[发明专利]一种火电机组协调系统全局非线性优化控制方法

权利要求书

1.一种火电机组协调系统全局非线性优化控制方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤S1：根据火电机组协调系统非线性模型建立典型工况点上局部线性化子模型M_i；

步骤S2：对电网负荷指令N_e进行模糊逻辑推理获得预测模型M；

步骤S3：基于增量型扩展状态空间模型预测控制算法计算控制作用增量Δu；

步骤S4：满足系统控制作用的幅值和速率约束条件后得到实际控制指令u；

所述步骤S1中子模型M_i为离散状态空间模型，M_i具体表示为：

x(k+1)＝A_i·x(k)+B_i·u(k)

y(k)＝C_i·x(k)

i＝1,2,…,m,

其中，u表示输入控制量，x表示状态量，y表示输出被调量，k表示离散时刻，m表示典型工况数，A_i,B_i,C_i表示工况i的系统参数矩阵；

所述步骤S2中预测模型M是根据模糊逻辑推理计算得到的，M具体表示为：

x(k+1)＝A·x(k)+B·u(k)

y(k)＝C·x(k)

其中，μ_i表示当前电网负荷指令N_e隶属于工况i的程度，即隶属度；

所述步骤S3中控制作用增量Δu采用增量型扩展状态空间模型预测控制算法求取，具体过程包括：

(1)选用增量型扩展状态空间模型作为预测模型，具体表示为：

其中，O为零矩阵，I为单位矩阵；

(2)根据预测模型预测多步输出，具体表示为：

其中，N_p为预测步长；

(3)利用卡尔曼滤波估计状态具体表示为：

其中，为后验状态估计值，x_e(k)为先验状态估计值，K_k为卡尔曼增益矩阵，P_k为估计误差协方差矩阵，Q_k为激励噪声协方差矩阵，R_k为测量噪声协方差矩阵；

(4)利用目标函数计算最优控制增量Δu，具体表示为：

设参考轨迹为：

其中，w(k+j)表示j时刻输出被调量的设定值；

目标函数为：

其中，Q为输出误差加权系数矩阵，R为控制增量变化量加权系数矩阵；

根据最小二乘法则，可得如下控制规律：

取前N_c项为最优控制增量Δu，N_c为控制步长。

2.根据权利要求1所述的一种火电机组协调系统全局非线性优化控制方法，其特征在于：所述步骤S4中约束条件有控制作用幅值和变化速率的限制，实际控制指令u(k)具体表示如下：

其中，Δu_min是控制作用变化速率下限，Δu_max是控制作用变化速率上限，u_min是控制作用幅值下限，u_max是控制作用幅值上限。

3.根据权利要求2所述的一种火电机组协调系统全局非线性优化控制方法，其特征在于：所述实际控制指令u(k)通过滚动优化进行不断更新，滚动优化的方法为：将当前时刻k的控制量u(k)传送给被控对象实施控制作用，再以k+1时刻为基点进行下一时刻的最优控制量计算。