[发明专利]一种具有强鲁棒性的燃煤机组汽包锅炉水位控制方法

说明书

本发明公开了一种具有强鲁棒性的燃煤机组汽包锅炉水位控制方法，包括以下步骤：将已知燃煤机组汽包锅炉给水系统的传递函数模型等效转换为状态空间模型；设定控制目标并定义滤波误差；确定给水系统动态不确定性的边界；设计具有强鲁棒性且能抑制控制振颤的控制律。针对参数不匹配和运行环境变化的情况，本发明能够克服现有模型中的不确定性，增强控制系统的鲁棒性，具有抗干扰能力，在保证安全生产的同时尽可能提高控制效果，进而提高生产效率，提高发电厂利润。

技术领域

本发明属于控制和能源领域，尤其涉及一种具有强鲁棒性的燃煤机组汽包锅炉水位控制方法。

背景技术

近年来，能源问题已成为世界各国所需讨论解决的首要难题，世界各个国家及组织积极开展探究新型替代能源的技术。其中，可再生能源以其可再生、无污染的特点受到了高度重视。随着新能源技术的发展，多种新型能源的并入电网，能源形式不再局限于电能，而是电能、天然气能、石油能等多种能源形式的结合，然而，随着多种能源并入电网带来的挑战增多，传统燃煤机组的调节能力需要提高，因此需要开发性能更好的控制方法控制燃煤机组。

在燃煤机组中，对于锅炉汽包，水位直接影响蒸汽的压力和温度，是锅炉运行安全的重要指标。锅炉汽包水位是判断锅炉水-汽物质是否平衡的标志，水位过高会导致蒸汽带水进入过热器，并在过热器内结垢，影响传热效率；水位过低会降低水冷壁水循环的效果，严重时会导致局部过热而爆管。因此，需要提高对锅炉汽包水位的控制效果。针对汽包锅炉的水位控制，许多学者对PID控制方法进行了多种类型的改进，取得了一定的效果，但是所达到的精度不高，且没有理论依据。但由于建模技术的限制，现有模型存在不确定性和为建模动态，这造成了控制的困难。

在控制理论中，针对不确定性和为建模动态，滑模控制算法是一种鲁棒控制方法，在机理模型参数具有不确定性且不确定程度的边界已知时，可以采用滑模控制算法以提高整个控制系统的鲁棒性，增强控制系统抗干扰能力。该控制方法关键在于，控制律中可以抵消被控对象的为未知部分。但是传统的滑模控制会带来控制振颤问题，甚至会导致激活高频未建模动态，导致控制系统崩溃，因此需要合理改进控制律，抑制控制振颤，而又不对控制效果造成严重负面影响。

发明内容

在能源互联网中，能量的形式不再局限于电能，而是电能、天然气能、石油能等多种能源形式的结合，天然气能由于其高效、清洁等特点，具有良好的发展前景，同时在发电形式中，风力、光伏发电相较于传统的火力发电也有明显的优势。在我国，仍然是以火力发电为主，虽然现在已经可以充分利用风能、天然气能等代替一部分火力发电，获得更大的经济收益以及环境收益。但是，大量新能源接入电网对燃煤机组的调节能力有了新的挑战。考虑燃煤机组锅炉汽包水位的控制在系统动态不确定性越低的时候滑模控制的效果越好，因此本发明采用滑模控制方法，通过设计滑模面，设计滑模边界层的更新律，在具有不确定性的情况下达到良好的控制效果。滑模控制的步骤清晰，能对抗系统不确定性，鲁棒性能好。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：一种具有强鲁棒性的燃煤机组汽包锅炉水位控制方法，该方法包括以下步骤：

(1)对于已知的燃煤机组汽包锅炉给水系统控制模型，将其传递函数模型等效转换为状态空间模型，表示为：

其中，y为输出变量，即汽包水位高度，y⁽ⁿ⁾为y的n阶导数，u为控制输入变量，即给水量，为状态变量，和是具有不确定性的以为自变量的函数；

根据燃煤机组汽包锅炉给水系统的实际模型，将状态空间模型写成如下形式：

其中，δ为控制增益，以y和为自变量的函数。

(2)设定控制目标为实际水位y跟踪期望水位y_d(期望水位y_d是随时间变化的)，即水位高度的跟踪误差趋于0；

为了便于设计控制律，定义滤波误差s(y；t)：