本發(fā)明涉及火電機組對象控制，具體地說是一種火電機組汽溫預測函數(shù)控制簡化方法及其應用。

背景技術：

大型火電機組系統(tǒng)對象具有大遲延、大慣性和時變性，目前廣泛采用串級PID和導前微分控制等，難以取得滿意的控制效果。針對火電廠系統(tǒng)對象的先進控制策略應用的研究層出不窮，模型預測控制在系統(tǒng)對象控制的應用研究取得了豐碩的成果。常規(guī)的預測函數(shù)控制結構較為復雜，需要采用指數(shù)系數(shù)的形式進行控制，參數(shù)調整不方便，且在工程應用中也不利于提高預測函數(shù)控制系統(tǒng)的控制品質。

為提高預測函數(shù)控制系統(tǒng)的控制品質，保證機組的安全、高效運行，需要設計出性能優(yōu)異的預測函數(shù)控制系統(tǒng)，因此預測函數(shù)控制簡化方法及工程應用對于預測控制系統(tǒng)具有重要的實踐意義。

技術實現(xiàn)要素：

本發(fā)明所要解決的技術問題是克服上述現(xiàn)有技術存在的缺陷，提供一種火電機組汽溫預測函數(shù)控制簡化方法，以提高預測函數(shù)控制系統(tǒng)的控制品質。

為此，本發(fā)明采用如下的技術方案：火電機組預測函數(shù)控制簡化方法，其特征在于，在常規(guī)PFC最優(yōu)控制律的基礎上，將指數(shù)系數(shù)簡化為乘數(shù)系數(shù)，將預測時域優(yōu)化長度簡化為預測調整系數(shù)，將修正后的被控對象輸出簡化為實際被控對象輸出。

當系統(tǒng)對象含有純遲延時，常規(guī)PFC控制律對系統(tǒng)對象輸出進行修正，本發(fā)明進行簡化，不進行修正，仍采用實際對象輸出。

基于本發(fā)明簡化方法設計出的PFC控制系統(tǒng)結構簡單，參數(shù)調整方便，能夠更好的適應工況需求，提高了控制品質。

進一步地，預測函數(shù)控制所用的預測模型選用一階加遲延對象，即為：

式中，K_m為模型增益，T_m為模型慣性時間，T_d為模型純遲延時間，s為積分因子；

當采用階躍函數(shù)時有：

u(k+i)＝u(k),i＝1,2...P-1，

上式中，k表示采樣時刻，P表示預測時域步長；

若采樣周期為T_s，設D＝T_d/T_s，得如下表達式：

y_pav(k)＝y(tǒng)(k)+y_m(k)-y_m(k-D)，

上式中，y為實際被控量，y_m為模型輸出，y_pav為修正后被控量；

對象為一階加純滯后的PFC的優(yōu)化控制律為：

上式中，c為設定值，T_R為參考軌跡時間常數(shù)，p為預測時域優(yōu)化長度，為指數(shù)系數(shù)，u為優(yōu)化控制量；

將上式中的優(yōu)化控制律簡化為如下形式：

上式中，b為參考軌跡預測調整系數(shù)，a為控制預測調整系數(shù)，均為乘數(shù)系數(shù)，y(k)為實際被控對象的輸出。

將上述火電機組預測函數(shù)控制簡化方法應用于串級控制系統(tǒng)，形成增量式PFC串級控制工程應用算法，其設計過程包括信號的增量式處理、設計簡化PFC控制回路、抗積分飽和的處理和無擾跟蹤，簡化PFC控制回路即為應用所述預測函數(shù)控制簡化方法的控制回路。工程實踐證明了該工程應用算法的優(yōu)良性能。

本發(fā)明具有以下有益效果：保證了預測函數(shù)控制系統(tǒng)具有較強的魯棒性；提高了預測函數(shù)控制系統(tǒng)的控制品質；機組在擾動狀態(tài)(尤其是磨組啟停過程)時預測函數(shù)控制系統(tǒng)能夠處于自動調節(jié)狀態(tài)，波動幅度減小，大幅減少了運行工作量。

附圖說明

圖1為簡化PFC串級控制系統(tǒng)原理圖(圖中，c為設定值，y_r為設定值參考軌跡，u為優(yōu)化控制量，y₀為導前溫度，y為出口汽溫，y_m為模型輸出)。

圖2為本發(fā)明的控制效果圖(圖中，A為溫度響應曲線，B為負荷曲線，C為閥門開度曲線)。

圖3為常規(guī)方法控制效果圖(圖中，A為溫度響應曲線，B為負荷曲線，C為閥門開度曲線)。

具體實施方式

下面結合說明書附圖和具體實施方式對本發(fā)明作進一步說明。

一、預測函數(shù)控制簡化方法

針對工業(yè)中典型一階加純遲延對象，預測函數(shù)控制器的預測模型選為一階加遲延對象即

當采用階躍函數(shù)時有

u(k+i)＝u(k),i＝1,2...P-1 (2)

若采樣周期為T_s，設D＝T_d/T_s，可得如下表達式：

y_pav(k)＝y(tǒng)(k)+y_m(k)-y_m(k-D) (3)

對象為一階加純滯后的PFC的控制輸出為

在上式中，T_R為參考軌跡時間常數(shù)，p為預測時域優(yōu)化長度，為指數(shù)系數(shù)。

本發(fā)明將(4)式中優(yōu)化控制律簡化為如下形式：

在式(5)中，b為參考軌跡預測調整系數(shù)，a為控制預測調整系數(shù)，均為乘數(shù)系數(shù)，y(k)為實際被控對象的輸出。在調整控制系統(tǒng)品質時，只需調整預測調整系數(shù)a和b，便可獲得良好的控制品質。

二、簡化PFC串級控制系統(tǒng)設計

在PFC控制算法應用于工程時，首先需要將輸入信號進行增量式處理，再根據式(5)設計PFC簡化控制算法；對于串級控制系統(tǒng)還需要設計抗積分飽和回路以及一些無擾跟蹤回路等，具體的系統(tǒng)原理圖如圖1所示。

在圖1中，給出了簡化PFC串級算法的設計結構形式，具體設計步驟如下：

1)被控對象的模型獲取

一般采取特性試驗的方法來獲取對象的數(shù)學模型，因為采取的是串級控制系統(tǒng)，對象數(shù)學模型是包含整個內回路的廣義對象，一般獲得的模型結構為一階加遲延的形式，如式(6)所示：

模型中的參數(shù)為K_m、T_m和T_d。

2)參數(shù)計算

按照公式(5)計算最優(yōu)控制律，其中需要計算參數(shù)α_m和β，首先需要選取采樣周期T_s，對象慣性和遲延越大，可選取的采樣周期越大，對于汽溫控制系統(tǒng)一般采樣周期選在4-6秒之間；其次需要選定參考軌跡時間常數(shù)，一般選在10-20秒之間。選定采樣周期T_s后，按照如下公式計算參數(shù)α_m和β：

3)預測調整系數(shù)整定

按照公式(5)計算最優(yōu)控制律，需要整定參考軌跡預測調整系數(shù)b和控制預測調整系數(shù)a。通過現(xiàn)場階躍擾動試驗可以進行控制器參數(shù)調整，當參考軌跡預測調整系數(shù)b過大時，系統(tǒng)響應變快但是會出現(xiàn)系統(tǒng)震蕩或不穩(wěn)定的現(xiàn)象，當b過小時系統(tǒng)響應變慢；當控制預測調整系數(shù)a過大時，系統(tǒng)響應變慢但是魯棒性增大，當a過小時系統(tǒng)響應變快但是魯棒性較差。

三、實際應用

將本發(fā)明應用于某電廠1000MW超超臨界機組中，當負荷指令按10MW/min速率變化，機組處于AGC狀態(tài)時，獲得的主汽溫響應曲線如圖2所示。

在圖2中，實際負荷由500MW變化到720MW，主汽溫度控制在在+2/-2℃以內，而且整個AGC過程主汽溫度比較平穩(wěn)。

為獲得對比效果，按常規(guī)方法，當負荷指令按10MW/min速率變化時，機組處于AGC狀態(tài)時，獲得的主汽溫響應曲線如圖3所示。

在圖3中，實際負荷由705MW變化到500MW，主汽溫度控制在+8/-6℃左右，而且整個AGC過程主汽溫度波動幅度較大，影響到了機組的穩(wěn)定運行。