基于滑模预测控制的超超临界火电机组协调控制方法.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CN108227488A(43)申请公布日2018.06.29(21)申请号201711404784.4(22)申请日2017.12.22(71)申请人上海交通大学地址200240上海市闵行区东川路800号(72)发明人田震袁景淇(74)专利代理机构上海恒慧知识产权代理事务所(特殊普通合伙)31317代理人徐红银(51)Int.Cl.G05B13/04(2006.01)权利要求书5页说明书11页附图3页(54)发明名称基于滑模预测控制的超超临界火电机组协调控制方法(57)摘要本发明提供了一种基于滑模预测控制的超超临界火电机组协调控制方法，包括：步骤1、建立超超临界机组的锅炉-汽机系统非线性控制模型，并根据机组分布式控制系统历史运行数据滚动辨识模型参数；步骤2、采用输入-输出反馈线性化方法，实现上述锅炉-汽机系统的解耦和线性化，得到锅炉-汽机系统的拟线性模型；步骤3、针对该拟线性模型，构造滑模函数的预测模型，设计离散滑模控制律；步骤4、考虑锅炉-汽机系统的约束条件，建立滚动时域优化问题，并设计双模控制律；步骤5、确定控制器参数，保证锅炉-汽机闭环控制系统的稳定性和动态性能。本发明可提高机组协调控制系统的快速跟踪性和鲁棒性，为火电机组的安全经济运行提供技术支撑。CN108227488ACN108227488A权利要求书1/5页1.一种基于滑模预测控制的超超临界火电机组协调控制方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：步骤一、建立能描述超超临界机组特性的锅炉-汽机系统控制模型，并采用实际机组的分布式控制系统历史数据，辨识得到模型参数；所述锅炉-汽机系统控制模型是非线性控制模型；步骤二、在步骤一所述锅炉-汽机系统控制模型基础上，采用输入-输出反馈线性化的方法，实现解耦和全局线性化，通过变换得到锅炉-汽机系统的拟线性模型；步骤三、针对步骤二得到的拟线性模型，构造滑模函数的预测模型，并设计离散滑模控制律；步骤四、根据步骤三中建立的滑模函数的预测模型，并考虑锅炉-汽机系统的约束条件，建立滚动时域优化问题，综合离散滑模控制器来设计双模控制律；步骤五、确定滑模控制器参数，保证锅炉-汽机闭环控制系统的稳定性和动态性能，实现超超临界火电机组协调控制。2.根据权利要求1所述的一种基于滑模预测控制的超超临界火电机组协调控制方法，其特征在于，步骤一中，所述建立能描述超超临界机组特性的锅炉-汽机系统控制模型，具体如下：T定义锅炉-汽机系统的状态变量为x＝[Ne,pms,pm,hm,Df]，操纵变量为u＝[μT,μB(t-τ),TTDfw]，输出变量为y＝[Ne,pms,hm]，则锅炉-汽机系统的状态空间模型如下：其中：表示x的一阶导数；f(x)、g(x)、h(x)分别表示与x有关的非线性函数，表示如下：状态空间模型参数定义如下：k1＝Qnet,ar(1-q4),k5＝k3k4,上述公式中：Ne、pms、pm、hm、Df分别表示发电功率、主蒸汽压力、汽水分离器出口中间点压力和入炉煤的质量流量，μT、μB、Dfw分别表示汽轮机调门开度、给煤质量流量和给水质量流量，xi表示状态向量x的第i个分量；ρms、ρm分别是主蒸汽和中间点蒸汽的密度，Vms为过热器的总内体积，hfw为给水比焓，Dat表示减温水的质量流量；Qfg表示炉膛出口烟气携带的能2CN108227488A权利要求书2/5页量，Qnet,ar表示燃煤的低位发热量，q4表示机械不完全燃烧损失；C0是过热器管道惯性阻尼系数，k2、k3、k4、k5为比例系数，可辨识得到；t表示时间，τ为给煤机延迟时间，Tf和Te分别表示磨煤机和汽机调门的惯性时间常数；cn、c11、c12、c21、c22表示与锅炉-汽机系统状态x相关的5个时变参数，由机组运行数据回归得到。3.根据权利要求2所述的一种基于滑模预测控制的超超临界火电机组协调控制方法，其特征在于，步骤二中，采用了动态拓展和输入-输出反馈线性化的方法，利用非线性反馈实现了超超临界锅炉-汽机系统模型的线性化和解耦。4.根据权利要求3所述的一种基于滑模预测控制的超超临界火电机组协调控制方法，其特征在于，步骤二中，具体实现如下：为了满足完全线性化的条件，采用动态拓展的方法：x5＝μT,利用上述重新定义的控制输入w和状态变量x5，将式(1)所示的非线性状态空间模型改写如下：其中：操纵变量u和重新定义的控制输入w之间的变换关系为：定义辅助变量z为：根据式(5)，对z求一阶导数得其中：3CN108227488A权利要求书3/5页T定义v＝[v1,v2,v3]，引入非线性反馈如下：w＝G-1(x)[v-F(x)](9)结合式(4)和式(9)，得到如下二阶的拟线性模型：5.根据权利要求4所述的一种基于滑模预测控制