一種基于擾動(dòng)模型的脫硝控制系統(tǒng)廣義預(yù)測(cè)控制方法
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種基于擾動(dòng)模型的脫硝控制系統(tǒng)廣義預(yù)測(cè)控制方法。當(dāng)外擾信號(hào)過(guò)大時(shí)，雖然目前的廣義預(yù)測(cè)算法抑制擾動(dòng)的速度較快，但是擾動(dòng)的幅度仍然較大，不利于脫硝控制系統(tǒng)的穩(wěn)定。本發(fā)明根據(jù)對(duì)象模型設(shè)計(jì)廣義預(yù)測(cè)控制系統(tǒng)和擾動(dòng)控制器；其次，將擾動(dòng)信號(hào)源輸入至擾動(dòng)控制器，獲得克服擾動(dòng)信號(hào)的控制量，將該控制量與廣義預(yù)測(cè)控制系統(tǒng)的預(yù)測(cè)控制輸出值相加得出最終的優(yōu)化控制輸出量；將最終的優(yōu)化控制輸出量作用于被控對(duì)象，獲得抑制擾動(dòng)的控制響應(yīng)品質(zhì)。本發(fā)吸保證了機(jī)組節(jié)能環(huán)保運(yùn)行；機(jī)組在擾動(dòng)狀態(tài)(尤其是磨組啟停過(guò)程)時(shí)脫硝控制系統(tǒng)能夠處于自動(dòng)調(diào)節(jié)狀態(tài)，出口NOx波動(dòng)幅度減小。
【專(zhuān)利說(shuō)明】
一種基于擾動(dòng)模型的脫硝控制系統(tǒng)廣義預(yù)測(cè)控制方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本發(fā)明涉及超臨界機(jī)組脫硝控制系統(tǒng)的控制方法，具體地說(shuō)是一種基于擾動(dòng)模型 的脫硝控制系統(tǒng)廣義預(yù)測(cè)控制方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 超臨界機(jī)組的脫硝控制系統(tǒng)具有非線(xiàn)性、大遲延和擾動(dòng)因素多等特點(diǎn)，一般調(diào)峰 機(jī)組經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)出口N0X劇烈波動(dòng)，尤其當(dāng)啟停磨組的過(guò)程中，脫硝控制系統(tǒng)存在較大的擾 動(dòng)，為使機(jī)組能達(dá)到環(huán)保指標(biāo)，經(jīng)常處于手動(dòng)狀態(tài)。
[0003] 為保證機(jī)組的安全環(huán)保運(yùn)行，需要在大擾動(dòng)工況下，脫硝控制系統(tǒng)仍然能處于自 動(dòng)狀態(tài)，且將出口N0X控制在額定值的+15mg/m 3~-15mg/m3范圍內(nèi)。當(dāng)擾動(dòng)信號(hào)較小時(shí)，目前 的廣義預(yù)測(cè)算法可以有效抑制，但是當(dāng)外擾信號(hào)過(guò)大時(shí)，例如機(jī)組在啟停磨過(guò)程中，脫硝控 制系統(tǒng)會(huì)出現(xiàn)較大的擾動(dòng)，雖然廣義預(yù)測(cè)算法抑制擾動(dòng)的速度較快，但是擾動(dòng)的幅度仍然 較大，不利于脫硝控制系統(tǒng)的穩(wěn)定。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題是克服上述現(xiàn)有技術(shù)存在的缺陷，提供一種基于擾動(dòng) 模型的脫硝控制系統(tǒng)廣義預(yù)測(cè)控制方法，在知道系統(tǒng)擾動(dòng)源的情況下，能較好地抑制被控 系統(tǒng)外擾。
[0005] 為此，本發(fā)明采用如下的技術(shù)方案:一種基于擾動(dòng)模型的脫硝控制系統(tǒng)廣義預(yù)測(cè) 控制方法，其步驟如下：
[0006] 1)獲取脫硝控制系統(tǒng)的對(duì)象模型和擾動(dòng)模型
[0007] 采取特性試驗(yàn)的方法來(lái)獲取系統(tǒng)的對(duì)象模型，獲得的模型結(jié)構(gòu)為一階加遲延的形 式，如下式所示：
[0009]上式中，G。為對(duì)象通道傳遞函數(shù)，K。為模型增益系數(shù)，T。為慣性時(shí)間，S為頻域傳遞 函數(shù)的數(shù)學(xué)算子，t。為對(duì)象通道延遲時(shí)間；
[0010]在知道系統(tǒng)擾動(dòng)源的情況下，采取特性試驗(yàn)的方法來(lái)獲取系統(tǒng)的擾動(dòng)模型，獲得 的模型結(jié)構(gòu)為一階加遲延的形式，如下式所示：
[0012] 上式中，Gr為擾動(dòng)通道傳遞函數(shù)，Kr為模型增益系數(shù)，Tr為慣性時(shí)間，S為頻域傳遞 函數(shù)的數(shù)學(xué)算子，Tr為擾動(dòng)通道延遲時(shí)間；
[0013] 2)設(shè)計(jì)擾動(dòng)控制器Grc
[0014] 當(dāng)對(duì)象模型是1時(shí)，擾動(dòng)控制器Grc = _Gr;
[0015] 當(dāng)對(duì)象模型不是1時(shí)，分兩種情況進(jìn)行算法：
[0016] A)當(dāng)對(duì)象延遲小于擾動(dòng)延遲時(shí)，8卩l(xiāng)時(shí)，擾動(dòng)控制器Grc形式如下：
[0018] B)當(dāng)對(duì)象延遲大于擾動(dòng)延遲時(shí)，時(shí)，擾動(dòng)控制器Grc形式如下：
[0020] 3)設(shè)計(jì)基于擾動(dòng)模型的廣義預(yù)測(cè)控制方法
[0021] 首先，根據(jù)對(duì)象模型設(shè)計(jì)廣義預(yù)測(cè)控制系統(tǒng)，即將對(duì)象模型離散化，設(shè)置采樣周 期、預(yù)測(cè)時(shí)域、控制時(shí)域，求解丟番圖方程，根據(jù)性能指標(biāo)函數(shù)，求解最優(yōu)控制律，獲得廣義 預(yù)測(cè)控制系統(tǒng)的控制輸出值；
[0022] 其次，將擾動(dòng)信號(hào)源輸入至擾動(dòng)控制器，獲得克服擾動(dòng)信號(hào)的控制量，將該控制量 與廣義預(yù)測(cè)控制系統(tǒng)的預(yù)測(cè)控制輸出值相加得出最終的優(yōu)化控制輸出量；
[0023] 將最終的優(yōu)化控制輸出量作用于被控對(duì)象，獲得抑制擾動(dòng)的控制響應(yīng)品質(zhì)。
[0024] 進(jìn)一步，通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)階躍擾動(dòng)試驗(yàn)進(jìn)行廣義預(yù)測(cè)控制系統(tǒng)的參數(shù)調(diào)整，當(dāng)控制時(shí)域 較大時(shí)會(huì)出現(xiàn)系統(tǒng)震蕩或不穩(wěn)定的現(xiàn)象，當(dāng)控制時(shí)域過(guò)小時(shí)系統(tǒng)響應(yīng)較慢；當(dāng)預(yù)測(cè)時(shí)域較 小時(shí)系統(tǒng)發(fā)散;根據(jù)上述的情況將廣義預(yù)測(cè)控制系統(tǒng)的參數(shù)整定到合適的值上。
[0025]本發(fā)明具有以下有益效果:保證了機(jī)組節(jié)能環(huán)保運(yùn)行;機(jī)組在擾動(dòng)狀態(tài)(尤其是磨 組啟停過(guò)程)時(shí)脫硝控制系統(tǒng)能夠處于自動(dòng)調(diào)節(jié)狀態(tài)，出口N0X波動(dòng)幅度減小，大幅減少了 運(yùn)行工作量，加強(qiáng)了機(jī)組的環(huán)保指標(biāo)達(dá)標(biāo)運(yùn)行。
【附圖說(shuō)明】
[0026] 圖1為本發(fā)明抗擾動(dòng)控制算法系統(tǒng)圖（圖中，A表示外部擾動(dòng)信號(hào)，B表示外部擾動(dòng) 信號(hào)通過(guò)擾動(dòng)模型后的輸出信號(hào)，C表示控制信號(hào)通過(guò)對(duì)象模型后的輸出信號(hào)，D表示被控 系統(tǒng)總輸出信號(hào)）。
[0027] 圖2為本發(fā)明基于擾動(dòng)模型的廣義預(yù)測(cè)控制系統(tǒng)圖（圖中，A表示預(yù)測(cè)控制輸出值， B表示擾動(dòng)控制器輸出值，C表示控制響應(yīng)）。
[0028] 圖3為采用本發(fā)明方法的機(jī)組處于AGC狀態(tài)下460MW-310MW-430MW負(fù)荷變動(dòng)時(shí)出口 N0X響應(yīng)曲線(xiàn)圖（通過(guò)實(shí)際應(yīng)用；圖中，A表示出口N0X設(shè)定值曲線(xiàn)，，B表示出口N0 X控制曲線(xiàn)，C 表示實(shí)際負(fù)荷曲線(xiàn)，D表示控制量曲線(xiàn)）。
[0029] 圖4為采用常規(guī)方法的機(jī)組處于AGC狀態(tài)下380MW-300MW負(fù)荷變動(dòng)時(shí)脫硝控制系統(tǒng) 處于手動(dòng)干預(yù)狀態(tài)，出口N0X響應(yīng)曲線(xiàn)圖（通過(guò)實(shí)際應(yīng)用；圖中，A表示出口N0 X設(shè)定值曲線(xiàn)，B 表示出口 N0X控制曲線(xiàn)，C表示實(shí)際負(fù)荷曲線(xiàn)，D表示控制量曲線(xiàn)）。
【具體實(shí)施方式】
[0030] 下面結(jié)合說(shuō)明書(shū)附圖和【具體實(shí)施方式】對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說(shuō)明。
[0031] 一、設(shè)計(jì)擾動(dòng)控制器
[0032] 若通過(guò)試驗(yàn)可以獲得系統(tǒng)的擾動(dòng)模型，則需要設(shè)計(jì)擾動(dòng)控制器，本發(fā)明提出的擾 動(dòng)控制器如圖1所示。
[0033]在圖1中，Gr是被控系統(tǒng)的擾動(dòng)模型，Gc是被控系統(tǒng)的對(duì)象模型，SPR是外擾信號(hào)，PV 是被控系統(tǒng)總輸出，CO是控制輸入，RPV是外擾信號(hào)通過(guò)擾動(dòng)模型后輸出值，CPV是控制信號(hào) 通過(guò)對(duì)象模型后的輸出值。針對(duì)該系統(tǒng)設(shè)計(jì)抗擾動(dòng)控制算法，在不考慮控制輸入的情況下， 當(dāng)外擾信號(hào)通過(guò)擾動(dòng)控制器后，輸出信號(hào)再通過(guò)控制對(duì)象模型G。，輸出的信號(hào)CPV能夠與信 號(hào)RPV相抵消，此時(shí)控制系統(tǒng)只需控制對(duì)象G。，外擾信號(hào)產(chǎn)生的作用通過(guò)抗擾動(dòng)控制算法相 抵消，能夠明顯提高系統(tǒng)克服外擾的能力。
[0034] 在推導(dǎo)抗擾動(dòng)控制算法時(shí)，首先不考慮控制輸入，即控制輸入C0的值是0,此時(shí)，根 據(jù)模型G。和Gr來(lái)推導(dǎo)抗擾動(dòng)控制算法。
[0035] 首先假設(shè)當(dāng)對(duì)象模型是1時(shí)，擾動(dòng)控制器Grc； = -Gr，此時(shí)算法最簡(jiǎn)單。當(dāng)對(duì)象模型如 圖1中所述形式時(shí)，分兩種情況進(jìn)行算法設(shè)計(jì)：
[0036] 1)當(dāng)對(duì)象延遲小于擾動(dòng)延遲時(shí)即時(shí)，擾動(dòng)控制器Grc形式如下：
[0038] 2)當(dāng)對(duì)象延遲大于擾動(dòng)延遲時(shí)即^>~時(shí)，擾動(dòng)控制器Grc形式如下：
[0040] 二、設(shè)計(jì)基于擾動(dòng)模型的廣義預(yù)測(cè)控制系統(tǒng)
[0041] 為了獲得更好的抗動(dòng)性能，設(shè)計(jì)了基于擾動(dòng)模型的廣義預(yù)測(cè)控制系統(tǒng)，其原理圖 如圖2所示。
[0042]具體設(shè)計(jì)步驟如下：
[0043] 1)系統(tǒng)對(duì)象模型和擾動(dòng)模型獲取
[0044]采取特性試驗(yàn)的方法來(lái)獲取對(duì)象的數(shù)學(xué)模型，獲得的模型結(jié)構(gòu)為一階加遲延的形 式，如式(3)所示：
[0046]在知道系統(tǒng)擾動(dòng)源的情況下，采取特性試驗(yàn)的方法來(lái)獲取對(duì)象的擾動(dòng)模型獲得的 模型結(jié)構(gòu)為一階加遲延的形式，如式(4)所示：
[0048] 2)擾動(dòng)控制器設(shè)計(jì)
[0049] 根據(jù)特性試驗(yàn)做出的對(duì)象模型和擾動(dòng)模型參數(shù)情況，比較Tr和T。的大小，由式（1) 或式(2)可以設(shè)計(jì)出擾動(dòng)控制算法，其實(shí)質(zhì)是進(jìn)行逆向計(jì)算，消除外擾對(duì)系統(tǒng)的影響。
[0050] 3)設(shè)計(jì)基于擾動(dòng)模型的廣義預(yù)測(cè)控制系統(tǒng)
[0051] 首先，根據(jù)對(duì)象模型設(shè)計(jì)廣義預(yù)測(cè)控制系統(tǒng)，即將對(duì)象模型離散化，設(shè)置好采樣周 期、預(yù)測(cè)時(shí)域、控制時(shí)域后，求解丟番圖方程，根據(jù)性能指標(biāo)函數(shù)，求解最優(yōu)控制律，獲得廣 義預(yù)測(cè)的控制輸出值。
[0052] 其次，將擾動(dòng)信號(hào)源輸入至擾動(dòng)控制器，獲得克服擾動(dòng)信號(hào)的控制量，將該控制量 與預(yù)測(cè)控制輸出值相加得出最終的優(yōu)化控制輸出量。
[0053]將最終的優(yōu)化控制量作用于被控對(duì)象，可以獲得很高的抑制擾動(dòng)的控制響應(yīng)品 質(zhì)。
[0054]通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)階躍擾動(dòng)試驗(yàn)可以進(jìn)行廣義預(yù)測(cè)控制系統(tǒng)的參數(shù)調(diào)整，當(dāng)控制時(shí)域較大 時(shí)會(huì)出現(xiàn)系統(tǒng)震蕩或不穩(wěn)定的現(xiàn)象，當(dāng)控制時(shí)域過(guò)小時(shí)系統(tǒng)響應(yīng)較慢；當(dāng)預(yù)測(cè)時(shí)域較小時(shí) 系統(tǒng)發(fā)散;根據(jù)上述的情況可以將廣義預(yù)測(cè)控制系統(tǒng)的參數(shù)整定到合適的值上。
[0055] 三、實(shí)際應(yīng)用
[0056]將本發(fā)明應(yīng)用于某電廠600MW超超臨界機(jī)組脫硝控制系統(tǒng)中，當(dāng)負(fù)荷指令按12MW/ min速率變化，機(jī)組處于AGC狀態(tài)時(shí)，獲得的出口 N0X響應(yīng)曲線(xiàn)如圖3所示。
[0057] 在圖3中，實(shí)際負(fù)荷由460麗變化到310MW再變化至430MW，出口N0X最大控制偏差 為-12mg/m3。而且整個(gè)AGC過(guò)程機(jī)組脫硝控制系統(tǒng)處于自動(dòng)控制狀態(tài)，出口 N0X比較平穩(wěn)。 [0058]為獲得對(duì)比效果，按常規(guī)方法，當(dāng)負(fù)荷指令按12MW/min速率變化時(shí)，機(jī)組處于AGC 狀態(tài)時(shí)，獲得的出口 N0X響應(yīng)曲線(xiàn)如圖4所示。
[0059] 在圖4中，實(shí)際負(fù)荷由38(MW變化到300麗，出口N0X最大控制偏差達(dá)-19mg/m3左右。 而且整個(gè)AGC過(guò)程出口 N0X波動(dòng)幅度較大，而且全程處于人工手動(dòng)調(diào)整狀態(tài)，加大了運(yùn)行人 員的工作量，影響到了機(jī)組的環(huán)保穩(wěn)定運(yùn)行。
[0060]以上所述，僅是本發(fā)明的較佳實(shí)施例而已，并非對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案作任何形式 上的限制。凡是依據(jù)本發(fā)明的技術(shù)實(shí)質(zhì)對(duì)以上實(shí)施例所作的任何簡(jiǎn)單修改、等同變化與修 飾，均落入本發(fā)明的保護(hù)范圍內(nèi)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種基于擾動(dòng)模型的脫硝控制系統(tǒng)廣義預(yù)測(cè)控制方法，其步驟如下： 1) 獲取脫硝控制系統(tǒng)的對(duì)象模型和擾動(dòng)模型 采取特性試驗(yàn)的方法來(lái)獲取系統(tǒng)的對(duì)象模型，獲得的模型結(jié)構(gòu)為一階加遲延的形式， 如下式所示：上式中，G。為對(duì)象通道傳遞函數(shù)，K。為模型增益系數(shù)，T。為慣性時(shí)間，S為頻域傳遞函數(shù) 的數(shù)學(xué)算子，τ。為對(duì)象通道延遲時(shí)間； 在知道系統(tǒng)擾動(dòng)源的情況下，采取特性試驗(yàn)的方法來(lái)獲取系統(tǒng)的擾動(dòng)模型，獲得的模 型結(jié)構(gòu)為一階加遲延的形式，如下式所示：上式中，Gr為擾動(dòng)通道傳遞函數(shù)，Kr為模型增益系數(shù)，Tr為慣性時(shí)間，S為頻域傳遞函數(shù) 的數(shù)學(xué)算子，Tr為擾動(dòng)通道延遲時(shí)間； 2) 設(shè)計(jì)擾動(dòng)控制器Grc 當(dāng)對(duì)象模型是1時(shí)，擾動(dòng)控制器Grc = -Gr ; 當(dāng)對(duì)象模型不是1時(shí)，分兩種情況進(jìn)行算法： A) 當(dāng)對(duì)象延遲小于擾動(dòng)延遲時(shí)，即h時(shí)，擾動(dòng)控制器Gr。形式如下：B) 當(dāng)對(duì)象延遲大于擾動(dòng)延遲時(shí)，即h時(shí)，擾動(dòng)控制器Gr。形式如下：3) 設(shè)計(jì)基于擾動(dòng)模型的廣義預(yù)測(cè)控制方法 首先，根據(jù)對(duì)象模型設(shè)計(jì)廣義預(yù)測(cè)控制系統(tǒng)，即將對(duì)象模型離散化，設(shè)置采樣周期、預(yù) 測(cè)時(shí)域、控制時(shí)域，求解丟番圖方程，根據(jù)性能指標(biāo)函數(shù)，求解最優(yōu)控制律，獲得廣義預(yù)測(cè)控 制系統(tǒng)的控制輸出值； 其次，將擾動(dòng)信號(hào)源輸入至擾動(dòng)控制器，獲得克服擾動(dòng)信號(hào)的控制量，將該控制量與廣 義預(yù)測(cè)控制系統(tǒng)的預(yù)測(cè)控制輸出值相加得出最終的優(yōu)化控制輸出量； 將最終的優(yōu)化控制輸出量作用于被控對(duì)象，獲得抑制擾動(dòng)的控制響應(yīng)品質(zhì)。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于擾動(dòng)模型的脫硝控制系統(tǒng)廣義預(yù)測(cè)控制方法，其特征在 于， 通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)階躍擾動(dòng)試驗(yàn)進(jìn)行廣義預(yù)測(cè)控制系統(tǒng)的參數(shù)調(diào)整，當(dāng)控制時(shí)域較大時(shí)會(huì)出現(xiàn) 系統(tǒng)震蕩或不穩(wěn)定的現(xiàn)象，當(dāng)控制時(shí)域過(guò)小時(shí)系統(tǒng)響應(yīng)較慢；當(dāng)預(yù)測(cè)時(shí)域較小時(shí)系統(tǒng)發(fā)散； 根據(jù)上述的情況將廣義預(yù)測(cè)控制系統(tǒng)的參數(shù)整定到合適的值上。
【文檔編號(hào)】G05B13/04GK105929695SQ201610533477
【公開(kāi)日】2016年9月7日
【申請(qǐng)日】2016年7月8日
【發(fā)明人】李泉, 尹峰, 羅志浩
【申請(qǐng)人】國(guó)網(wǎng)浙江省電力公司電力科學(xué)研究院, 國(guó)家電網(wǎng)公司