带煤质校正的协调系统多模型预测控制及应用研究

摘要

协调系统是火电机组正常运行的核心控制系统，其控制器性能直接影响机组的安全性和经济性，对电网安全也有重要地影响。协调系统作为一个多变量、强耦合、大时滞、参数时变的非线性系统，采用传统控制策略难以取得令人满意的控制效果。同时，受国内燃煤供求影响，机组的入炉煤质常偏离设计煤种并且频繁发生变化，对协调系统控制系统的控制品质提出了更苛刻的要求。
　　预测控制能够预测系统未来时刻的输出，从而提前动作，在处理多变量大时滞对象时有很大的优势。本文通过在预测模型内部设置煤质模型弥补煤质波动带来的模型误差，提高控制器在煤质变化时的控制性能;针对协调系统全局范围的非线性特征，采用多模型的方式改进预测控制器。
　　本文根据协调系统特性和运行要求，研究带煤质校正的多模型预测控制算法，主要研究内容包括:
　　1、通过分析煤质变化对协调系统带来的影响，在预测模型内设计可在线校正的煤质模型。针对协调系统非线性的特点，基于对火电机组运行状态进行分析，提出协调系统多模型划分准则。对现场采集的闭环运行数据，使用Hankel矩阵SVD分解方法和预报误差法进行闭环辨识，并对辨识结果进行了理论分析，验证结果的可靠性。
　　2、基于上文建立的预测模型，提出一种带煤质校正的协调系统动态矩阵控制方法。动态矩阵控制策略由于采用了模型预测，滚动优化以及反馈校正的手段，能够有效提高系统的控制效果。同时，给出了煤质变化情况下煤质模型的在线校正方案，通过在线校正弥补煤质变化带来的模型偏差，提高预测控制器性能。最后利用Simulink仿真实验平台，进行仿真实验，验证方法的可行性。
　　3、基于Matlab与C++语言平台，进行协调控制软件结构设计，解决系统通信、程序监视等一系问题，完成了协调系统多模型预测控制软件的编写。研究预测控制器参数设置方式，在此基础上提出了动态加权矩阵设计方案以避免触发协调系统闭锁逻辑。此外，针对磨煤机启停会造成协调系统参数大范围波动这一现象，给出了相应的处理方案。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 选题背景和研究意义

1．2 单元机组协调系统建模研究现状

1．2．1 单元机组建模研究现状

1．2．2 多模型建模研究现状

1．3 单元机组协调系统控制研究现状

1．3．1 协调控制方法研究现状

1．3．2 预测控制研究现状

1．4 煤质校正方法研究现状

1．5 本文的主要研究内容

第二章 机炉协调系统多模型建模

2．1 引言

2．2 预测模型的结构设计

2．2．1 煤质模型的设计

2．2．2 子模型工况点选取

2．2．3 多模型加权方式

2．3 闭环系统的辨识方法研究

2．3．1 协调系统对象的闭环可辨识性

2．3．2 对象模型结构选择

2．3．3 对象模型参数估计

2．3．4 辨识方法仿真研究

2．4 基于现场数据的协调多模型辨识

2．4．1 低负荷子模型辨识

2．4．2 中、高负荷子模型辨识

2．4．3 辨识结果分析

2．5 本章小结

第三章 带煤质校正的协调系统预测控制算法研究

3．1 引言

3．2 约束多变量动态矩阵控制算法

3．2．1 协调控制系统结构

3．2．2 约束多变量动态矩阵控制算法

3．3 煤质模型在线校正算法

3．3．1 煤质模型增益的在线校正

3．3．2 煤质模型时滞的在线校正

3．4 仿真研究

3．4．1 500MW机组仿真模型

3．4．2 控制器参数设定

3．4．3 仿真结果分析

3．5 本章小结

第四章 协调控制软件设计

4．1 引言

4．2 控制软件的开发

4．2．1 控制软件结构

4．2．2 软件编程技术

4．2．3 软件通信方式

4．2．4 软件界面展示

4．2．5 DCS系统组态修改

4．3 算法工程实现

4．3．1 控制器参数设置

4．3．2 协调闭锁应对策略

4．3．3 磨煤机启停控制策略

4．4 控制方案仿真实验

4．5 本章小结

第五章 结论和展望

5．1 本文主要工作内容

5．2 今后的工作展望

致谢

参考文献

作者在攻读硕士学位期间发表的论文

作者在攻读硕士学位期间参与的专利设计

作者在攻读硕士学位期间参与的科研项目