[发明专利]一种基于分层受限预测控制的火电机组协调控制方法

权利要求书

1.一种基于分层受限预测控制器的火电机组协调控制方法，其特征在于：所述的分层受限预测控制器包括目标轨迹动态优化层即上层和受限预测控制层即下层，火电机组协调控制方法具体步骤如下：

步骤1：根据历史数据及评价函数训练目标轨迹动态优化层的支持向量机模型；

步骤2：实验得到机组典型工况下的协调系统传递函数模型G(s)；

步骤3：确定受限预测控制层的约束范围、控制步长、预测步长及采样时间Ts；

步骤4：根据所述步骤1中训练后的支持向量机模型，输入当前机组状态得到优化后的目标轨迹；

步骤5：在误差超过各自阀值时将所述步骤4中得到的目标轨迹输入受限预测控制器，得到当前时刻的煤量指令、汽机调门开度指令和给水量指令；

所述的目标轨迹动态优化层，其输入为当前机组负荷、总煤量、总给水量、总风量、负荷设定值、主汽压力设定值、主汽压力实际值和中间点温度设定值及实际值；输出为新的负荷设定值、主汽压力设定值和中间点温度设定值。

2.根据权利要求1所述的基于分层受限预测控制器的火电机组协调控制方法，其特征在于：步骤1中所述的训练目标轨迹动态优化层，其输入数据为过去5000s的机组负荷、总风量、总煤量、总给水量、负荷设定值、主汽压力设定值、主汽压力实际值和中间点温度设定值及实际值；输出为新的负荷设定值、主汽压力设定值和中间点温度设定值，其核函数为径向基函数。

3.根据权利要求2所述的基于分层受限预测控制器的火电机组协调控制方法，其特征在于：所述的核函数为径向基函数，采用评价函数J作为其评价指标：

式中P_t为实际主蒸汽压力，N_e为机组实发功率，T_m为实际中间点温度；B、K和D分别为上一采样周期的总煤量指令、汽机调门开度和给水流量指令，B₁、K₁和D₁分别为当前时刻的总煤量指令、汽机调门开度和给水流量指令，ΔP_t、ΔN_e和ΔT_m分别为主蒸汽压力、机组实发功率和中间点温度的实际值与设定值的偏差；α、β和γ分别为煤量指令、汽机调门开度指令和给水量指令的误差权重，范围为[0，1]。

4.根据权利要求1所述的基于分层受限预测控制器的火电机组协调控制方法，其特征在于：所述步骤2中机组典型工况下的协调系统传递函数模型G(s)，要求在机组50％-80％额定负荷段内做煤量变化、给水变化和汽机调门开度变化实验，从而得到机组协调控制系统的传递函数模型G(s)。

5.根据权利要求1所述的基于分层受限预测控制器的火电机组协调控制方法，其特征在于所述的步骤3中的受限预测控制层的控制步长取1，预测步长为30-60，采样时间取5-10s，根据实际控制系统情况调整采样周期。

6.根据权利要求1所述的基于分层受限预测控制器的火电机组协调控制方法，其特征在于：所述的受限预测控制层在广义预测控制，控制率计算后只对当前控制作用u(t)、控制增量Δu(t)和输出y(t+1)进行限制，将对输出y(t+1)的约束改写为对Δu(t)的约束，可得控制增量Δu(t)受被控量输出限制的上限和下限

同时可得控制增量Δu(t)受控制器输出幅度限制的上限和下限

最终约束为：

上式中H₁、F₁和G₁分别为H_j、F_j和G_j当预测步长j＝1时取得，H_j、F_j和G_j可通过求解丢番图方程：

1＝E_j(z^-1)A(z^-1)Δ+z^-jH_j(z^-1)

E_j(z^-1)B(z^-1)＝G_j(z^-1)+z^-jF_j(z^-1)

z^-1为后移算子，Δ＝1-z^-1，E_j(z^-1)是由A(z^-1)和预测步长j唯一确定的多项式，A(z^-1)和B(z^-1)为被控对象CRAIMA模型的系数：

A(z^-1)Δy(t)＝B(z^-1)Δu(t-1)+C(z^-1)ξ(t)

A(z^-1)＝1+a₁z^-1+…a_naz^-na

B(z^-1)＝b₀+b₁z^-1+…b_nbz^-nb

其中n_a和n_b分别为A(z^-1)和B(z^-1)的阶次，a₁…a_na和b₀,b₁…b_nb分别为A和B各个阶次的系数。