[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

说明书

本发明公开了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，本发明利用“特征轨迹——遗传算法交互控制器”的设计思想，将频域和时域方法相结合，对某一工况下的控制器参数进行寻优，既规避了设计结果过分依赖设计者经验、技巧的弊端，又达到优化控制效果的目的，同时本发明建立40％、60％、80％和100％负荷工况点下的协调对象传递函数模型，按上述基本思想给出相应负荷工况下控制器参数，将各工况点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。本发明算法过程清晰明了，克服了设计过程中过分依赖设计者经验和盲目试凑的缺陷，同时也能有效保证超超临界机组深度调峰时的控制效果。

技术领域

本发明属于热能动力工程和自动控制技术领域，具体涉及一种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。

背景技术

目前我国能源发展的主题是在保障能源供给的情况下实现能源转型，火电机组参与电网深度调峰以接纳新能源势在必行。超超临界机组的被控对象具有大惯性、非线性、时变性、强耦合性等特点，同时频繁的大范围变负荷调整使得机组非线性影响进一步加剧。为了实现国家能源转型的战略目标，作为现有发电方式中最可靠、承担最大负荷份额的火电机组被赋予更高的控制要求。

多变量频域法理论早已成熟，在工程运用上也早已取得长足发展。作为多变量频域法之一的传统特征轨迹设计法，其基本理论依据是有理函数矩阵的特征值分解，将多变量系统分解为一组独立的单输入单输出(Simple Input Simple O utput，SISO)特征子系统，随后采取单变量设计技术对各特征子系统进行补偿。

特征轨迹设计法在设计过程中重要参数通常通过设计者的试探或依据个人经验给出，故设计结果过分依赖设计者的经验和技巧，同时该设计方法只能保证系统的稳定性，不能满足其余控制性能指标的要求。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是针对上述现有技术的不足，提供一种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。

为实现上述技术目的，本发明采取的技术方案为：

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，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，其中控制量为燃料量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(℃)；并由现场实验数据拟合出该3×3维被控对象在特定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，绘制各复变函数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补偿设计；

步骤五：由现场实验数据分别拟合出所述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)，按步骤一至四分别给出相应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，加权策略为：