本申請涉及熱能與動力工程領(lǐng)域，尤其涉及一種循環(huán)流化床機組協(xié)調(diào)控制方法。

背景技術(shù)：

循環(huán)流化床機組的協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)包括循環(huán)流化床機組負荷控制系統(tǒng)和汽輪機主蒸汽壓力控制系統(tǒng)，該系統(tǒng)具有大慣性、大滯后與非線性等特點。傳統(tǒng)的循環(huán)流化床機組采用以常規(guī)比例積分微分控制器為基礎(chǔ)的DCS控制系統(tǒng)，但傳統(tǒng)分散式控制系統(tǒng)控制方法的控制效果較差，升、降負荷速率低，易出現(xiàn)主要參數(shù)大幅波動的現(xiàn)象，造成循環(huán)流化床機組的經(jīng)濟性與壽命顯著下降。

同時，對于循環(huán)流化床機組，常規(guī)的多變量預(yù)測協(xié)調(diào)控制方法較為復(fù)雜，再加上實際控制過程中存在約束條件，導(dǎo)致被控對象在計算過程中需要進行受限二次規(guī)劃的求解，計算量巨大且算法實時性較差，難以在工程應(yīng)用中實現(xiàn)。

因此，為提高循環(huán)流化床實發(fā)功率和汽輪機主蒸汽壓力的控制品質(zhì)，本申請針對循環(huán)流化床機組協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)，尤其針對基于多變量和多約束條件的循環(huán)流化機床組協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)，提出一種協(xié)調(diào)控制方法。該方法簡便、計算量小，并且易于在現(xiàn)有的商業(yè)控制系統(tǒng)軟硬件平臺上實施，具有廣闊的應(yīng)用前景。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本申請?zhí)峁┝艘环N循環(huán)流化床機組協(xié)調(diào)控制方法，以解決循環(huán)流化床機組協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)升、降負荷速率低，不穩(wěn)定且控制過程復(fù)雜的問題。

一種循環(huán)流化床機組協(xié)調(diào)控制方法，包括：

獲取循環(huán)流化床機組的被控對象的運行數(shù)據(jù)；

根據(jù)所述運行數(shù)據(jù)，建立循環(huán)流化床機組的被控對象函數(shù)模型；

根據(jù)所述被控對象函數(shù)模型，通過遞推算法計算所述被控對象的預(yù)測值；

根據(jù)所述被控對象的約束條件函數(shù)，對所述被控對象的預(yù)測值進行約束，得到所述被控對象的控制輸入值。

選地，所述被控對象函數(shù)模型的輸入為循環(huán)流化床機組燃料閥開度和汽輪機入口調(diào)節(jié)閥開度。

所述被控對象函數(shù)模型的輸出為循環(huán)流化床機組的實發(fā)功率和汽輪機主蒸汽壓力。

可選地，所述被控對象函數(shù)模型為2×2被控對象函數(shù)模型，所述2×2被控對象函數(shù)模型為：

其中，PW為循環(huán)流化床機組實發(fā)功率(MW)；TP為汽輪機主蒸汽壓力(MPa)；U₁為循環(huán)流化床燃料閥開度(％)；U₂為汽輪機入口調(diào)節(jié)閥開度(％)；G₁₁是以U₁為輸入、PW為輸出的傳遞函數(shù)；G₁₂是以U₂為輸入、PW為輸出的傳遞函數(shù)；G₂₁是以U₁為輸入、TP為輸出的傳遞函數(shù)；G₂₂是以U₂為輸入、TP為輸出的傳遞函數(shù)。

可選地，所述2×2被控對象函數(shù)模型為CARIMA模型，所述CARIMA模型為：

其中，PW(k)為循環(huán)流化床機組實發(fā)功率當前k時刻的實際值，TP(k)為汽輪機主蒸汽壓力當前k時刻的實際值；U₁(k)為當前k時刻循環(huán)流化床燃料閥門開度，U₂(k)為當前k時刻汽輪機入口調(diào)節(jié)閥門開度；a_i，j、b_{i，k，j}分別為A_i(z^-1)、B_i，k(z^-1)多項式中z^-j的系數(shù)，na_i、nb_i，k分別為多項式A_i(z^-1)、B_i，k(z^-1)的階次，i，k＝1，2；ξ_i(k)，i＝1，2為零均值的白噪聲；j為表達式的階次。

可選地，所述根據(jù)所述被控對象函數(shù)模型，通過遞推算法計算被控對象的預(yù)測值，包括：選取預(yù)測時域長度；根據(jù)所述被控對象函數(shù)模型，通過遞推算法獲得遞推公式；根據(jù)所述遞推公式，獲得被控對象預(yù)測值。

可選地，所述約束條件函數(shù)包括：

其中，i＝1，2；U_1，min為循環(huán)流化床燃料閥門開度的下限，U_2，min為汽輪機入口調(diào)節(jié)閥門開度的下限，U_1，max為循環(huán)流化床燃料閥門開度的上限，U_2，max為汽輪機入口調(diào)節(jié)閥門開度的上限，U₁(k)為當前k時刻循環(huán)流化床燃料閥門開度，U₂(k)為當前k時刻汽輪機入口調(diào)節(jié)閥門開度。

可選地，所述約束條件函數(shù)還包括：

其中，i＝1，2；ΔU_i(k)為當前計算閥門開度與上一時刻閥門開度之差，即ΔU_i(k)＝U_i(k)-U_i(k-1)；ΔU_i，min為閥門開度變化速率的下限，ΔU_i，max為閥門開度變化速率的上限。

本申請?zhí)峁┑募夹g(shù)方案包括以下有益技術(shù)效果：

本申請通過獲取循環(huán)流化床機組的被控對象的運行數(shù)據(jù)；建立循環(huán)流化床機組的被控對象函數(shù)模型；通過遞推算法計算所述被控對象的預(yù)測值；對所述被控對象的預(yù)測值進行約束，得到所述被控對象的控制輸入值。該方法簡便、計算量小，能夠?qū)崿F(xiàn)基于多變量和多約束條件的循環(huán)流化機床組的便捷協(xié)調(diào)控制，提高循環(huán)流化床機組的升、降負荷速率，改善主要參數(shù)的穩(wěn)定性，進一步提高循環(huán)流化床機組的經(jīng)濟性與壽命。

附圖說明

為了更清楚地說明本申請的技術(shù)方案，下面將對實施例中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，對于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員而言，在不付出創(chuàng)造性勞動性的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。

圖1為本發(fā)明實施例提供的循環(huán)流化床機組協(xié)調(diào)控制方法的流程圖。

具體實施方式

此處的附圖被并入說明書中并構(gòu)成本說明書的一部分，示出了符合本申請的實施例，并與說明書一起用于解釋本申請的原理。

為了更清楚地說明本申請實施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對實施例或現(xiàn)有技術(shù)描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，對于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員而言，在不付出創(chuàng)造性勞動性的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。

一種循環(huán)流化床機組協(xié)調(diào)控制方法，包括如下步驟：

步驟一、獲取循環(huán)流化床機組的被控對象的運行數(shù)據(jù)；

步驟二、根據(jù)所述運行數(shù)據(jù)，建立循環(huán)流化床機組的被控對象函數(shù)模型；

步驟三、根據(jù)所述被控對象函數(shù)模型，通過遞推算法計算所述被控對象的預(yù)測值；

步驟四、根據(jù)所述被控對象的約束條件函數(shù)，對所述被控對象的預(yù)測值進行約束，得到所述被控對象的控制輸入值。

在本發(fā)明實施例中，以某電廠300MW的循環(huán)流化床機組為例，對本申請的內(nèi)容進行具體的說明。

傳統(tǒng)的循環(huán)流化床機組采用以常規(guī)比例積分微分控制器為基礎(chǔ)的DCS控制系統(tǒng)。本發(fā)明實施例則直接建立以循環(huán)流化床機組燃料閥開度和汽輪機入口調(diào)節(jié)閥開度為輸入，循環(huán)流化床機組實發(fā)功率和汽輪機主蒸汽壓力為輸出的多變量被控對象模型。

步驟一、獲取循環(huán)流化床機組的被控對象的運行數(shù)據(jù)。

所述運行數(shù)據(jù)包括一定時間內(nèi)的循環(huán)流化床機組燃料閥開度、汽輪機入口調(diào)節(jié)閥開度、循環(huán)流化床機組的實發(fā)功率和汽輪機主蒸汽壓力的歷史值。

所述被控對象包括循環(huán)流化床機組燃料閥開度和汽輪機入口調(diào)節(jié)閥開度。

步驟二、根據(jù)所述運行數(shù)據(jù)，建立循環(huán)流化床機組的被控對象函數(shù)模型。

所述被控對象函數(shù)模型的輸入為循環(huán)流化床機組燃料閥開度和汽輪機入口調(diào)節(jié)閥開度；所述被控對象函數(shù)模型的輸出為循環(huán)流化床機組的實發(fā)功率和汽輪機主蒸汽壓力。

具體地，可通過對循環(huán)流化床機組的被控對象進行階躍響應(yīng)試驗，擬合階躍響應(yīng)曲線，建立被控對象函數(shù)模型。

可選地，所述被控對象函數(shù)模型為2×2被控對象函數(shù)模型，具體地，所述2×2被控對象函數(shù)模型為：

其中，PW為循環(huán)流化床機組實發(fā)功率(MW)；TP為汽輪機主蒸汽壓力(MPa)；U₁為循環(huán)流化床燃料閥開度(％)；U₂為汽輪機入口調(diào)節(jié)閥開度(％)；G₁₁是以U₁為輸入、PW為輸出的傳遞函數(shù)；G₁₂是以U₂為輸入、PW為輸出的傳遞函數(shù)；G₂₁是以U₁為輸入、TP為輸出的傳遞函數(shù)；G₂₂是以U₂為輸入、TP為輸出的傳遞函數(shù)。

在式(1)中，傳遞函數(shù)經(jīng)過通分處理時，必須保證G₁₁和G₁₂的分母一致，G₂₁和G₂₂的分母一致。

進一步地，對所述2×2被控對象函數(shù)模型進行離散化。本發(fā)明實施例的采樣周期T_s滿足香農(nóng)采樣定理。一般情況下，當采用周期T_s取值為1秒時，得到CARIMA模型：

所述CARIMA模型為：

其中，PW(k)為循環(huán)流化床機組實發(fā)功率當前k時刻的實際值，TP(k)為汽輪機主蒸汽壓力當前k時刻的實際值；U₁(k)為當前k時刻循環(huán)流化床燃料閥門開度，U₂(k)為當前k時刻汽輪機入口調(diào)節(jié)閥門開度；a_i，j、b_i，k，j分別為A_i(z^-1)、B_i，k(z^-1)多項式中z^-j的系數(shù)，na_i、nb_i，k分別為多項式A_i(z^-1)、B_i，k(z^-1)的階次，i，k＝1，2；ξ_i(k)，i＝1，2為零均值的白噪聲，j為表達式的階次。

對于本發(fā)明實施例所述的某電廠的300MW的循環(huán)流化床機組，具體地，所述CARIMA模型為：

其中，PW為循環(huán)流化床機組實發(fā)功率(MW)；TP為汽輪機主蒸汽壓力(MPa)；U₁為循環(huán)流化床燃料閥開度(％)；U₂為汽輪機入口調(diào)節(jié)閥開度(％)；

步驟三、根據(jù)所述被控對象函數(shù)模型，通過遞推算法計算所述被控對象的預(yù)測值。

可選地，所述根據(jù)所述被控對象函數(shù)模型，通過遞推算法計算被控對象的預(yù)測值，包括：

(1)選取預(yù)測時域長度；

本發(fā)明實施例中，循環(huán)流化床機組實發(fā)功率的預(yù)測時域為P₁，汽輪機主蒸汽壓力的預(yù)測時域為P₂，其中預(yù)測時域P₁和P₂均選取5。

(2)根據(jù)所述被控對象函數(shù)模型，通過遞推算法獲得遞推公式；

由于循環(huán)流化床機組的實發(fā)功率和汽輪機主蒸汽壓力輸出量的設(shè)定值在預(yù)測時域內(nèi)為恒定值或變化率較小。同時，為了減少循環(huán)流化床機組協(xié)調(diào)控制方法的計算量，使其易于工程實現(xiàn)。因此，選取階躍響應(yīng)函數(shù)作為循環(huán)流化床機組燃料閥開度和汽輪機入口調(diào)節(jié)閥開度的基函數(shù)。

具體遞推過程如下所示：

對于所述CARIMA模型，令ξ_i(k)＝0，則由式(2)可得：

令l_i為遞推時域，l_i＝0，1，...，P_i，i＝1，2，

當l_i＝0，i＝1，2時，

當l_i＝1，i＝1，2時，

當1＜l_i≤na_i，i＝1，2時，

當l_i＞na_i，i＝1，2時，

式(5)-(12)所述的YX₁、YX₂、UX₁₁、UX₁₂、UX₂₁、UX₂₂均為遞推系數(shù)；l_i為遞推時域，l_i＝0，1，...，P_i，i＝1，2；a_i，j、b_i，k，j分別為A_i(z^-1)、B_i，k(z^-1)多項式中z^-j的系數(shù)，na_i、nb_i，k分別為多項式A_i(z^-1)、B_i，k(z^-1)的階次，i，k＝1，2；j為表達式的階次。PW為循環(huán)流化床機組實發(fā)功率(MW)，TP為汽輪機主蒸汽壓力(MPa)，U₁為循環(huán)流化床燃料閥開度(％)，U₂為汽輪機入口調(diào)節(jié)閥開度(％)，而且，PW、TP、U₁和U₂的初始值由循環(huán)流化床機組某一時段所處的穩(wěn)態(tài)值現(xiàn)場數(shù)據(jù)選取得到。

經(jīng)過l_i從0到P_i的變化，遞推系數(shù)YX₁、YX₂、UX₁₁、UX₁₂、UX₂₁、UX₂₂也從0到P_i變化，其變化后得到遞推系數(shù)YX₁(k+P₁)、YX₂(k+P₂)、UX₁₁(k+P₁)、UX₁₂(k+P₁)、UX₂₁(k+P₂)、UX₂₂(k+P₂)。

在本實施中，經(jīng)過2000秒的遞推計算，該循環(huán)流化床機組的遞推系數(shù)的最終五組數(shù)據(jù)如表1所示。

表1 遞推系數(shù)值

將遞推系數(shù)UX₁₁(k+P₁)、UX₁₂(k+P₁)、UX₂₁(k+P₂)、UX₂₂(k+P₂)按式(13)所示的順序排列，并記為矩陣A。將遞推系數(shù)YX₁(k+P₁)、YX₂(k+P₂)按式(14)所示的順序排列，并記為矩陣B。

其中，α₁為循環(huán)流化床機組實發(fā)功率的柔化系數(shù)，α₂為汽輪機主蒸汽壓力的柔化系數(shù)，α₁、α₂＝0～1，柔化系數(shù)的選取根據(jù)現(xiàn)場實際情況進行選擇；PW_s(k)、PW_m(k)、PW(k)分別為循環(huán)流化床機組實發(fā)功率當前時刻的設(shè)定值、模型輸出值、實際值，機組負荷指令的設(shè)定值PW_s(k)由電網(wǎng)傳送而來的負荷指令得到，機組實發(fā)功率模型輸出值PW_m(k)由現(xiàn)場采集數(shù)據(jù)所擬合的傳遞函數(shù)模型計算得到，機組實發(fā)功率的實際值PW(k)由現(xiàn)場實時數(shù)據(jù)傳送得到；TP_s(k)、TP_m(k)、TP(k)分別為汽輪機主蒸汽壓力當前時刻的設(shè)定值、模型輸出值、實際值，汽輪機主蒸汽壓力設(shè)定值TP_s(k)根據(jù)機組負荷進行滑壓設(shè)定，汽輪機主蒸汽壓力模型輸出值TP_m(k)由現(xiàn)場采集數(shù)據(jù)所擬合的傳遞函數(shù)模型計算得到，汽輪機主蒸汽壓力實際值TP(k)由現(xiàn)場實時數(shù)據(jù)傳送得到。

對于本實施例所提供的循環(huán)流化床機組，取循環(huán)流化床機組實發(fā)功率的柔化系數(shù)α₁＝0.8，汽輪機主蒸汽壓力的柔化系數(shù)α₂＝0.8，得到該循環(huán)流化床機組的遞推系數(shù)：

此時，該300MW循環(huán)流化床機組的被控對象遞推公式為：

其中，U₁(k)為循環(huán)流化床燃料閥開度的預(yù)測值，U₂(k)為汽輪機入口調(diào)節(jié)閥開度的預(yù)測值。

(3)根據(jù)所述遞推公式，獲得被控對象預(yù)測值。

結(jié)合式(15)所示的循環(huán)流化床被控對象遞推公式和步驟(2)中所示的遞推系數(shù)A和B，得到被控對象的預(yù)測值。

即，循環(huán)流化床機組的燃料閥開度U₁＝-0.0132；循環(huán)流化床機組的汽輪機入口調(diào)節(jié)閥開度U₂＝-0.1034。

步驟四、根據(jù)所述被控對象的約束條件函數(shù)，對所述被控對象的預(yù)測值進行約束，得到所述被控對象的控制輸入值。

即，根據(jù)當前時刻的循環(huán)流化床燃料閥開度和汽輪機入口調(diào)節(jié)閥開度的約束條件，計算所述兩個開度的控制輸入值。

可選地，對循環(huán)流化床燃料閥和汽輪機入口調(diào)節(jié)閥開度進行限幅處理，該約束條件函數(shù)為：

其中，U_1，min為循環(huán)流化床燃料閥門開度的下限，U_2，min為汽輪機入口調(diào)節(jié)閥門開度的下限，U_1，max為循環(huán)流化床燃料閥門開度的上限，U_2，max為汽輪機入口調(diào)節(jié)閥門開度的上限，U₁(k)為當前k時刻循環(huán)流化床燃料閥門開度，U₂(k)為當前k時刻汽輪機入口調(diào)節(jié)閥門開度。

在本發(fā)明實施例中，循環(huán)流化床燃料閥門開度和汽輪機入口調(diào)節(jié)閥門開度的上限均為100(％)，下限均為0(％)。

可選地，對循環(huán)流化床燃料閥和汽輪機入口調(diào)節(jié)閥開度進行限速處理，該約束條件函數(shù)為：

其中，i＝1，2；ΔU_i(k)為當前計算閥門開度與上一時刻閥門開度之差，即ΔU_i(k)＝U_i(k)-U_i(k-1)；ΔU_i，min為閥門開度變化速率的下限，ΔU_i，max為閥門開度變化速率的上限。

在本發(fā)明實施例中，循環(huán)流化床燃料閥門開度和汽輪機入口調(diào)節(jié)閥門開度的閥門開度變化速率的上限均為5(％/s)，下限均為-5(％/s)。

結(jié)合式(16)和式(17)對循環(huán)流化床機組的燃料閥開度預(yù)測值、循環(huán)流化床機組的汽輪機入口調(diào)節(jié)閥開度預(yù)測值進行約束，得到循環(huán)流化床機組的燃料閥開度的控制輸入值U₁＝-0.0132和汽輪機入口調(diào)節(jié)閥開度的控制輸入值U₂＝-0.1034。

本申請?zhí)峁┑姆椒ê啽恪⒂嬎懔啃?，能夠?qū)崿F(xiàn)基于多變量和多約束條件的循環(huán)流化機床組的便捷協(xié)調(diào)控制，提高循環(huán)流化床機組的升、降負荷速率，改善主要參數(shù)的穩(wěn)定性，進一步提高循環(huán)流化床機組的經(jīng)濟性與壽命，并且易于在現(xiàn)有的商業(yè)控制系統(tǒng)軟硬件平臺上實施，具有廣闊的應(yīng)用前景。

需要說明的是，術(shù)語“包括”、“包含”或者其任何其他變體意在涵蓋非排他性的包含，從而使得包括一系列要素的物品或者設(shè)備不僅包括那些要素，而且還包括沒有明確列出的其他要素，或者是還包括為這種過程、方法、物品或者設(shè)備所固有的要素。在沒有更多限制的情況下，由語句“包括一個......”限定的要素，并不排除在包括所述要素的過程、方法、物品或者設(shè)備中還存在另外的相同要素。

以上所述僅是本申請的具體實施方式，使本領(lǐng)域技術(shù)人員能夠理解或?qū)崿F(xiàn)本申請。對這些實施例的多種修改對本領(lǐng)域的技術(shù)人員來說將是顯而易見的，本文中所定義的一般原理可以在不脫離本申請的精神或范圍的情況下，在其它實施例中實現(xiàn)。因此，本申請將不會被限制于本文所示的這些實施例，而是要符合與本文所公開的原理和新穎特點相一致的最寬的范圍。

應(yīng)當理解的是，本申請并不局限于上面已經(jīng)描述的內(nèi)容，并且可以在不脫離其范圍進行各種修改和改變。本申請的范圍僅由所附的權(quán)利要求來限制。