性和控制品質(zhì)的高標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)控制方式提出了更高的要求。汽溫控制的質(zhì)量難以保證是由多種因素造成的，如一、負(fù)荷、減溫水量等；二、在各種擾動(dòng)作用下汽溫對(duì)象具有非線性、時(shí)變 等特性，使控制難度加大；三、汽溫對(duì)象具有大遲延、大慣性的特點(diǎn)。尤其隨著機(jī)組容量和參數(shù)的提高，蒸汽過熱受熱面比例加大，使其遲延和慣性更大，從而進(jìn)一步加大了控制的難度。同時(shí)，超超臨界機(jī)組汽溫被控對(duì)象的動(dòng)態(tài)特性隨鍋爐負(fù)荷的變化而變化，在實(shí)際運(yùn)行環(huán)境中各種內(nèi)外擾動(dòng)也比較多。目前，此類控制系統(tǒng)所采用的控制器大多是PID(比例-積分-微分)型控制器，或是在PID控制的基礎(chǔ)上采取一些自適應(yīng)措施后組成的自適應(yīng)PID控制器。但是，由于傳統(tǒng)的PID控制器在本質(zhì)上是滯后調(diào)節(jié)，從而導(dǎo)致PID型汽溫控制系統(tǒng)在控制品質(zhì)上存在許多不足。

發(fā)明內(nèi)容
基于此，有必要針對(duì)上述傳統(tǒng)的PID型汽溫控制系統(tǒng)在控制品質(zhì)上存在不足的問題，提供一種基于多變量預(yù)測(cè)控制的超超臨界機(jī)組汽溫控制方法及系統(tǒng)。一種基于多變量預(yù)測(cè)控制的超超臨界機(jī)組汽溫控制方法，包括以下步驟進(jìn)行多變量預(yù)測(cè)控制器的前期設(shè)計(jì)，確定控制變量、被控變量以及擾動(dòng)變量；所述控制變量包括一級(jí)減溫噴水、二級(jí)減溫噴水、再熱減溫噴水以及煙氣擋板開度；所述被控變量包括主汽溫、再熱汽溫；對(duì)過程對(duì)象的模型進(jìn)行辨析，通過施加階躍擾動(dòng)，建立汽溫系統(tǒng)的多輸入多輸出階躍響應(yīng)模型；根據(jù)建立的階躍響應(yīng)模型，進(jìn)行多變量預(yù)測(cè)控制器的仿真和參數(shù)調(diào)整；啟動(dòng)多變量預(yù)測(cè)控制器，將預(yù)測(cè)控制器從仿真狀態(tài)切換到實(shí)際在線運(yùn)行和控制狀態(tài)，并將所述多變量預(yù)測(cè)控制器的輸出施加到被控對(duì)象上，進(jìn)行實(shí)時(shí)控制。一種基于多變量預(yù)測(cè)控制的超超臨界機(jī)組汽溫控制系統(tǒng)，包括前期設(shè)計(jì)模塊，用于進(jìn)行多變量預(yù)測(cè)控制器的前期設(shè)計(jì)，確定控制變量、被控變量以及擾動(dòng)變量；所述控制變量包括一級(jí)減溫噴水、二級(jí)減溫噴水、再熱減溫噴水以及煙氣擋板開度；所述被控變量包括主汽溫、再熱汽溫；模型辨析模塊，用于對(duì)過程對(duì)象的模型進(jìn)行辨析，通過施加階躍擾動(dòng)，建立汽溫系統(tǒng)的多輸入多輸出階躍響應(yīng)模型；仿真和參數(shù)調(diào)整模塊，用于根據(jù)建立的階躍響應(yīng)模型，進(jìn)行多變量預(yù)測(cè)控制器的仿真和參數(shù)調(diào)整；啟動(dòng)模塊，用于啟動(dòng)多變量預(yù)測(cè)控制器，將預(yù)測(cè)控制器從仿真狀態(tài)切換到實(shí)際在線運(yùn)行和控制狀態(tài)，并將所述多變量預(yù)測(cè)控制器的輸出施加到被控對(duì)象上，進(jìn)行實(shí)時(shí)控制。通過以上的方案可以看出，本發(fā)明的基于多變量預(yù)測(cè)控制的超超臨界機(jī)組汽溫控制方法及系統(tǒng)，結(jié)合超超臨界機(jī)組汽溫的動(dòng)態(tài)特性，將多變量預(yù)測(cè)控制技術(shù)應(yīng)用到超超臨界機(jī)組的氣溫控制中，建立了能夠表示多輸入變量與多輸出變量之間關(guān)系的階躍響應(yīng)模型，從而能夠更好地克服干擾維持穩(wěn)定，并且始終保證了鍋爐過熱汽溫在要求的范圍內(nèi)，解決了傳統(tǒng)的PID型汽溫控制系統(tǒng)在控制品質(zhì)上存在不足的問題，具有較好的應(yīng)用前景。


圖I為本發(fā)明的一種基于多變量預(yù)測(cè)控制的超超臨界機(jī)組汽溫控制方法流程示意圖；圖2為本發(fā)明實(shí)施例中汽溫系統(tǒng)的多輸入多輸出階躍響應(yīng)曲線圖；圖3為本發(fā)明的一種基于多變量預(yù)測(cè)控制的超超臨界機(jī)組汽溫控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖以及具體的實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案作進(jìn)一步的描述。如圖I所示，一種基于多變量預(yù)測(cè)控制的超超臨界機(jī)組汽溫控制方法，其特征在于，包括以下步驟步驟S101，進(jìn)行多變量預(yù)測(cè)控制器的前期設(shè)計(jì)，主要是確定控制變量、被控變量以及擾動(dòng)變量等。在應(yīng)用多變量預(yù)測(cè)控制器時(shí)，必須對(duì)過程對(duì)象非常熟悉。所以在這個(gè)步驟中，設(shè)計(jì)人員需要熟悉過程對(duì)象的相關(guān)知識(shí)，與操作和技術(shù)人員進(jìn)行交流，完成控制器的前期設(shè)計(jì)。因?yàn)樽兞康倪x擇與整個(gè)工藝過程關(guān)系非常密切，需要和技術(shù)人員多次交流以確定多變量預(yù)測(cè)控制器的控制變量、擾動(dòng)變量及過程變量。與現(xiàn)有技術(shù)不同的是，本發(fā)明將一級(jí)減溫噴水、二級(jí)減溫噴水、再熱減溫噴水以及煙氣擋板開度作為所述控制變量；將主汽溫、再熱汽溫作為被控變量。其中，所述主汽溫包括屏式過熱器出口汽溫、末級(jí)過熱器出口汽溫；所述再熱汽溫包括低再熱器出口汽溫、高再熱器出口汽溫。另外，作為一個(gè)較好的實(shí)施例，本發(fā)明中將煤質(zhì)變動(dòng)、電網(wǎng)負(fù)荷波動(dòng)作為干擾變量。步驟S102，對(duì)過程對(duì)象的模型進(jìn)行辨析，通過施加階躍擾動(dòng)，建立汽溫系統(tǒng)的多輸入多輸出階躍響應(yīng)模型。這個(gè)階躍響應(yīng)模型可以用來表示多個(gè)輸入變量和多個(gè)輸出變量之間的關(guān)系，即通過該階躍響應(yīng)模型矩陣，可以在知道輸入的情況下對(duì)輸出進(jìn)行預(yù)測(cè)。作為一個(gè)較好的實(shí)施例，在所述步驟SlOl進(jìn)行多變量預(yù)測(cè)控制器的前期設(shè)計(jì)之后、步驟S102對(duì)過程對(duì)象的模型進(jìn)行辨析之前，還可以包括步驟對(duì)過程對(duì)象的數(shù)據(jù)進(jìn)行 測(cè)試。本實(shí)施例中的測(cè)試過程具體可以包括步驟S1011，判斷所述多變量預(yù)測(cè)控制器所涉及變量的信號(hào)是否正常。設(shè)計(jì)人員需 要一定時(shí)間確認(rèn)多變量預(yù)測(cè)控制器所涉及變量的信號(hào)是否正常，變量所涉及的變送器或者 閥門如果出現(xiàn)故障都要修復(fù)，以確保多變量預(yù)測(cè)控制器的順利投入步驟S1012，如果確認(rèn)多變量預(yù)測(cè)控制器投入所涉及的變量均正常，則進(jìn)一步進(jìn)行 過程對(duì)象的測(cè)試。測(cè)試是通過對(duì)每一個(gè)輸入變量進(jìn)行擾動(dòng)試驗(yàn)，同時(shí)記錄、采集過程對(duì)象的 數(shù)據(jù)。過程對(duì)象的測(cè)試工作非常關(guān)鍵，如果測(cè)試準(zhǔn)確，那么得到的對(duì)象的模型就比較精確， 有了精確的模型，多變量預(yù)測(cè)控制器試運(yùn)行所花的時(shí)間就可以大大的減少，同時(shí)可以使控 制器長期穩(wěn)定運(yùn)行。在上述數(shù)據(jù)測(cè)試完成后，即可進(jìn)入建立汽溫系統(tǒng)的多輸入多輸出階躍響應(yīng)模型的 步驟。所述對(duì)過程對(duì)象的模型進(jìn)行辨析、通過施加階躍擾動(dòng)建立汽溫系統(tǒng)的多輸入多輸出 階躍響應(yīng)模型的過程具體可以包括如下根據(jù)所述對(duì)過程對(duì)象進(jìn)行測(cè)試得到的數(shù)據(jù)來進(jìn)行過程對(duì)象的模型辨識(shí)，將過程對(duì) 象測(cè)試時(shí)所得到的數(shù)據(jù)通過系統(tǒng)辨識(shí)得到系統(tǒng)的傳遞函數(shù)矩陣，進(jìn)而建立所述階躍響應(yīng)模型。對(duì)于復(fù)雜工況的系統(tǒng)，在一定的工況段范圍內(nèi)，將復(fù)雜工況的機(jī)組模型近似為階 段線性模型處理，則機(jī)組汽溫的多輸入多輸出階躍響應(yīng)模型矩陣可以建立成如下形式
權(quán)利要求
1.一種基于多變量預(yù)測(cè)控制的超超臨界機(jī)組汽溫控制方法，其特征在于，包括以下步驟 進(jìn)行多變量預(yù)測(cè)控制器的前期設(shè)計(jì)，確定控制變量、被控變量以及擾動(dòng)變量；所述控制變量包括一級(jí)減溫噴水、二級(jí)減溫噴水、再熱減溫噴水以及煙氣擋板開度；所述被控變量包括主汽溫、再熱汽溫； 對(duì)過程對(duì)象的模型進(jìn)行辨析，通過施加階躍擾動(dòng)，建立汽溫系統(tǒng)的多輸入多輸出階躍響應(yīng)模型； 根據(jù)建立的階躍響應(yīng)模型，進(jìn)行多變量預(yù)測(cè)控制器的仿真和參數(shù)調(diào)整； 啟動(dòng)多變量預(yù)測(cè)控制器，將預(yù)測(cè)控制器從仿真狀態(tài)切換到實(shí)際在線運(yùn)行和控制狀態(tài)，并將所述多變量預(yù)測(cè)控制器的輸出施加到被控對(duì)象上，進(jìn)行實(shí)時(shí)控制。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的基于多變量預(yù)測(cè)控制的超超臨界機(jī)組汽溫控制方法，其特征在于，在所述進(jìn)行多變量預(yù)測(cè)控制器的前期設(shè)計(jì)之后、對(duì)過程對(duì)象的模型進(jìn)行辨析之前，還包括步驟對(duì)過程對(duì)象的數(shù)據(jù)進(jìn)行測(cè)試；具體包括判斷所述多變量預(yù)測(cè)控制器所涉及變量的信號(hào)是否正常；若是，則對(duì)每一個(gè)輸入變量進(jìn)行擾動(dòng)試驗(yàn)，并記錄、采集過程對(duì)象的數(shù)據(jù)。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的基于多變量預(yù)測(cè)控制的超超臨界機(jī)組汽溫控制方法，其特征在于，在所述進(jìn)行多變量預(yù)測(cè)控制器的仿真和參數(shù)調(diào)整之后、啟動(dòng)多變量預(yù)測(cè)控制器之前，還包括步驟 將所述多變量預(yù)測(cè)控制器首先以預(yù)測(cè)試運(yùn)行模式運(yùn)行預(yù)定時(shí)間，以檢驗(yàn)程序是否正常運(yùn)行以及檢驗(yàn)?zāi)Ｐ偷臏?zhǔn)確性；在該試運(yùn)行模式下，所述多變量預(yù)測(cè)控制器完成各種運(yùn)算，但多變量預(yù)測(cè)控制器的輸出不加到被控對(duì)象上，只觀察和跟蹤控制變量和被控變量的變化趨勢(shì)，當(dāng)控制變量和被控變量的變化趨勢(shì)滿足實(shí)際工況后，則進(jìn)入啟動(dòng)多變量預(yù)測(cè)控制器的步驟。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的基于多變量預(yù)測(cè)控制的超超臨界機(jī)組汽溫控制方法，其特征在于，在所述啟動(dòng)多變量預(yù)測(cè)控制器進(jìn)行實(shí)時(shí)控制之后，還包括步驟對(duì)所述多變量預(yù)測(cè)控制器進(jìn)行維護(hù)；具體包括通過檢測(cè)控制變量和被控變量的實(shí)際上下限來修改約束條件，確保所述控制變量和被控變量的實(shí)際上下限在允許的范圍內(nèi)，保證所述多變量預(yù)測(cè)控制器性能的最優(yōu)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1-4任意一項(xiàng)所述的基于多變量預(yù)測(cè)控制的超超臨界機(jī)組汽溫控制方法，其特征在于 所述主汽溫包括屏式過熱器出口汽溫、末級(jí)過熱器出口汽溫；所述再熱汽溫包括低再熱器出口汽溫、高再熱器出口汽溫； 和/或 所述干擾變量包括煤質(zhì)變動(dòng)、電網(wǎng)負(fù)荷波動(dòng)。
6.根據(jù)權(quán)利要求2所述的基于多變量預(yù)測(cè)控制的超超臨界機(jī)組汽溫控制方法，其特征在于，所述對(duì)過程對(duì)象的模型進(jìn)行辨析、通過施加階躍擾動(dòng)建立汽溫系統(tǒng)的多輸入多輸出階躍響應(yīng)模型的過程具體包括 根據(jù)所述對(duì)過程對(duì)象進(jìn)行測(cè)試得到的數(shù)據(jù)來進(jìn)行過程對(duì)象的模型辨識(shí)，將過程對(duì)象測(cè)試時(shí)所得到的數(shù)據(jù)通過系統(tǒng)辨識(shí)得到系統(tǒng)的傳遞函數(shù)矩陣，進(jìn)而建立所述階躍響應(yīng)模型；所述階躍響應(yīng)模型矩陣建立成如下形式 Yk+1 |k 一 Yk+1 Ik-I+A A Uk 其中，Yk+1|k為模型預(yù)測(cè)輸出，Ywllri為輸出自由響應(yīng)向量，AUk為控制變量增量，A為動(dòng)態(tài)矩陣； 第k時(shí)刻下系統(tǒng)輸出對(duì)第i個(gè)控制輸入的階躍響應(yīng)模型
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的基于多變量預(yù)測(cè)控制的超超臨界機(jī)組汽溫控制方法，其特征在于，獲得所述控制變量增量的優(yōu)化值的過程具體包括 基于修正的預(yù)測(cè)起點(diǎn)，預(yù)測(cè)控制完成帶有約束的滾動(dòng)優(yōu)化過程如下
8.一種基于多變量預(yù)測(cè)控制的超超臨界機(jī)組汽溫控制系統(tǒng)，其特征在于，包括 前期設(shè)計(jì)模塊，用于進(jìn)行多變量預(yù)測(cè)控制器的前期設(shè)計(jì)，確定控制變量、被控變量以及擾動(dòng)變量；所述控制變量包括一級(jí)減溫噴水、二級(jí)減溫噴水、再熱減溫噴水以及煙氣擋板開度；所述被控變量包括主汽溫、再熱汽溫； 模型辨析模塊，用于對(duì)過程對(duì)象的模型進(jìn)行辨析，通過施加階躍擾動(dòng)，建立汽溫系統(tǒng)的多輸入多輸出階躍響應(yīng)模型； 仿真和參數(shù)調(diào)整模塊，用于根據(jù)建立的階躍響應(yīng)模型，進(jìn)行多變量預(yù)測(cè)控制器的仿真和參數(shù)調(diào)整； 啟動(dòng)模塊，用于啟動(dòng)多變量預(yù)測(cè)控制器，將預(yù)測(cè)控制器從仿真狀態(tài)切換到實(shí)際在線運(yùn)行和控制狀態(tài)，并將所述多變量預(yù)測(cè)控制器的輸出施加到被控對(duì)象上，進(jìn)行實(shí)時(shí)控制。
9.權(quán)利要求要求8所述的基于多變量預(yù)測(cè)控制的超超臨界機(jī)組汽溫控制系統(tǒng)，其特征在于，還包括連接在所述前期設(shè)計(jì)模塊與模型辨析模塊之間的測(cè)試模塊，用于在所述進(jìn)行多變量預(yù)測(cè)控制器的前期設(shè)計(jì)之后、對(duì)過程對(duì)象的模型進(jìn)行辨析之前，對(duì)過程對(duì)象的數(shù)據(jù)進(jìn)行測(cè)試；具體包括判斷所述多變量預(yù)測(cè)控制器所涉及變量的信號(hào)是否正常；若是，則對(duì)每一個(gè)輸入變量進(jìn)行擾動(dòng)試驗(yàn)，并記錄、采集過程對(duì)象的數(shù)據(jù)。
10.權(quán)利要求要求8或9所述的基于多變量預(yù)測(cè)控制的超超臨界機(jī)組汽溫控制系統(tǒng)，其特征在于，還包括與所述啟動(dòng)模塊相連接的維護(hù)模塊，用于在所述啟動(dòng)模塊啟動(dòng)多變量預(yù)測(cè)控制器進(jìn)行實(shí)時(shí)控制之后，對(duì)所述多變量預(yù)測(cè)控制器進(jìn)行維護(hù)；具體包括通過檢測(cè)控制變量和被控變量的實(shí)際上下限來修改約束條件，確保所述控制變量和被控變量的實(shí)際上下限在允許的范圍內(nèi)，保證所述多變量預(yù)測(cè)控制器性能的最優(yōu)。
全文摘要
本發(fā)明提供一種基于多變量預(yù)測(cè)控制的超超臨界機(jī)組汽溫控制方法及系統(tǒng)，該方法包括以下步驟進(jìn)行多變量預(yù)測(cè)控制器的前期設(shè)計(jì)，確定控制變量、被控變量以及擾動(dòng)變量；所述控制變量包括一級(jí)減溫噴水、二級(jí)減溫噴水、再熱減溫噴水以及煙氣擋板開度；所述被控變量包括主汽溫、再熱汽溫；對(duì)過程對(duì)象的模型進(jìn)行辨析，通過施加階躍擾動(dòng)，建立汽溫系統(tǒng)的多輸入多輸出階躍響應(yīng)模型；根據(jù)建立的階躍響應(yīng)模型，進(jìn)行多變量預(yù)測(cè)控制器的仿真和參數(shù)調(diào)整；啟動(dòng)多變量預(yù)測(cè)控制器，將預(yù)測(cè)控制器從仿真狀態(tài)切換到實(shí)際在線運(yùn)行和控制狀態(tài)，并將所述多變量預(yù)測(cè)控制器的輸出施加到被控對(duì)象上，進(jìn)行實(shí)時(shí)控制。本發(fā)明能夠更好地保證鍋爐過熱汽溫在要求的范圍內(nèi)。
文檔編號(hào)G05D23/19GK102707743SQ20121017438
公開日2012年10月3日 申請(qǐng)日期2012年5月30日 優(yōu)先權(quán)日2012年5月30日
發(fā)明者張曦, 李曉楓, 王國良, 羅嘉, 閻威武, 陳世和 申請(qǐng)人:上海交通大學(xué), 廣東電網(wǎng)公司電力科學(xué)研究院