[发明专利]燃气轮机负荷调节性能的多变量受限广义预测控制方法

摘要

本发明公开了一种燃气轮机负荷调节性能的多变量受限广义预测控制方法，包括1）建立被控对象模型；2）确定预测时域长度、控制时域长度、采样时间、误差权重矩阵、控制加权矩阵；3）由被控对象的传递函数模型离散化成CARIMA模型；4）根据当前时刻的燃气轮机的燃料阀、汽轮机入口调节阀开度的约束条，得到燃料阀、汽轮机入口调节阀两阀的实际开度；5）控制联合循环机组的实发功率和汽轮机主蒸汽压力的变化。本发明将广义预测控制算法策略引入燃气蒸汽联合循环机组负荷控制系统，使机组实发功率能够尽快地跟踪AGC指令，达到新制定的考核标准要求，同时减缓汽轮机主蒸汽压力波动幅度，提高供热蒸汽品质，具有良好的应用前景。

主权项

一种燃气轮机负荷调节性能的多变量受限广义预测控制方法，其特征在于：包括以下步骤，步骤(1)，建立以燃气轮机的燃料阀开度、汽轮机入口调节阀开度为输入，机组实发功率、汽机主蒸汽压力为输出的2×2矩阵的被控对象模型；步骤(2)，根据建立的被控对象的纯延迟时间，确定预测时域长度Np，控制时域长度M，采样时间Ts，误差权重矩阵Q、控制加权矩阵R为2×2的对角矩阵；步骤(3)，由被控对象的传递函数模型离散化成CARIMA模型，如公式(1)所示，A1(z-1)PW(k)=B11(z-1)U1(k)+B12(z-1)U2(k)+ξ1(k)A2(z-1)TP(k)=B21(z-1)U1(k)+B22(z-1)U2(k)+ξ2(k)---(1),]]>其中，分别为PW(k)、TP(k)的系数，i＝1或2，i＝1表示燃气轮机燃料阀，i＝2表示汽轮机入口调节阀；分别为U1(k)、U2(k)的系数，i,k＝1或2；ξi(k)为零均值的白噪声，i＝1或2；ai,j、bi,k,j分别为Ai(z‑1)、Bi,k(z‑1)多项式中z‑j的系数；nai、nbi,k分别为多项式Ai(z‑1)、Bi,k(z‑1)的阶次；U1(k)为燃气轮机燃料阀开度，U2(k)为汽轮机入口调节阀开度；PW(k)为机组实发功率；TP(k)为汽机主蒸汽压力；根据公式(1)及无约束广义预测控制算法，计算得到燃气轮机的开度增量ΔU，开度增量ΔU包括燃料阀开度增量ΔU1、汽轮机入口调节阀开度增量ΔU2，具体计算如下，ΔU＝[GTQG+R]‑1GTQ[Yr‑H]其中，GT为中间推导变量矩阵的转置矩阵、G为中间推导变量矩阵、Yr为参考轨迹向量、H为信息矩阵；步骤(4)，根据当前时刻的燃气轮机的燃料阀、汽轮机入口调节阀开度的约束条件，根据公式(2)，对燃气轮机燃料阀、汽轮机入口调节阀开度进行限速处理，Ui(k)=Ui(k-1)+ΔUi,min(ΔUi(k)≤ΔUi,min)Ui(k)(ΔUi,min<ΔUi(k)<ΔUi,max)Ui(k-1)+ΔUi,max(ΔUi(k)≥ΔUi,max)---(2)]]>其中，i＝1,2；i＝1表示燃气轮机燃料阀，i＝2表示汽轮机入口调节阀；ΔUi(k)为对应阀门开度的增量，ΔUi,min为对应阀门的开度变化速率的下限，ΔUi,max为对应阀门的开度变化速率的上限；根据公式(3)，对燃气轮机燃料阀、汽轮机入口调节阀开度进行限幅处理，Ui(k)=Ui,min(Ui(k)≤Ui,min)Ui(k)(Ui,min<Ui(k)<Ui,max)Ui,max(Ui(k)≥Ui,max)---(3)]]>其中，Ui(k)为燃气轮机的燃料阀或汽轮机入口调节阀的开度，i＝1,2；i＝1表示燃气轮机燃料阀，i＝2表示汽轮机入口调节阀；Ui,min为对应阀门开度的下限，Ui,max为对应阀门开度的上限；根据公式(2)、公式(3)的限速处理、限幅处理，计算燃料阀、汽轮机入口调节阀两阀的实际开度；步骤(5)，根据燃料阀、汽轮机入口调节阀两阀的实际开度，输入步骤(1)的被控对象模型，控制联合循环机组的实发功率和汽轮机主蒸汽压力的变化。