一種電站鍋爐蒸汽溫度的全工況多步超前預(yù)測(cè)控制方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于鍋爐自動(dòng)控制技術(shù)領(lǐng)域，設(shè)及電站鍋爐蒸汽溫度的控制方法，尤其是 設(shè)及一種電站鍋爐蒸汽溫度的全工況多步超前預(yù)測(cè)控制方法，適用于火電機(jī)組的過(guò)熱汽溫 和再熱汽溫的自動(dòng)控制。
【背景技術(shù)】
[0002] 電站鍋爐蒸汽溫度控制是大型電站機(jī)組自動(dòng)化運(yùn)行的主要控制系統(tǒng)之一。然而常 規(guī)的蒸汽溫度串級(jí)PID控制方案，由于只是基于偏差消除偏差，屬于"事后控制"，缺乏對(duì)于 溫度參數(shù)發(fā)展的趨勢(shì)性預(yù)見，對(duì)于具有很大慣性和遲延的蒸汽溫度過(guò)程很難取得滿意的控 制效果。目前的鍋爐蒸汽溫度控制方法存在的另外一個(gè)重要問(wèn)題是缺乏考慮汽溫系統(tǒng)特性 隨機(jī)組運(yùn)行工況的變化。
[0003] 由上述分析可見，已有的鍋爐蒸汽溫度控制方法仍存在一定的局限性或缺陷。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題是：通過(guò)建立一種全工況的蒸汽溫度數(shù)學(xué)模型，提供 一種電站鍋爐蒸汽溫度全工況預(yù)測(cè)型PID控制方法，對(duì)溫度的多步超前預(yù)測(cè)達(dá)到"事前控 審IJ"的效果，克服大遲延、大慣性的本質(zhì)特性導(dǎo)致的鍋爐蒸汽溫度控制滯后的問(wèn)題，同時(shí)克 服蒸汽溫度系統(tǒng)特性隨機(jī)組負(fù)荷時(shí)變而導(dǎo)致的控制性能隨機(jī)組負(fù)荷蟻?zhàn)兊膯?wèn)題。 陽(yáng)0化]本發(fā)明解決技術(shù)問(wèn)題所采用的技術(shù)方案包括如下步驟：
[0006] 步驟1.W機(jī)組負(fù)荷X為變量，通過(guò)特性測(cè)試得到鍋爐蒸汽溫度過(guò)程的全工況模 型；
[0007] 進(jìn)一步的，所述步驟1中的鍋爐蒸汽溫度過(guò)程的全工況模型包括噴水閥開度 U(% )-導(dǎo)前汽溫qrC)模型Gm,。。和導(dǎo)前汽溫qrC)-出口汽溫yrC)模型Gm,yq，兩個(gè)模 型均是W機(jī)組負(fù)荷X為變量的時(shí)變模型，其中模型Gm,q。的公式（1)如下：
[0008] q(t)+c(x)q(t-l) =d(x)u(t-l) (1)
[0009] 模型Gm,yq的公式似如下：
[0010]
(2)
[0011] 其中，t表示當(dāng)前采樣控制時(shí)刻； 陽(yáng)〇1引 X表示機(jī)組負(fù)荷；
[0013]P表示導(dǎo)前汽溫q(t)變化到出口汽溫y(t)變化的純遲延時(shí)間； 陽(yáng)014]q(t)、q(t-l)、q(t-j-p)分別表示在t、t-1、t-j-p采樣控制時(shí)刻的導(dǎo)前汽溫；
[0015] u(t-l)表示在t-1采樣控制時(shí)刻的噴水閥開度；
[0016] y(t)、y(t-i)分別表示在t、t-i采樣控制時(shí)刻的出口汽溫；
[0017] C(X)、d(x)、a; (X)、bj(X)均為機(jī)組負(fù)荷X的二次多項(xiàng)式，即C(X)=
b.iiX+ \(j二].，2)，其中，C2、Cl、c。為導(dǎo)前汽溫模型的自回歸部分控制系數(shù)，cU、di、d。為導(dǎo) 前汽溫模型的滑動(dòng)平均部分控制系數(shù)，3b·ail、aiu為出口汽溫模型的自回歸部分控制系 數(shù)Λζ、％1、為出口汽溫模型的滑動(dòng)平均部分控制系數(shù)。
[001引步驟2.根據(jù)當(dāng)前采樣控制時(shí)刻t的機(jī)組負(fù)荷X和全工況模型，通過(guò)進(jìn)行在線采 樣的鍋爐蒸汽溫度的多步超前預(yù)測(cè)，計(jì)算得到當(dāng)前采樣控制時(shí)刻t的鍋爐蒸汽溫度預(yù)測(cè)值 y(t)；
[0019] 所述步驟2中進(jìn)行在線采樣的鍋爐蒸汽溫度的多步超前預(yù)測(cè)的具體操作如下：
[0020] 所述多步超前預(yù)測(cè)的預(yù)測(cè)步數(shù)與純遲延P有關(guān)，即當(dāng)預(yù)測(cè)步數(shù)為P時(shí)，公式似經(jīng) 變形得到如下預(yù)測(cè)公式（3):
(扣
[0022] 當(dāng)預(yù)測(cè)步數(shù)為P+1時(shí)，公式（2)經(jīng)變形得到如下預(yù)測(cè)公式（4):
[0023]
(4)
[0024] 如此繼續(xù)，直到進(jìn)行完P(guān)巧步預(yù)測(cè)，預(yù)測(cè)步數(shù)為P巧時(shí)，公式似經(jīng)變形得到如下 預(yù)測(cè)公式巧）：
[0027] 步驟3.當(dāng)前機(jī)組工況的內(nèi)回路控制器采用比例積分（PI)控制，當(dāng)前機(jī)組工況的 外回路控制器采用比例積分微分（PID)控制，根據(jù)當(dāng)前采樣控制時(shí)刻t的機(jī)組負(fù)荷X和全 工況模型，確定適應(yīng)于當(dāng)前機(jī)組工況的內(nèi)回路PI控制器參數(shù)和外回路PID控制器參數(shù)；
[00測(cè)所述步驟3中，當(dāng)前機(jī)組工況的內(nèi)回路控制器采用比例積分的）控制，當(dāng)前機(jī)組 工況的外回路控制器采用比例積分微分（PID)控制，根據(jù)模型Gm,。。計(jì)算內(nèi)回路PI控制器參 數(shù)喝'巧!W的公式分別如下公式化）~（7):
[0031] 其中，f。是用于調(diào)整控制性能的內(nèi)回路濾波器系數(shù)，取值范圍0. 3~0. 7 ;
[0032] 根據(jù)模型計(jì)算外回路PID控制器參數(shù)Kf、Kf、K-的公式分別如下公式 做~（10):
[0036] 其中f；是用于調(diào)整控制性能的外回路濾波器系數(shù)，取值范圍0. 3~0. 7。
[0037] 步驟4.計(jì)算鍋爐蒸汽溫度的設(shè)定值yf與步驟2中的鍋爐蒸汽溫度預(yù)測(cè)值y(t)之 間的差值，即出口汽溫誤差，將所述出口汽溫誤差和所述步驟3中外回路PID控制器參數(shù)帶 入計(jì)算控制增量的離散形式的PID算式中，求得當(dāng)前采樣控制時(shí)刻t的內(nèi)回路的導(dǎo)前汽溫 調(diào)整后的設(shè)定值qr(t);
[0038] 在所述步驟4中，將鍋爐蒸汽溫度的設(shè)定值yf與步驟2中的鍋爐蒸汽溫度預(yù)測(cè)值 y(t)之間的差值W及對(duì)應(yīng)的外回路PID控制器參數(shù)輝、畔、畔代入控制增量的離散形 式的PID算式，得到公式（11):
[0039]
W40] 其中，Δqt(t)為當(dāng)前采樣時(shí)刻t導(dǎo)前汽溫的增量；
[0041] y(t+p巧）、y(t+p+1)、y(t+p)分別為鍋爐蒸汽溫度在t+p巧、t+p+1、t+p時(shí)刻的預(yù) 測(cè)值；
[0042]將公式（11)代入如下公式（12)，得到當(dāng)前采樣控制時(shí)刻t的內(nèi)回路的導(dǎo)前汽溫調(diào) 整后的設(shè)定值qr(t):
[0043] q,(t) =q,(t-l) +Aq^(t) (12) W44] 其中，屯(t)和AqrU)分別表示當(dāng)前采樣時(shí)刻t導(dǎo)前汽溫調(diào)整后的設(shè)定值及其增 量；表示表示前一采樣時(shí)刻t-1導(dǎo)前汽溫調(diào)整后的設(shè)定值。
[0045] 步驟5.計(jì)算所述步驟4中內(nèi)回路的導(dǎo)前汽溫調(diào)整后的設(shè)定值qr(t)與內(nèi)回路導(dǎo) 前汽溫測(cè)量值q(t)之間的差值，即導(dǎo)前汽溫誤差，將所述導(dǎo)前汽溫誤差和所述步驟3中內(nèi) 回路PI控制器參數(shù)帶入計(jì)算控制增量的離散形式的PID算式中，求得當(dāng)前采樣控制時(shí)刻t 的噴水閥開度u(t);
[0046] 在所述步驟5中，將步驟4中內(nèi)回路的導(dǎo)前汽溫調(diào)整后的設(shè)定值qr(t)與內(nèi)回路 導(dǎo)前汽溫測(cè)量值q(t)之間的差值W及對(duì)應(yīng)的內(nèi)回路PI控制器參數(shù)K?和於I代入控制增量 的離散形式的PID算式，得到公式（13): 陽(yáng)047] Au(t) =K引qr拍-q(t)] + 巧如(t-；〇 -q(t-：[.)] (13) 引其中，Δu(t)為當(dāng)前采樣控制時(shí)刻t噴水閥開度的增量； W例將公式（1如代入如下公式（14)，得到當(dāng)前采樣控制時(shí)刻t噴水閥開度的值u(t):
[0050] u(t) =u(t-l) +Au(t) (14)
[0051] 所述噴水閥開度u(t)利用控制噴水減溫來(lái)控制鍋爐蒸汽溫度。
[0052] 步驟6.返回步驟2繼續(xù)進(jìn)行下一步在線采樣的多步超前預(yù)測(cè)，依次持續(xù)控制。進(jìn) 一步的，采用工業(yè)常用的比例系數(shù)Κρ、積分系數(shù)Ki和微分系數(shù)Kd，所述控制增量的離散形式 的PID算式如下式（15)所示：
[0053] Az(t) =Kpe(t)+Ki[e(t)-e(t-l)]+Kd[e(t)-2e(t-l)+e(t-2)] (15)；
[0054] 化簡(jiǎn)后等效為：Δz(t) =Kie(t) +Κ2θ(t-1) +氏6 (t-2) (16); 陽(yáng)化5]其中，Κι=Kp+Ki+Kd，K2=Ki-2Kd，K3=Kd;
[0056] 其中，Az(t)為控制增量；所述Az(t)在步驟4中指Aqr(t)，在步驟5中指 Au(t)；
[0057]e(t)為誤差，在所述步驟4中指所述鍋爐蒸汽溫度的設(shè)定值yf與步驟2中的鍋爐 蒸汽溫度預(yù)測(cè)值y(t)之間的差值；在步驟5中指所述步驟4中內(nèi)回路的導(dǎo)前汽溫調(diào)整后的 設(shè)定值qf(t)與內(nèi)回路導(dǎo)前汽溫測(cè)量值q(t)之間的差值。
[0058] 本發(fā)明的有益效果：通過(guò)鍋爐蒸汽溫度的多步超前預(yù)測(cè)實(shí)現(xiàn)溫度的"事前控制"， 克服大遲延、大慣性的本質(zhì)特性導(dǎo)致的鍋爐蒸汽溫度控制滯后的問(wèn)題，全工況模型的建立 和使用，可W克服蒸汽溫度系統(tǒng)特性隨機(jī)組負(fù)荷時(shí)變而導(dǎo)致的控制性能隨機(jī)組負(fù)荷蟻?zhàn)兊?問(wèn)題，從而提高鍋爐蒸汽溫度的控制效果，使得機(jī)組運(yùn)行更高效、更安全。
【具體實(shí)施方式】
[0059] 下面將結(jié)合具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)的說(shuō)明。
[0060] 步驟1.W機(jī)組負(fù)荷X為變量，通過(guò)特性測(cè)試得到鍋爐蒸汽溫度過(guò)程的全工況模 型；
[0061] 進(jìn)一步的，所述步驟1中的鍋爐蒸汽溫度過(guò)程的全工況模型包括噴水閥開度 U(% )-導(dǎo)前汽溫qrC)模型Gm,。。和導(dǎo)前汽溫qrC)-出口汽溫yrC)模型Gm,yq，兩個(gè)模 型均是W機(jī)組負(fù)荷X為變量的時(shí)變模型，其中模型Gm,q。的公式（1)如下：
[0062] q(t)+c(x)q(t-l) =d(x)u(t-l) (1)
[0063] 模型Gm,yq的公式似如下：
[0064]
陽(yáng)0化]其中，t表示當(dāng)前采樣控制時(shí)刻； 陽(yáng)066] X表示機(jī)組負(fù)荷；
[0067]P表示導(dǎo)前汽溫q(t)變化到出口汽溫y(t)變化的純遲延時(shí)間； W側(cè)q(t)、q(t-l)、q(t-j-p)分別表示在t、t-1、t-j-p采樣控制時(shí)刻的導(dǎo)前汽溫；
[0069] U(t-1)表示在t-1采樣控制時(shí)刻的噴水閥開度；
[0070]y(t)、y(t-i)分別表示在t、t-i采樣控制時(shí)刻的出口汽溫；
[0071]C(X)、d(x)、a; (X)、bj(X)均為機(jī)組負(fù)荷X的二次多項(xiàng)式，即C(X)=
= 1，碟其中，Cl、Cl、C。為導(dǎo)前汽溫模型的自回歸部分控制系數(shù)，d2、di、d。為導(dǎo) 前汽溫模型的滑動(dòng)平均部分控制系數(shù)，3i2、ail、3i〇為出口汽溫模型的自回歸部分控制系 數(shù)，biz、\、bj。為出口汽溫模型的滑動(dòng)平均部分控制系數(shù)。
[0072] 步驟2.根據(jù)當(dāng)前采樣控制時(shí)刻t的機(jī)組負(fù)荷X和全工況模型，通過(guò)進(jìn)行在線采 樣的鍋爐蒸汽溫度的多步超前預(yù)測(cè)，計(jì)算得到當(dāng)前采樣控制時(shí)刻t的鍋爐蒸汽溫度預(yù)測(cè)值 y(t)；
[0073] 所述步驟2中進(jìn)行在線采樣的鍋爐蒸汽溫度的多步超前預(yù)測(cè)的具體操作如下：
[0074] 所述多步超前預(yù)測(cè)的預(yù)測(cè)步數(shù)與純遲延P有關(guān)，即當(dāng)預(yù)測(cè)步數(shù)為P時(shí)，公式似經(jīng) 變形得到如下預(yù)測(cè)公式（3): 陽(yáng)0巧]
(3)
[0076] 當(dāng)預(yù)測(cè)步數(shù)為P+1時(shí)，公式（2)經(jīng)變形得到如下預(yù)測(cè)公式（4):
[0077]
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