基于分?jǐn)?shù)階pi動態(tài)矩陣的火電廠鍋爐主蒸汽溫度控制方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于熱工自動控制技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種火電廠鍋爐主蒸汽溫度控制方法， 特別涉及一種基于分?jǐn)?shù)階Pi動態(tài)矩陣的火電廠鍋爐主蒸汽溫度控制方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 近十幾年我國經(jīng)濟快速發(fā)展，環(huán)境污染問題日益嚴(yán)重，節(jié)能降耗的需求日益強烈。 電力行業(yè)發(fā)展中，隨著大容量、高參數(shù)的火力發(fā)電機組的不斷建設(shè)，提高機組運行效率和熱 經(jīng)濟性非常迫切。鍋爐主蒸汽溫度是影響火電廠熱效率的一個重要因素，調(diào)節(jié)目的是在各 種工況下主汽溫都能維持較小的波動范圍，以提高主蒸汽溫度的設(shè)定值，進而達到更高的 熱效率。
[0003] 目前，主蒸汽溫度控制基本上采用串級比例積分微分（PID)控制策略，將負荷信 號、燃料量信號、主蒸汽壓力信號、給水流量信號以前饋形式引入到串級系統(tǒng)的副調(diào)節(jié)器 中，以實現(xiàn)"超前"調(diào)節(jié)。但以調(diào)節(jié)參數(shù)固定不變的PID控制器來控制主蒸汽溫度這種時變 的復(fù)雜對象時，控制效果仍會很不理想，經(jīng)濟性難以實現(xiàn)最佳。
[0004] 在計算機技術(shù)快速發(fā)展的今天，很多先進控制技術(shù)和方法應(yīng)用于鍋爐的各種控制 中。預(yù)測控制是一種在實際工業(yè)過程中發(fā)展起來的計算機控制技術(shù)，最大優(yōu)點是對模型精 度要求不高，且跟蹤性能好，比較適用于復(fù)雜工業(yè)過程的控制，特別是比較適合于大滯后被 控過程的自動控制。主蒸汽溫度被控對象同樣是一個大遲延系統(tǒng)，預(yù)測控制的"超前"控 制是改善主蒸汽溫度控制品質(zhì)的一個有效手段。中國專利《一種火電廠主蒸汽溫度控制 方法》，授權(quán)號ZL201310167926. 5,提出主蒸汽溫度的動態(tài)矩陣控制一比例積分微分控制 (DMC-PID)串級控制方法。分?jǐn)?shù)階PI控制相比常規(guī)PI控制控制參數(shù)的整定范圍變大，控制 器能更加靈活的控制被控對象，控制效果更好，但目前未發(fā)現(xiàn)將分?jǐn)?shù)階PI控制和DMC技術(shù) 相結(jié)合的方法應(yīng)用于火電廠鍋爐主蒸汽溫度控制的文獻、報導(dǎo)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明提供了一種基于分?jǐn)?shù)階PI動態(tài)矩陣的火電廠鍋爐主蒸汽溫度控制方法， 以解決現(xiàn)有技術(shù)不能兼顧跟蹤速度和熱效率優(yōu)化的問題。
[0006] 為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案：
[0007] -種基于分?jǐn)?shù)階PI動態(tài)矩陣的火電廠鍋爐主蒸汽溫度控制方法，包括以下步驟：
[0008] 步驟A、根據(jù)火電廠鍋爐主蒸汽溫度系統(tǒng)的階躍響應(yīng)數(shù)據(jù)建立火電廠鍋爐主蒸汽 溫度系統(tǒng)的模型；
[0009] 步驟B、根據(jù)分?jǐn)?shù)階PI動態(tài)矩陣控制算法計算減溫噴水量u (k);
[0010] 步驟C、根據(jù)步驟B計算得到的u(k)調(diào)節(jié)減溫噴水量，對火電廠鍋爐主蒸汽溫度實 施控制；
[0011] 步驟D、進入下一個時刻，返回步驟B，重復(fù)進行步驟B到步驟D。
[0012] 進一步的，所述步驟A中根據(jù)火電廠鍋爐主蒸汽溫度系統(tǒng)的階躍響應(yīng)數(shù)據(jù)建立火 電廠鍋爐主蒸汽溫度系統(tǒng)的模型，采用以下方法：
[0013] AU操作減溫噴水閥門使其輸入減溫噴水量有一個階躍變化，記錄其階躍響應(yīng)曲 線；
[0014] A2、將Al得到的階躍響應(yīng)曲線進行濾波處理，然后擬合成一條光滑曲線，記錄光 滑曲線上每個采樣時刻對應(yīng)的脈沖響應(yīng)數(shù)據(jù)，第一個采樣時刻為Ts，相鄰兩個采樣時刻間 隔的時間為Ts，采樣時刻的順序為Ts，2TS，3TS…;截取其前面N項作預(yù)測與控制的模型，N項 后面各項均令aN+1~a N，i = 1，2,…；建立火電廠鍋爐主蒸汽溫度對象的模型向量a :
[0015] a = [a!，a2, ...aN]T
[0016] 其中N為建模時域，T為矩陣的轉(zhuǎn)置符號。
[0017] 進一步的，所述步驟B中根據(jù)分?jǐn)?shù)階PI動態(tài)矩陣控制算法計算減溫噴水量u (k)， 采用以下方法：
[0018] B1、根據(jù)火電廠鍋爐主蒸汽溫度對象的模型向量a建立火電廠鍋爐主蒸汽溫度的 動態(tài)矩陣
[0019] B2、建立未來P步主蒸汽溫度校正后的預(yù)測矩陣
[0020] B3、建立未來P步主蒸汽溫度期望矩陣W ;
[0021] B4、基于分?jǐn)?shù)階PI型性能指標(biāo)求解出減溫噴水量u (k)。
[0022] 進一步的，所述步驟M中分?jǐn)?shù)階PI型性能指標(biāo)為：
[0024] 其中，J為性能指標(biāo)，E為當(dāng)前時刻主蒸汽溫度期望輸出和預(yù)測值之間的偏差， Λ E為當(dāng)前時刻主蒸汽溫度期望輸出和預(yù)測值之間偏差的增量，E,Sk-j時刻的主蒸 汽溫度期望輸出和預(yù)測值之間的偏差，K41是比例系數(shù)，K a = K J/，K1是積分系數(shù)，Ts為采樣周期，λ為積分階數(shù)，γ為控制加權(quán)系數(shù)，k表示當(dāng)前時刻是第幾個采樣周期，
,9.]是二項式系數(shù)，
T為矩陣轉(zhuǎn)置符 號。
[0025] 進一步的，所述步驟M中減溫噴水量u (k)為：
CN 105180136 A 說明書 3/10 頁
[0049] I為單位矩陣，氏、H2、H3為階躍響應(yīng)數(shù)據(jù)建立的動態(tài)矩陣，Aj是k時刻的主蒸 汽溫度預(yù)測誤差，y(k)是k時刻的主蒸汽溫度實際測量值，yp(k)是k時刻的主蒸汽溫度預(yù) 測值，w(k+l)是主蒸汽溫度在k+1時刻的期望輸出值，w(k+2)是主蒸汽溫度在k+2時刻的 期望輸出值，w(k+P)是主蒸汽溫度在k+P時刻的期望輸出值，β為參考軌跡系數(shù)，I是主 蒸汽溫度的設(shè)定值，y(k)是k時刻的主蒸汽溫度實際測量值，P為預(yù)測步數(shù)，yjk+l)是無 減溫噴水量增量Au(k)作用時k+Ι時刻的主蒸汽溫度初始預(yù)測值，yJk+2)是無減溫噴水 量增量Au(k)和Au(k+1)作用時k+2時刻的主蒸汽溫度初始預(yù)測值，yJk+P)是無減溫噴 水量增量Λ u (k)，Λ u (k+Ι)，…，Λ u (k+Μ-Ι)作用時k+P時刻的主蒸汽溫度初始預(yù)測值， u (k-Ν+Ι)是k-Ν+Ι時刻減溫噴水量，u (k-N+2)是k-N+2時刻減溫噴水量，u (k-N+P)是k-N+P 時刻減溫噴水量，Λ u (k-N+2)是k-N+2時刻減溫噴水量增量，Λ u (k-N+3)是k-N+3時刻減 溫噴水量增量，Au(k-l)是k-1時刻減溫噴水量增量，w(k+l-j)是主蒸汽溫度在k+1-j時 刻的期望輸出值，w(k+2-j)是主蒸汽溫度在k+2-j時刻的期望輸出值，w(k+P-j)是主蒸汽 溫度在k+P-j時刻的期望輸出值，yJk+1-j)是無減溫噴水量增量Au(k)作用時k+1-j時 刻的主蒸汽溫度初始預(yù)測值，yJk+2-j)是無減溫噴水量增量Au(k)和Au(k+1)作用時 讓+2-」時刻的主蒸汽溫度初始預(yù)測值，1&+?-」）是無減溫噴水量增量厶11(1〇，厶11〇^1)，··· ，Λ u(k+M-l)作用時k+P-j時刻的主蒸汽溫度初始預(yù)測值。
[0050] 本發(fā)明提供一種兼顧跟蹤速度和熱效率優(yōu)化的火電廠主蒸汽溫度控制方法，本發(fā) 明采用以上技術(shù)方案與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下有益效果：
[0051] 1、本發(fā)明能快速且無超調(diào)的跟蹤主蒸汽溫度設(shè)定值，同時具有較強的負荷變化適 應(yīng)能力和干擾抑制能力，可以提高主蒸汽溫度的設(shè)定值來提高熱效率，使整個主蒸汽溫度 控制過程兼顧跟蹤性能和熱效率。
[0052] 2、火電廠鍋爐主蒸汽溫度30%負荷、44%負荷、62%負荷、88%負荷和100%負荷 五個不同工況Matlab仿真控制試驗表明，本發(fā)明分?jǐn)?shù)階PI動態(tài)矩陣控制方法控制精度高， 跟蹤速度快且無超調(diào)，穩(wěn)態(tài)誤差小，負荷變化適應(yīng)能力和干擾抑制能力較強。且能通過適當(dāng) 調(diào)整比例系數(shù)K41、積分系數(shù)K1、積分階次λ使減溫噴水量在保持主蒸汽溫度控制精度同時 更加平滑，有利于現(xiàn)場執(zhí)行機構(gòu)的保護，同時參數(shù)K4^Kp λ具有明顯的工程意義，非常適用 于工業(yè)現(xiàn)場。
[0053] 3、本發(fā)明方法將分?jǐn)?shù)階PI算法和動態(tài)矩陣控制技術(shù)相結(jié)合，具有分?jǐn)?shù)階PI控制 和動態(tài)矩陣控制各自的優(yōu)點，同時克服了動態(tài)矩陣控制離線參數(shù)調(diào)節(jié)不便的缺點。
【附圖說明】
[0054] 圖1為本發(fā)明方法的流程圖；
[0055] 圖2為本發(fā)明方法的原理示意圖；
[0056] 圖3為【具體實施方式