一种基于多参数预测的火电机组协调控制方法

摘要

本发明公开了一种基于多参数预测的火电机组协调控制方法，该方法针对锅炉被控对象大滞后、响应过程缓慢等特性，通过对给水流量、给煤量、汽机阀门开度的合理估计，及主汽压力和分离器出口温度的偏差预测，分别构成主汽压力控制回路和分离器出口温度控制回路，并于负荷控制回路相协调，构成火电机组协调控制系统。本发明有效提升了火电机组协调控制系统的控制品质，在快速响应负荷变动的同时，有效抑制负荷变动时的主汽压力波动，减小主汽压力和设定值之间的偏差，抑制分离器出口温度波动，减少分离器出口温度超温情况的发生。同时，提高锅炉控制系统的稳定性，和机组的运行效率。

主权项

1.一种基于多参数预测的火电机组协调控制方法，其特征在于该控制方法包括如下两个控制回路：主汽压力控制回路、分离器出口温度控制回路；其中主汽压力控制回路包括如下结构：保持预测器、线性增量预测器、主汽压力模型、主汽压力控制器；分离器出口温度控制回路包括如下结构：保持预测器、线性增量预测器、分离器出口温度模型、分离器出口温度控制器；线性增量预测器为按增量线性递减的方式求取输出，即当该预测器当前输入为u_z(k)时，线性增量预测器输出为Y_z(k)＝[y_z(k+1)y_z(k+2)...y_z(k+N)]，其中$y_z(k+j)=\frac{1-{\beta }^{j+1}}{1-\beta }[u_z\left(k\right)-u_z(k-1)]+u_z\left(k\right)$j＝1，2，3...N，β为递减系数，N为预测参数时间长度，k为当前时刻，z为增量预测器的代号；保持预测器以当前该预测器输入作为其输出，即当该预测器当前输入为u_b(k)时，保持预测器输出为Y_b(k)＝[u_b(k)u_b(k)...u_b(k)]_1×N，N为预测参数时间长度，b为保持预测器的代号；在以上结构基础上，基于多参数预测的火电机组协调控制方法包括如下步骤：1).分别以给水流量Fw、给煤量Fu、汽机阀门开度Tm为阶跃量，获取主汽压力Msp、分离器出口温度Tsp、负荷Ne的阶跃响应值，并记录在历史数据库中；2).通过最小二乘系统辨识法对历史数据库中的数据进行拟合，获取如下传递函数：以Fw为输入、Msp为输出的给水-主汽压力传递函数以Fu为输入、Msp为输出的给煤-主汽压力传递函数以Tm为输入、Msp为输出的汽机阀门-主汽压力传递函数以Fw为输入、Ne为输出的给水-负荷传递函数以Fu为输入、Ne为输出的给煤-负荷传递函数以Tm为输入、Ne为输出的汽机阀门-负荷传递函数以Fw为输入、Tsp为输出的给水-分离器出口温度传递函数以Fu为输入、Tsp为输出的给煤-分离器出口温度传递函数以Tm为输入、Tsp为输出的汽机阀门-分离器出口温度传递函数3).对进行双线性离散化得离散化传递函数其中为给水-主汽压力离散分子多项式，为给水-主汽压力离散分母多项式，q为超前因子；4).构造丢番图方程：$1=E_N^{\mathrm{msp}}\left(q^{-1}\right)A_{\mathrm{fw}}^{\mathrm{msp}}\left(q^{-1}\right)\Delta +q^{-N}{F}_N^{\mathrm{msp}}\left(q^{-1}\right),$得给水-主汽压力分离第一多项式与给水-主汽压力分离第二多项式5).令$G^{\mathrm{msp}}\left(q^{-1}\right)=E_N^{\mathrm{msp}}\left(q^{-1}\right)B_{\mathrm{fw}}^{\mathrm{msp}}\left(q^{-1}\right)=\underset{i=0}{\overset{N+N_{\mathrm{bfw}}}{\Sigma }}{g}_i^{\mathrm{msp}}{q}^{-i},$其中G^msp(q^-1)为主汽压力前向多项式，为主汽压力前向多项式系数，N_bfw为给水-主汽压力离散分子多项式的阶次；6).构造主汽压力控制系数${\alpha }^{\mathrm{msp}}={[\underset{i=0}{\overset{i=N-1}{\Sigma }}{\left(g_i^{\mathrm{msp}}\right)}^2+{\gamma }^{\mathrm{msp}}]}^{-1},$其中γ^msp为主汽压力控制量影响分量系数；7).令当前为k时刻，当前给煤量Fu(k)、汽机阀门开度Tm(k)经过线性增量预测器、给水流量Fw(k)经过保持预测器计算后，未来给水流量、给煤量、汽机阀门开度预测值为：Fw(k+j)＝Fw(k-1)j＝1，2，3...N$\mathrm{Fu}(k+j)=\frac{1-{{\beta }_{\mathrm{fu}}}^{j+2}}{1-{\beta }_{\mathrm{fu}}}\mathrm{\Delta Fu}(k-1)+\mathrm{Fu}(k-1)$j＝1，2，3...Nj＝1，2，3...N，其中β_fu和β_tm分别为给煤控制量衰减系数与汽机阀门开度衰减系数且均为小于1大于0的常数；8).依据未来给水流量、给煤量、汽机阀门开度预测值和对应传递函数和经过主汽压力模型计算得未来主汽压力预测值Msp_t(k+j)    j＝1，2，3...N；9).取主汽压力设定值为Msp_r经过保持预测器计算后与未来主汽压力预测值作差，并由主汽压力控制器计算得主汽压力控制回路给水控制量为${\mathrm{Fw}}_c={\alpha }^{\mathrm{msp}}\underset{i=0}{\overset{N-1}{\Sigma }}[{\mathrm{Msp}}_r-{\mathrm{Msp}}_t(k+i)]g_i^{\mathrm{msp}};$10).将Fw_c作为给水流量的目标值，传送到给水泵执行机构中，通过改变给水流量控制主汽压力；a)给水流量增大，给煤量不变，锅炉过热段减少，主汽压力减小；b)给水流量减少，给煤量不变，锅炉过热段增长，主汽压力增大；从而控制锅炉主汽压力；11).对进行双线性离散化得离散化传递函数其中为给煤-分离器出口温度离散分子多项式，为给煤-分离器温度离散分母多项式；12).构造丢番图方程，$1=E_N^{\mathrm{tsp}}\left(q^{-1}\right)A_{\mathrm{fu}}^{\mathrm{tsp}}\left(q^{-1}\right)\Delta +q^{-N}{F}_N^{\mathrm{tsp}}\left(q^{-1}\right),$得给煤-分离器出口温度分离第一多项式与给煤-分离器出口温度分离第二多项式$F_N^{\mathrm{tsp}}\left(q^{-1}\right);$13).令$G^{\mathrm{tsp}}\left(q^{-1}\right)=E_N^{\mathrm{tsp}}\left(q^{-1}\right)B_{\mathrm{fu}}^{\mathrm{tsp}}\left(q^{-1}\right)=\underset{i=0}{\overset{N+N_{\mathrm{bfu}}}{\Sigma }}{g}_i^{\mathrm{tsp}}{q}^{-i},$其中G^tsp(q^-1)为分离器出口温度前向多项式，为分离器出口温度前向多项式系数，N_bfu为给煤-分离器出口温度离散分子多项式的阶次；14).构造分离器出口温度控制系数其中γ^tsp为分离器出口温度控制量影响分量系数；15).令当前为k时刻，当前给水流量为Fw(k)、汽机阀门开度为Tm(k)经过线性增量预测器、给煤量Fu(k)经过保持预测器计算后，得未来给水流量、给煤量、汽机阀门开度预测值为Fu(k+j)＝Fu(k-1)    j＝1，2，3...N$\mathrm{Fw}(k+j)=\frac{1-{{\beta }_{\mathrm{fw}}}^{j+2}}{1-{\beta }_{\mathrm{fw}}}\mathrm{\Delta Fw}(k-1)+\mathrm{Fw}(k-1)$j＝1，2，3...Nj＝1，2，3...N，其中β_fw为给水控制量衰减系数，且为小于1大于0的常数。16).依据未来给水流量、给煤量、汽机阀门开度预测值和对应传递函数和经过分离器出口温度模型计算，得未来分离器出口温度预测值Tsp_t(k+j)   j＝1，2，3...N；17).取分离器出口温度设定值为Tsp_r，经过保持预测器计算后与未来分离器出口温度预测值作差，并由分离器出口温度控制器计算得给煤控制量为${\mathrm{Fu}}_c={\alpha }^{\mathrm{tsp}}\underset{i=0}{\overset{N-1}{\Sigma }}[{\mathrm{Tsp}}_r-{\mathrm{Tsp}}_t(k+i)]g_i^{\mathrm{tsp}};$18).将Fu_c作为给煤量的目标值，传送到给煤机执行机构中，通过改给煤量控制分离器出口温度；a)给煤机转速上升，给煤量增加，锅炉过热段增长，过热蒸汽出口温度上升，分离器出口温度上升；b)给煤机转速下降，给煤量减少，锅炉过热段减少，过热蒸汽出口温度下降，分离器出口温度下降；从而控制锅炉分离器出口温度。