本發(fā)明涉及一種汽輪機(jī)自動控制技術(shù)，尤其涉及的是一種基于模型自適應(yīng)汽輪機(jī)調(diào)門流量特性優(yōu)化方法。

背景技術(shù)：

采用噴嘴調(diào)節(jié)的汽輪機(jī)，調(diào)門控制方式分為：單閥方式和順序閥方式。單閥方式下，所有高壓調(diào)門同時開啟、保持同樣的開度，節(jié)流損失大，機(jī)組效率低。順序閥方式下，各高壓調(diào)門按照調(diào)門控制函數(shù)，依次開啟(一般前兩個調(diào)門同時開啟)，調(diào)門之間存在重疊度，即前一調(diào)門尚未達(dá)到全開狀態(tài)，后一調(diào)門便開啟。通常考慮到機(jī)組經(jīng)濟(jì)效益，采用順序閥方式運行。因此，本發(fā)明所述汽輪機(jī)調(diào)門流量特性優(yōu)化系指順序閥方式下，優(yōu)化調(diào)門控制函數(shù)，使得機(jī)組流量指令與實際流量成正比例函數(shù)關(guān)系，線性度為1。調(diào)門控制函數(shù)由機(jī)組流量指令與各調(diào)門開度，各調(diào)門開度與實際流量之間的函數(shù)映射組成。

現(xiàn)有的優(yōu)化技術(shù)，大都采用試湊法和作圖法，根據(jù)技術(shù)人員的經(jīng)驗，選取幾個調(diào)門控制函數(shù)特征點進(jìn)行整定，觀測機(jī)組流量指令與實際流量之間的線性度，直到滿足控制要求。但這種方法往往無法得到理論上最優(yōu)的調(diào)門流量特性，也無法同時兼顧流量特性線性度和調(diào)門重疊度。通過采用無重疊度方式進(jìn)行優(yōu)化試驗，每個調(diào)門逐點進(jìn)行優(yōu)化，工作量大。該方法獲取原始數(shù)據(jù)時需要負(fù)荷從0至100％的負(fù)荷變化，影響機(jī)組運行的安全性。該方法的目標(biāo)參數(shù)僅考慮了流量指令與實際流量的線性度，沒能解決重疊度與線性度之間的耦合難題。

如圖1所示，順序閥方式下汽輪機(jī)流量指令與實際流量之間存在著非線性、強(qiáng)耦合的關(guān)系。各調(diào)門通過調(diào)門控制函數(shù)控制各調(diào)門開度，根據(jù)各調(diào)門開度最終計算實際流量。各調(diào)門之間存在著重疊區(qū)域(即重疊度)，由于調(diào)門的固有特性，當(dāng)前一調(diào)門開啟到一定值時，對應(yīng)的調(diào)門流量便不再變化，對于汽輪機(jī)控制系統(tǒng)而言，需要此時開啟下一調(diào)門來彌補(bǔ)該流量需求，即是調(diào)門重疊度。汽輪機(jī)調(diào)門流量特性優(yōu)化目標(biāo)是為了實現(xiàn)流量指令與實際流量之間的函數(shù)映射關(guān)系為正比例關(guān)系，即通過優(yōu)化各調(diào)門控制函數(shù)來實現(xiàn)這種函數(shù)映射關(guān)系。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供了一種基于模型自適應(yīng)汽輪機(jī)調(diào)門流量特性優(yōu)化方法，實現(xiàn)汽輪機(jī)流量指令與實際流量之間正比例關(guān)系。

本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案實現(xiàn)的，本發(fā)明包括以下步驟：

(1)將各個調(diào)門控制函數(shù)整合成一個函數(shù)hi(x)，各調(diào)門權(quán)值函數(shù)wi(x)通常采用定值函數(shù)，即wi(x)＝βi，βi根據(jù)順序閥方式下調(diào)門流量特性試驗數(shù)據(jù)求得：

q(x)為實際流量，計算得到wi(x)；

(2)引入控制因子ε作為分段模型控制量；

(3)設(shè)置各個調(diào)門的初始控制因子，將控制因子映射到輸入x的維度上的值記作模型因子，有

其中，hi^-1(·)指第i個調(diào)門控制函數(shù)hi(x)的反函數(shù)，δ表示調(diào)門開度限值，求解第i個調(diào)門δ-εi開度值所對應(yīng)的調(diào)門流量值；

(4)根據(jù)模型因子，將輸入的流量指令x分為各分段模型，其中，x1＝x2；

(5)各分段模采用線性目標(biāo)函數(shù)di(xi)＝xi，實現(xiàn)分段線性優(yōu)化，解出當(dāng)前時刻模型最優(yōu)解hi′(x)，獲得各分段模型的輸出q′[xi(t)]，因此優(yōu)化后各分段區(qū)間調(diào)門流量指令與模型輸出成線性函數(shù)關(guān)系，

hi′(x)＝di[xi(t)]/wi

qi′(xi)＝wi·(fi(hi(xi)))；

(6)已知各調(diào)門的開度范圍為[0,100]，各調(diào)門流量限值qltd，計算δg，進(jìn)行模型自適應(yīng)校正，

進(jìn)一步地，對模型因子進(jìn)行調(diào)整，則有

(7)若δg滿足精度要求，則調(diào)門流量特性優(yōu)化結(jié)束，獲得機(jī)組流量指令與實際流量成正比例關(guān)系，各調(diào)門間的重疊度得到優(yōu)化，機(jī)組效率高；若不滿足，則轉(zhuǎn)至步驟(4)。

在各個調(diào)門控制函數(shù)整合之前，先計算單閥流量特性函數(shù)f(x)，f(x)＝a0+a1x+a2x²+…anx^m，x表示調(diào)門開度值，f(x)的輸出是調(diào)門的流量值，權(quán)值系數(shù)a0、a1…am，m不大于3。

所述汽輪機(jī)調(diào)門的控制方式為順序閥方式。

所述步驟(5)中，假設(shè)流量指令隨時間變化，x＝x(t)，x∈[0,100]，當(dāng)t時刻順序閥方式下汽輪機(jī)前兩個調(diào)門率先同時開啟，則汽輪機(jī)高調(diào)門總進(jìn)汽量為：

式中，模型因子的取值為：

在順序閥方式下前兩個調(diào)門開閉動作一致，故w12、x12分別為前兩個調(diào)門的流量權(quán)值均值和流量指令均值，表達(dá)式為：

w12＝(w1+w2)/2

x12＝(x1+x2)/2。

本發(fā)明通過建立順序閥控制方式下汽輪機(jī)高調(diào)門流量特性數(shù)學(xué)模型，引入模型因子實現(xiàn)模型分段；再根據(jù)目標(biāo)函數(shù)d(x)進(jìn)行分段線性化；引入反饋機(jī)制δg，對分段模型誤差進(jìn)行校正，直到滿足精度要求，獲得最優(yōu)調(diào)門控制函數(shù)hi′(x)，最終實現(xiàn)汽輪機(jī)流量指令與實際流量之間正比例關(guān)系。結(jié)合汽輪機(jī)調(diào)門順序閥控制方式的特征，以及調(diào)門固有的物理特性，提出一種計算單輸入單輸出汽輪機(jī)調(diào)門流量特性非線性系統(tǒng)的簡化方法。本發(fā)明不僅解決了順序閥方式下調(diào)門流量特性線性度和重疊度之間復(fù)雜的耦合關(guān)系，而且實現(xiàn)了汽輪機(jī)流量指令與實際流量之間的正比例關(guān)系，獲得最佳重疊度，提高汽輪機(jī)機(jī)組經(jīng)濟(jì)性。本發(fā)明提升了調(diào)門流量特性優(yōu)化的精度和質(zhì)量，具備自動優(yōu)化的能力。

本發(fā)明相比現(xiàn)有技術(shù)具有以下優(yōu)點：本發(fā)明實現(xiàn)了調(diào)門流量線性度與重疊度的強(qiáng)耦合關(guān)系，即優(yōu)化結(jié)果近似理想的正比例函數(shù)關(guān)系，且獲得最佳的調(diào)門重疊度；通過數(shù)學(xué)模型，提高汽輪機(jī)調(diào)門流量特性優(yōu)化的效率和質(zhì)量，避免了現(xiàn)有技術(shù)采用試湊法存在的精度較差，優(yōu)化工作量大等缺點；首次提出模型自適應(yīng)汽輪機(jī)流量特性優(yōu)化方法，從理論上求得最優(yōu)調(diào)門控制函數(shù)和最佳重疊度。避免機(jī)組反復(fù)進(jìn)行流量特性試驗，減少機(jī)組不穩(wěn)定運行因素。

附圖說明

圖1是現(xiàn)有汽輪機(jī)調(diào)門控制示意圖；

圖2是本發(fā)明的流程圖；

圖3是優(yōu)化結(jié)果圖。

具體實施方式

下面對本發(fā)明的實施例作詳細(xì)說明，本實施例在以本發(fā)明技術(shù)方案為前提下進(jìn)行實施，給出了詳細(xì)的實施方式和具體的操作過程，但本發(fā)明的保護(hù)范圍不限于下述的實施例。

如圖2所示，本實施例以四個高調(diào)門類型的汽輪機(jī)為例，順序閥方式下預(yù)設(shè)閥序為：第一個和第二個調(diào)門同時開啟，然后開啟第三個調(diào)門，最后開啟第四個調(diào)門。

考慮將一個單輸入單輸出的非線性系統(tǒng)轉(zhuǎn)化為線性系統(tǒng)，采用反饋來實現(xiàn)精確線性化。通過將系統(tǒng)的輸入坐標(biāo)變換，對模型進(jìn)行分段線性化，再構(gòu)造模型反饋因子，消除各模型間誤差。

順序閥方式下，汽輪機(jī)調(diào)門流量特性實際物理模型屬于典型的單輸入單輸出非線性系統(tǒng)。輸入流量指令x，x＝[0,100]作為系統(tǒng)的輸入，100表示機(jī)組滿負(fù)荷工況下的流量指令，其中，實際流量q為系統(tǒng)的輸出，則有

其中，wi(·)為第i個調(diào)門流量占總流量的權(quán)值函數(shù)，n為調(diào)門個數(shù)，fi(·)為第i個調(diào)門的單閥流量特性函數(shù)，hi^(k)(·)為第i個調(diào)門的第k個調(diào)門控制函數(shù)，k值視機(jī)組deh的類型而定，一般k∈{1，2}。

單閥流量特性函數(shù)一般采用多項式來表示，f(x)＝a0+a1x+a2x²+…anx^m，x表示調(diào)門開度值，f(x)的輸出是調(diào)門的流量值。一般根據(jù)試驗數(shù)據(jù)，采用最小二乘法進(jìn)行擬合，獲得較優(yōu)的權(quán)值系數(shù)a0、a1…am，m一般不大于3。

具體的優(yōu)化方法如下：

(1)將各個調(diào)門控制函數(shù)整合成一個函數(shù)hi(x)，各調(diào)門權(quán)值函數(shù)wi(x)通常采用定值函數(shù)，即wi(x)＝βi，βi根據(jù)順序閥方式下調(diào)門流量特性試驗數(shù)據(jù)求得：

q(x)為實際流量，計算得到wi(x)；

(2)引入控制因子ε作為分段模型控制量；

(3)設(shè)置各個調(diào)門的初始控制因子ε1、ε2、ε3、ε4，將控制因子映射到輸入x的維度上的值記作模型因子，有

其中，hi^-1(·)指第i個調(diào)門控制函數(shù)hi(x)的反函數(shù)，δ表示調(diào)門開度限值，求解第i個調(diào)門δ-εi開度值所對應(yīng)的調(diào)門流量值，獲得各模型初始界限第一個和第二個調(diào)門同時開啟，故

(4)根據(jù)模型因子，將輸入的流量指令x分為各分段模型，其中，x1＝x2；

(5)假設(shè)流量指令隨時間變化，x＝x(t)，x∈[0,100]。當(dāng)t時刻順序閥方式下汽輪機(jī)deh前兩個調(diào)門率先同時開啟，則汽輪機(jī)高調(diào)門總進(jìn)汽量為：

式中，模型因子的取值為：

考慮到實際汽輪機(jī)控制系統(tǒng)中，在順序閥方式下前兩個調(diào)門開閉動作一致，故w12、x12分別為前兩個調(diào)門的流量權(quán)值均值和流量指令均值，表達(dá)式為：

w112＝(w1+w2)/2

x12＝(x1+x2)/2，

各分段模采用線性目標(biāo)函數(shù)di(xi)＝xi，實現(xiàn)分段線性優(yōu)化，解出當(dāng)前時刻模型最優(yōu)解hi′(x)，獲得各分段模型的輸出q′[xi(t)]，因此優(yōu)化后各分段區(qū)間調(diào)門流量指令與模型輸出成線性函數(shù)關(guān)系，

hi′(x)＝di[xi(t)]/wi

qi′(xi)＝wi·(fi(hi(xi)))；

(6)已知各調(diào)門的開度范圍為[0,100]，各調(diào)門流量限值qltd，計算δg，進(jìn)行模型自適應(yīng)校正，

進(jìn)一步地，對模型因子進(jìn)行調(diào)整，則有

(7)若δg滿足精度要求，則調(diào)門流量特性優(yōu)化結(jié)束，獲得機(jī)組流量指令與實際流量成正比例關(guān)系，各調(diào)門間的重疊度得到優(yōu)化，機(jī)組效率高；若不滿足，則轉(zhuǎn)至步驟(4)。

優(yōu)化結(jié)果如圖3所示，圖中第一個調(diào)門控制函數(shù)和第二個調(diào)門控制函數(shù)相同，并且，第一個調(diào)門控制函數(shù)、第二個調(diào)門控制函數(shù)、第三個調(diào)門控制函數(shù)、第四個調(diào)門控制函數(shù)都是非線性的函數(shù)。而使用本發(fā)明優(yōu)化后的調(diào)門控制函數(shù)，實現(xiàn)了流量指令經(jīng)調(diào)門控制函數(shù)映射后，與實際流量的線性比例。

以上所述僅為本發(fā)明的較佳實施例而已，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)所作的任何修改、等同替換和改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。