[发明专利]基于多变量频域法和启发式搜索算法结合的超超临界机组深度调峰控制器设计方法

权利要求书

1.基于多变量频域法和启发式搜索算法结合的超超临界机组深度调峰控制器设计方法，其特征在于：包括以下步骤：

步骤一：将超超临界机组的协调被控对象看作3输入3输出的系统，并由现场实验数据分别拟合出3×3维被控对象在100％、80％、60％、40％负荷工况点下的传递函数矩阵G(s)；

步骤二：根据G(s)的特征方程：

Δ(g,s)＝det[g(s)Im-G(s)]＝0 (1)

求得G(s)的3个特征传递函数g_i(s)(i＝1,2,3)和特征向量矩阵W(s)；

步骤三：令s沿Nyquist D围线变化，绘制g_i(s)(i＝1,2,3)的特征轨迹Γ_i(i＝1,2,3)，令ω从-∞变化至+∞，绘制特征方向ω_i(jω)(i＝1,2,3)和自然基向量e_i(i＝1,2,3)之间失调角的失调角曲线；

步骤四：根据特征轨迹Γ_i(i＝1,2,3)及各失调角曲线的特点结合遗传算法进行超超临界机组深度调峰控制器的补偿设计；

步骤五：根据步骤四给出的100％、80％、60％、40％负荷工况点下的控制器参数，将各控制器给出的输出控制增量进行加权作为当前工况下的输出控制增量；

步骤一所述3输入3输出的系统中控制量为燃料量B(t/h)、给水流量W(t/h)、汽机调门开度μ(％)，被控量为机组实发功率Ne(MW)、主汽压力p₀(MPa)、中间点温度Tsp(℃)；

步骤四所述的补偿设计具体如下：

将系统工作频率范围分成高频、中低频两个频段；

在高频频段，选取使得高频关联最小的频率点ω_h，采用ALIGN方法求出G^-1(jω_h)的近似实阵A_h，取高频段控制器为：

K_h＝A_h (2)

在中低频频段，选取使得中低频关联最小的频率点ω_ml，求出G(jω_ml)K_h的特征值和特征向量，得出：

G(jω_ml)K_h＝W(jω_ml)diag{g_i(jω_ml)}_1≤i≤3V(jω_ml) (3)

其中W(jω_ml)为G(jω_ml)K_h的特征方向矩阵，V(jω_ml)为W(jω_ml)的逆矩阵，g_i(jω_ml)_1≤i≤3为G(jω_ml)的特征值，采用ALIGN算法计算W(jω_ml)和V(jω_ml)的近似实阵A_ml和B_ml，取中低频段控制器为：

K_ml＝A_mldiag{k_i(s)}_1≤i≤3B_ml (4)

其中为标量传递函数；

所述ALIGN方法具体为：

选取一实向量a_i和复向量w_i(jω)调准，定义商式为：

该式用于反映实向量a_i和复向量w_i(jω)之间的近似程度，其中φ_i越大则两者之间越接近；

记：

v_k(jω)＝α_k+jβ_k (6)

式中，列相量α_k与β_k分别表示v_k(jω)的实部与虚部；

令：

式中，C_i和D_i为非负的、实对称矩阵；

为求φ_i对a_i的极大值，取得：

C_ia_i＝D_ia_iφ_i (9)

如果λ_i是φ_i的极大值，上式可写为：

C_ia_i＝λ_iD_ia_i (10)

取λ_i为矩阵D_i^-1C_i的最大特征值，a_i为与最大特征值相应的特征向量，按上述过程重复3次，并构成W(jω)的近似实阵：

A＝[a₁,a₂,a₃] (11)

V(jω)的近似实阵：

B＝A^-1 (12)；

中低频控制器中，元素按单回路系统方法整定，记g_ii(s)为矩阵G(s)K_h第i行、第i列的元素，取g_ii(s)为第i条单回路的被控对象，采用经典遗传算法为该被控对象设计控制器参数，具体如下：

确定种群大小Size和各参数的二进制码长度L，其中β_i(i＝1,2,3)和α_i(i＝1,2,3)的二进制码长度分别为L_βi(i＝1,2,3)和L_αi(i＝1,2,3)，组合后构成一个长度为的染色体；

确定目标函数的积分形式：

式中，w_ij(i,j＝1,2,3)为权值，ΔNe(t)、Δp₀(t)和ΔT_sp(t)分别为功率偏差(MW)、主汽压力偏差(MPa)和中间点温度偏差(℃)，Δμ(t)、ΔB(t)和ΔW(t)分别为汽机调门开度增量(℃)、燃料量增量(t/h)和给水流量增量(t/h)，t_iu(i＝1,2,3)为上升时间；

从而适应度值函数为：

计算每一个体的适应度f_i(i＝1,2,…,Size)，将适应度转化为被选概率：

采用轮盘赌选择法选择个体，取定交叉概率P_c和变异概率P_m，按照算法规则进行交叉与变异，产生新个体并计算该新个体的适应度，进而进行最优值替换，最终得到最优的个体β_i(i＝1,2,3)和α_i(i＝1,2,3)，总的控制器为：

K(s)＝K_hK_ml(s) (18)。

2.根据权利要求1所述的基于多变量频域法和启发式搜索算法结合的超超临界机组深度调峰控制器设计方法，其特征在于：步骤五中，加权策略为：

A.80％≤σ_x≤100％时，Δu＝(1-x)Δu_80％+xΔu_100％，

B.60％≤σ_x＜80％时，Δu＝(1-x)Δu_60％+xΔu_80％，

C.40％≤σ_x＜60％时，Δu＝(1-x)Δu_40％+xΔu_60％，

其中，Δu_40％、Δu_60％、Δu_80％和Δu_100％分别为40％、60％、80％和100％负荷工况点下控制器给出的输出控制增量。