[发明专利]压水堆核电站主蒸汽压力模型预测控制方法

说明书

本发明涉及一种压水堆核电站主蒸汽压力模型预测控制方法，建立预测模型，根据被控对象的历史信息和未来输入信息，预测系统的未来输出响应；增加通过实际输出对基于模型的预测输出进行修正并进行新的优化；通过某一性能指标的最优化求解未来有限时刻的最优控制率获得实时控制率。本发明方法比传统的PID控制算法的控制效果更明显。对主蒸汽压力控制具有很高的实用价值，具有基于模型对未来进行控制的优点，可以提高机组的控制水平。

技术领域

本发明涉及一种控制技术，特别涉及一种压水堆核电站主蒸汽压力模型预测控制方法。

背景技术

现代社会随着经济发展和能源消耗，传统的化石能源造成的污染以及其自身的枯竭问题已经不可避免，核电是安全、清洁和高效的能源。核电的发电成本由运行费、基建费和燃料费三部分组成。虽然其基建费高于火电,但核电站运行可靠,燃料费要比火电低得多,折算到每度电的发电成本,核电低于火电约15％～50％。核电具有不排放CO2温室气体、不污染环境的优势,有原料供应、价格稳定和电厂运行安全的优点。建设核电已成为解决世界能源短缺的最佳选择。

系统辨识是控制系统设计的基础，大部分实际的控制对象无法从机理上得到描述其动态特性的传递函数，但可以通过给系统施加特定的输入信号，通过观察响应曲线来获取动态信息。利用这些动态信息和相应的辨识方法就能得到系统的传递函数，进而通过控制器的设计，来提高系统的响应速度。

进入本世纪以来,随着科学技术的进步和人类社会的发展,人们对控制提出了越来越高的要求,不再满足于传统的镇定设计,而希望控制系统能通过优化获得更好的性能.但在同时,优化受到了更多因素的制约,除了传统执行机构等物理条件的约束外,还要考虑各种工艺性、安全性、经济性(质量、能耗等)和社会性(环保、城市治理等)指标的约束,这两方面的因素对复杂系统的约束优化控制提出了新的挑战。

模型预测控制(Model predictive control,MPC)从上世纪70年代问世以来,已经从最初在工业过程中应用的启发式控制算法发展成为一个具有丰富理论和实践内容的新的学科分支.预测控制针对的是有优化需求的控制问题,30多年来预测控制在复杂工业过程中所取得的成功,已充分显现出其处理复杂约束优化控制问题的巨大潜力。

发明内容

针对系统控制优化受到了诸多因素制约的问题，提出了一种压水堆核电站主蒸汽压力模型预测控制方法，能够在保证系统稳定的基础上，具有响应速度快，稳定性好的特点。

本发明的技术方案为：一种压水堆核电站主蒸汽压力模型预测控制方法，系统设定主蒸汽压力输出y_d和k时刻实际主蒸汽压力输出y(k)送入参考轨迹环节，输出下一个k+1时刻的轨迹y_r(k+1)，与反馈校正后下一个k+1时刻的输出y_p(k+1)作差后送入滚动优化进行目标函数计算，输出最优控制u到控制对象和预测模型中，控制对象输出实际主蒸汽压力输出，而预测模型输出下一时刻预测输出y_m(k+1)，下一时刻预测输出y_m(k+1)以及实时输出y(k)与预测输出y_m(k)之差送反馈校正，反馈校正输出y_p(k+1)。

优选的，所述预测模型根据被控对象的历史信息和未来输入信息，预测系统的未来输出响应，预测模型为其中u(k)为k时刻最优控制信号；有限脉冲响应h^T＝{h₁，h₂，…，h_i，…，h_N}，对被控对象施加一个单位脉冲信号，经过该被控对象传递函数后的输出信号离散化为h^T，N为预测模型建模时域。

优选的，所述反馈校正输出y_P(k+1)＝y_m(k+1)+[y(k)-y_m(k)]。

优选的，所述参考轨迹使用一阶指数变化形式：其中T_s为采样周期；T为参考轨迹的时间常数。