[发明专利]一种火电机组深度调峰一次调频控制方法

说明书

本发明公开了一种基于多模型预测控制的火电机组深度调峰一次调频控制方法，包括建立深度调峰状态下一次调频被控对象多区间子预测模型；分别进行对应的子预测函数控制器设计；各个子预测函数控制器联合，得出多个子预测函数控制器的最终控制增量输出值。本发明通过结合改进的多模型自适应策略，解决了由于阀门流量特性以及压力影响造成的流量系数非线性的问题；基于简化的预测函数控制策略设计子预测函数控制器，降低了预测控制设计的复杂性问题；在设定值跟踪以及系统鲁棒性方面均优于传统功率调节方法；本发明的改进功率调节算法计算量小，计算简单且易于通过DCS平台进行组态实施，具有更大的工程应用价值。

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模型预测控制的火电机组深度调峰一次调频控制方法。

背景技术

典型火电机组汽轮机的功率调节系统见图1所示。从图1中可以看出，被控对象的输入为控制器综合阀位指令，控制器综合阀位指令经过执行机构G_Z使实际阀门开度达到μ，该实际综合阀位受到阀前主蒸汽压力P_T的修正使汽轮机进汽量达到Q，该蒸汽流量经过汽轮机产生机械功率P_m，机械功带动发电机产生发电功率P_E，G_T为汽轮机的动态特性模型，G_E为发电机动态特性模型。

综合阀位指令的计算基于前馈+反馈控制结构，反馈控制采用基本PID调节器，实际整定参数仅仅包含PI调节，功率设定值Pr(来自人工设定或者AGC目标负荷值)与一次调频功率增量△Pr之和组成控制器最终功率设定值，前馈部分采用简单的比例调节Kf，前馈输入即为最终功率设定，PID反馈调节的输入量为最终设定值与实际功率反馈值的偏差，通过该闭环可保证最终功率调节无稳态偏差。

传统的功率调节控制系统，存在以下问题：

从图1中可以看出，被控对象的非线性问题主要由综合阀位的非线性以及主蒸汽压力变化引起的，导致综合阀门实际开度到进入汽轮机的蒸汽流量的增益系数不固定，另外由于前馈部分的存在导致闭环反馈PID参数的整定一般较弱，造成传统控制方式抗扰动能力较差。

针对上述问题，本发明基于多模型预测函数控制方法设计了改进的功率调节方案。改进方案通过结合改进的多模型自适应策略，解决了由于阀门流量特性以及压力影响造成的流量系数非线性的问题；基于简化的预测函数控制策略设计子预测函数控制器，降低了预测控制设计的复杂性问题。

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，提供一种基于多模型预测控制的火电机组深度调峰一次调频控制方法，对传统汽轮机功率控制系统进行了优化改进，提高了功率控制系统的调节性能与鲁棒性。

为实现上述技术目的，本发明采取的技术方案为：

一种基于多模型预测控制的火电机组深度调峰一次调频控制方法，包括以下步骤：

(1)建立深度调峰状态下一次调频被控对象多区间子预测模型，筛选获得子预测函数控制器的内部模型；

(2)基于筛选得到的内部模型，分别进行对应的子预测函数控制器设计，求解各子预测函数控制器的控制增量输出值；

(3)各个子预测函数控制器联合，得出多个子预测函数控制器的最终控制增量输出值。

为优化上述技术方案，采取的具体措施还包括：

上述的步骤(1)，所述子预测模型的控制量与被控量分别为主蒸汽阀门开度增量与输出功率增量。

上述的步骤(1)，所述筛选获得子预测函数控制器的内部模型，具体为：

分别在30％、40％额定负荷以及对应滑压设定值前提下进行不同阀位点的阶跃响应试验，所述阀位点的试验区间为最低阀位到全开，在该区间内对阀门进行5％阀门开度增量试验；