[发明专利]燃气轮机转速系统的多模型自适应广义预测控制方法

说明书

技术领域

本发明是一种多模型自适应广义预测控制策略，对燃气轮机转子转速系统进行调节，使转子转速快速、稳定、无偏差的跟踪设定值的一种方法，属于热工自动控制领域。

背景技术

燃机电站以其高效、环保、节能、节水等一系列优点在发电领域中起到了日益重要的作用。转子转速是燃气轮机控制系统中最重要的控制参数，转子转速直接决定着生产的电力质量，保持燃机转速稳定在额定值非常重要。燃机是一个复杂的非线性系统，尤其是多数燃机电厂承担着电网调峰任务，其工况经常大范围变化，机组非线性特性更加凸显，尤其是加/减速和并网过程中，转速控制的稳定性要求和变化的快速反应要求这对矛盾更加明显，常规的PID控制算法往往难以满足既快又稳的要求，因此研究设计先进的燃气轮机转速控制算法具有特别重要的意义。

广义预测控制是在过程控制工业中最具应用推广价值的先进控制策略之一，但是常规的预测控制策略往往不能适应于全局工况。而多模型方法是自适应控制的重要发展方向，是当今先进控制理论的研究热点之一，是解决动态特性随工况变化的复杂工业过程非线性系统控制的一种有效的方法。

为提高燃气轮机转速控制品质，本发明针对燃气轮机转速系统非线性特性与运行工况密切相关的实际特点，提出了基于多模型自适应广义预测控制的燃气轮机转速控制策略，将多模型自适应广义预测控制首次引入燃气轮机转子转速系统，利用多模型建模方法来逼近大范围工况过程燃机转速系统的动态性能，再基于多模型设计出全局自适应控制器，从而对燃机转速进行有效的控制。

发明内容

技术问题：本发明的目的是提供一种燃气轮机转速系统的多模型自适应广义预测控制方法，用于燃气轮机转子转速系统，即解决燃气轮机转速系统参数非线性、时变性、大范围工况下参数跳变的等问题的方法。

技术方案：为了克服上述问题，通过采用多模型自适应广义预测控制，弥补单模型预测控制的不足，用于燃气轮机转速系统，使得系统响应速度快，动态跟踪性能好，无调节误差。

多模型自适应广义预测控制系统的技术方案可以采用如下步骤实现：

步骤1：在燃气轮机额定负荷时且开环稳定工况下，控制系统设置典型工况点，在转速调节器输出端施加低电平的伪随机信号激励，测得转速变化数据，用递推广义最小二乘法辨识出转速动态模型，构成燃机转速系统的多模型集合；

步骤2：针对步骤1的转速动态模型，采用广义预测控制策略构造子预测控制器，并对相应的子预测控制器的参数进行整定；

步骤3：若基于步骤2的子预测控制器不能满足步骤1的多模型集合相邻模型间满意控制范围的交叠，建立燃气轮机的局部模型族，对步骤1的多模型集合进行补充；否则进入步骤4；

步骤4：控制系统检查每一采样时刻工况参数变化情况，将子预测控制器的输出控制增量进行加权作为燃气轮机转速的实际控制增量。

步骤1控制系统设置100％、80％、50％负荷典型工况点，该三个典型工况点的模型逼近燃气轮机转速系统在全局工况下的动态性能。

步骤4燃气轮机转速的实际控制增量由子预测控制器的输出控制增量按如下加权策略获得：

①σ_i≤σ＜σ_j时，Δu＝(1-x_j)Δu_i+x_jΔu_j，xj=σ-σiσj-σi;]]>

②0＜σ＜σ₁时，Δu＝Δu₁；

③σ₃≤σ时，Δu＝Δu₃；

其中，σ₁＝50％，σ₂＝80％，σ₃＝100％，i＝1，2，j＝i+1，Δu_i，Δu_j分别为步骤4子预测控制器的输出控制增量。