一种单元机组负荷快速响应预测控制方法.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN108803342A(43)申请公布日2018.11.13(21)申请号201810727691.3(22)申请日2018.07.05(71)申请人东南大学地址211189江苏省南京市江宁区东南大学路2号(72)发明人雎刚邵恩泽(74)专利代理机构南京苏高专利商标事务所(普通合伙)32204代理人柏尚春(51)Int.Cl.G05B13/04(2006.01)权利要求书4页说明书9页附图3页(54)发明名称一种单元机组负荷快速响应预测控制方法(57)摘要本发明公开了一种单元机组负荷快速响应预测控制方法，采用机组功率和主汽压力的预测偏差及相应的预测偏差变化率构建性能指标，并基于该性能指标设计预测控制律。为使控制系统能充分利用锅炉蓄热，性能指标中设置了一个主汽压力项权系数，并将其设计为功率的函数，当功率偏差变大时，该项权系数变小，允许主汽压力发生较大波动，利用锅炉蓄热使机组功率迅速跟踪设定值，有效提高机组负荷的响应速度。另外，性能指标中分别设置了功率和主汽压力的预测偏差变化率的权系数，通过两个权系数可方便、有效调整预测控制系统的控制性能，方便了工程应用。CN108803342ACN108803342A权利要求书1/4页1.一种单元机组负荷快速响应预测控制方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)获取机组负荷被控过程的离散受控自回归积分滑动平均(CARIMA)模型；(2)设计预测控制性能指标；(3)确定机组负荷预测控制律；(4)实现机组负荷快速响应预测控制。2.根据权利要求1所述的一种单元机组负荷快速响应预测控制方法，其特征在于，所述步骤(1)包括以下步骤：(11)通过模型辨识获取以下机组负荷被控过程的传递函数模型为：其中，y1为机组功率，y2为主汽压力，u1为锅炉燃烧率，u2为汽机调门开度，G11(s)和G21(s)分别为以u1为输入、y1和y2为输出的过程传递函数，G12(s)和G22(s)分别为以u2为输入、y1和y2为输出的过程传递函数，s为复平面上的变量；(12)以采样周期T对式(1)进行离散化，得到如下负荷被控过程离散受控自回归积分滑动平均(CARIMA)模型：-1-1-1其中：Ai(z)、Bij(z)(i＝1,2，j＝1,2)和Δ分别为关于z的多项式：Δ＝1-z-1，-1z为后移算子，k为采样时刻，ε1(k)和ε2(k)为均值为0的白噪声，nai和nbij分别为多项-1-1-1-1式Ai(z)和Bij(z)阶次，ai,l和bij,l分别为Ai(z)和Bij(z)的多项式系数。3.根据权利要求1所述的一种单元机组负荷快速响应预测控制方法，其特征在于，步骤(2)所述的新型性能指标为：其中，N1为功率y1的预测时域，N2为主汽压力y2的预测时域，λ1、λ2、β为权系数，α为实数，e1(k+i)和ce1(k+i)分别为第k+i时刻机组负荷的预测偏差和预测偏差的变化率，e2(k+i)和ce2(k+i)分别为第k+i时刻主汽压力的预测偏差和预测偏差的变化率，eNe(k-1)和ceNe(k-1)分别为k-1时刻机组负荷的偏差和偏差变化率。4.根据权利要求1所述的一种单元机组负荷快速响应预测控制方法，其特征在于，步骤2CN108803342A权利要求书2/4页(3)所述预测控制律为：TT-1TTΔU＝[(G1)G1+β(G2)G2][(G1)h1+β(G2)h2](4)其中，T为矩阵转置运算，ΔU为由u1和u2在当前时刻k及其未来各时刻的控制增量构成的向量：TΔU＝[Δu1(k)…Δu1(k+Nu1-1)…Δu2(k)…Δu2(k+Nu2-1)]其中Nu1和Nu2分别为u1和u2的控制时域；式(4)中Gp(p＝1,2)为矩阵，由下式计算：其中，Ip为Np×Np阶单位对角矩阵，Q1、分别为相应维数的矩阵；式(4)中hp(p＝1,2)为矩阵，由下式计算：3CN108803342A权利要求书3/4页其中，Hp、Fp、和Q2分别为相应维数的矩阵，ΔUbp为由u1和u2在当前时刻k之前各时刻的控制增量构成的向量，Ybp为由yp(p＝1，2)在当前时刻k及其之前各时刻的值构成的向量，Rp为由yp(p＝1，2)未来各时刻的设定值构成的向量；矩阵和矩阵的元-1-1素由Gpq,j(z)多项式的系数组成，矩阵的元素由Fp,j(z)多项式的系数组成：-1-1其中，p＝1,2，q＝1,2，Ep,j(z)和Fp,j(z)为满足丢番图方程：-1-1-j-11＝Ep,j(z)ΔAp(z)+zFp,j(z)的多项式。5.根据权利要求1所述的一种单元机组负荷快速响应预测控制方法，其特征在于，所述步骤(4)包括以下步骤：(41)设置预测控制参数：设置采样周期T，预测时域N1和N2选择只需使N1·T