[发明专利]燃气轮机负荷调节性能的多变量受限广义预测控制方法

权利要求书

1.一种燃气轮机负荷调节性能的多变量受限广义预测控制方法，其特征在于：包括以下步骤，

步骤(1)，建立以燃气轮机的燃料阀开度、汽轮机入口调节阀开度为输入，机组实发功率、汽机主蒸汽压力为输出的2×2矩阵的被控对象模型；

步骤(2)，根据建立的被控对象的纯延迟时间，确定预测时域长度N_p，控制时域长度M，采样时间Ts，误差权重矩阵Q、控制加权矩阵R为2×2的对角矩阵；

步骤(3)，由被控对象的传递函数模型离散化成CARIMA模型，如公式(1)所示，

$\left\{\begin{array}{c}{A}_1\left(z^{-1}\right)PW\left(k\right)=B_{11}\left(z^{-1}\right)U_1\left(k\right)+B_{12}\left(z^{-1}\right)U_2\left(k\right)+{\mathrm{\ξ}}_1\left(k\right)\\ A_2\left(z^{-1}\right)TP\left(k\right)=B_{21}\left(z^{-1}\right)U_1\left(k\right)+B_{22}\left(z^{-1}\right)U_2\left(k\right)+{\mathrm{\ξ}}_2\left(k\right)\end{array}\right.---\left(1\right),$

其中，分别为PW(k)、TP(k)的系数，i＝1或2，i＝1表示燃气轮机燃料阀，i＝2表示汽轮机入口调节阀；分别为U₁(k)、U₂(k)的系数，i,k＝1或2；ξ_i(k)为零均值的白噪声，i＝1或2；a_i,j、b_i,k,j分别为A_i(z^-1)、B_i,k(z^-1)多项式中z^-j的系数；na_i、nb_i,k分别为多项式A_i(z^-1)、B_i,k(z^-1)的阶次；U₁(k)为燃气轮机燃料阀开度，U₂(k)为汽轮机入口调节阀开度；PW(k)为机组实发功率；TP(k)为汽机主蒸汽压力；

根据公式(1)及无约束广义预测控制算法，计算得到燃气轮机的开度增量ΔU，开度增量ΔU包括燃料阀开度增量ΔU₁、汽轮机入口调节阀开度增量ΔU₂，具体计算如下，

ΔU＝[G^TQG+R]^-1G^TQ[Y_r-H]

其中，G^T为中间推导变量矩阵的转置矩阵、G为中间推导变量矩阵、Y_r为参考轨迹向量、H为信息矩阵；

步骤(4)，根据当前时刻的燃气轮机的燃料阀、汽轮机入口调节阀开度的约束条件，

根据公式(2)，对燃气轮机燃料阀、汽轮机入口调节阀开度进行限速处理，

$U_i\left(k\right)=\left\{\begin{array}{cc}{U}_i\left(k-1\right)+{\mathrm{\ΔU}}_{i,\min }& \left({\mathrm{\ΔU}}_i\left(k\right)\≤{\mathrm{\ΔU}}_{i,\min }\right)\\ U_i\left(k\right)& \left({\mathrm{\ΔU}}_{i,\min }\<{\mathrm{\ΔU}}_i\left(k\right)\<{\mathrm{\ΔU}}_{i,\max }\right)\\ U_i\left(k-1\right)+{\mathrm{\ΔU}}_{i,\max }& \left({\mathrm{\ΔU}}_i\left(k\right)\≥{\mathrm{\ΔU}}_{i,\max }\right)\end{array}\right.---\left(2\right)$

其中，i＝1,2；i＝1表示燃气轮机燃料阀，i＝2表示汽轮机入口调节阀；ΔU_i(k)为对应阀门开度的增量，ΔU_i,min为对应阀门的开度变化速率的下限，ΔU_i,max为对应阀门的开度变化速率的上限；

根据公式(3)，对燃气轮机燃料阀、汽轮机入口调节阀开度进行限幅处理，

$U_i\left(k\right)=\left\{\begin{array}{cc}{U}_{i,min}& \left(U_i\right(k)\≤U_{i,min})\\ U_i\left(k\right)& (U_{i,min}\<U_i(k)\<U_{i,max})\\ U_{i,max}& \left(U_i\right(k)\≥U_{i,\max })\end{array}\right.---\left(3\right)$

其中，U_i(k)为燃气轮机的燃料阀或汽轮机入口调节阀的开度，i＝1,2；i＝1表示燃气轮机燃料阀，i＝2表示汽轮机入口调节阀；U_i,min为对应阀门开度的下限，U_i,max为对应阀门开度的上限；

根据公式(2)、公式(3)的限速处理、限幅处理，计算燃料阀、汽轮机入口调节阀两阀的实际开度；

步骤(5)，根据燃料阀、汽轮机入口调节阀两阀的实际开度，输入步骤(1)的被控对象模型，控制联合循环机组的实发功率和汽轮机主蒸汽压力的变化。

2.根据权利要求1所述的燃气轮机负荷调节性能的多变量受限广义预测控制方法，其特征在于：步骤(2)所述的预测时域长度N_p大于纯延迟时间，所述采样时间Ts满足香农采样定理。