[发明专利]一种基于多变量预测控制的再热气温优化控制方法

说明书

技术领域

本发明属于热工自动控制领域，尤其涉及一种再热汽温系统的优化控制方法。

背景技术

再热汽温是火电机组运行过程中需要重点监控的过程参数之一，它直接关系到机组运行的安全性和经济性。

然而，再热汽温系统同时也是比较难控的系统之一。主要原因有三点：一是无论采用蒸汽侧或烟气侧调节手段，再热汽温都具有明显的大迟延特性；其次，考虑到烟气侧挡板(或燃烧器摆角)调节的可控性和控制精度较差，一般同时采用蒸汽侧喷水调节作为辅助调节手段。两种调节方式如何协调地进行工作，是一个问题。第三，采用喷水减温方式调节再热汽温，会增加汽耗率，降低机组循环效率，因此如何在保证动态调节性能的情况下，尽量减少再热喷水量，也是一个难点。

目前通常采用两个独立的PID控制器分别实现烟气侧和蒸汽侧调节，另外许多基于单变量预测控制、状态变量控制等先进控制策略的再热汽温控制方案，仅考虑了喷水减温方式。这些方法要么控制器参数整定困难，较难实现烟气侧调节和蒸汽侧调节的协调；要么未考虑再热汽温系统的经济性优化问题。

发明内容

发明目的：针对上述现有存在的问题和不足，本发提供了一种可以解决再热汽温调节动态偏差、静态偏差大，以及喷水量难于优化，影响机组循环效率等问题的基于多变量预测控制的再热汽温优化控制方法。

技术方案：为实现上述发明目的，本发明采用以下技术方案：一种基于多变量预测控制的再热汽温优化控制方法，采用多变量预测控制方法对再热汽温系统进行控制，该多变量预测控制方法包括再热减温喷水流量和烟气挡板开度两个变量的同时，通过引入再热减温喷水调门开度的稳态目标值，实现对系统经济性的优化，所述多变量预测控制方法具体步骤如下：

1) 获取再热汽温对象的阶跃响应模型，在稳态工况下，分别以烟气挡板开度(或燃烧器摆角)和减温水调门为输入进行再热汽温开环阶跃响应试验，经滤波平滑后，分别得到两者的阶跃响应模型的系数为                                                和，其中，N₁和N₂分别为两个阶跃响应模型的时域长度。N₁和N₂的选择应该确保使再热汽温的响应值已接近稳态值；

2) 设置控制器相关参数，包括采样时间T_s，预测步数P，烟气侧挡板控制步数M₁，减温水调门控制步数M₂，输出误差权矩阵Q，控制权矩阵R，控制输入误差权矩阵S。T_s可以用经验规则T₉₅/T_s=5～15来选取，其中，T₉₅为过渡过程上升到95%的调节时间；一般P选为近似等于再热汽温阶跃响应的上升时间；M₁和M₂选1或2；,,；

控制器参数确定后，采用公式(1)所述预测模型对未来再热汽温系统输出进行预测：                                (1)

其中，，，表示在k时刻对未来k+i时刻的再热汽温的预测值，表示在k时刻对未来k+i时刻的再热汽温预测的初值；

，其中，，

，

其中，分别表示在k时刻对未来k+i时刻的烟气挡板开度和减温水调门控制量增量的估计值。

为表达方便，用来表示，即表示利用预测模型对未来P个采样时刻再热汽温的预测值；

3) 控制器状态初始化，即在某个稳态工况下，检测当前时刻再热汽温测量值y(k)，并令，其中，y₀为利用预测模型对当前时刻再热汽温的预测值；

4) 计算再热汽温预测偏差；

5) 进行反馈校正，，其中，h_i为校正系数，其选取方法很多，常见的方法是全取为1；

6) 计算烟气挡板控制量增量和减温水调门控制量增量，取性能指标函数为式：