基于多变量预测控制的超超临界单元机组协调控制系统研究

摘要

我国的能源结构决定了我国电力行业目前仍以燃煤发电为主，由于超超临界机组发电技术具有良好的继承性、大型化实现容易等亚临界机组不具备的优点，提高超超临界机组在整个火电机组中的比例及其控制水平，是推进燃煤发电技术的一个重要方向。超超临界机组的协调控制系统是在传统的控制系统的基础上发展起来的，是整个控制系统的核心部分，因此提高超超临界机组协调控制的水平对于提高超超临界机组的效率具有重要意义。超超临界协调控制具有动态延迟性大、机炉控制耦合严重以及非线性强等控制难点。基于此本文提出以多变量预测控制为基础加智能前馈的方式构成前馈-反馈预测控制进行协调控制系统研究。其中多变量预测控制是基于扩展状态空间形式的预测控制，通过有效集法求解二次规划目标函数得到最优控制量;智能前馈主要针对锅炉侧响应较慢的特性设计了给煤量智能前馈，包括静态和动态两个部分。静态部分是以能量的精准平衡为基础所设计的给煤量基线前馈，由此确定目标负荷指令下的基准总燃料量，而动态部分则包括了基于能量偏差的预给煤前馈、保证压力稳定的压力拉回和压力偏差微分前馈，通过这些前馈，充分考虑了机组蓄能的动态补偿，对锅炉调节给予一定的超调燃量，加快其响应，保证机组的快速性。最后以智能DPU开发为平台，将直流炉机组非线性模型和多变量预测控制器封装成块，在虚拟DPU中搭建仿真组态，进行有无前馈、燃料量扰动、大范围变负荷等实时仿真，同时还与模糊增益调度算法进行对比，对系统控制效果的有效性进行进一步验证。

目录

声明

摘要

1．1 选题背景和意义

1．2 国内外研究现状

1．2．1 协调控制系统模型和控制策略的研究现状

1．2．2 预测控制在电厂热工中的应用现状

1．3 论文主要内容和结构安排

第2章 直流炉模型和基于扩展状态空间的预测控制

2．1 直流炉模型

2．1．1 简化非线性数学模型

2．1．2 模型工况点确定和线性化

2．2 扩展状态空间模型

2．3 求解无约束预测控制问题

2．4 求解有约束预测控制问题

2．4．1 约束表示

2．4．2 二次规划形式

2．4．3 有效集法解凸二次规划问题

2．5 小结

第3章 直流炉协调控制系统智能前馈

3．1 具有前馈一反馈结构的预测控制

3．2 锅炉主控前馈部分设计

3．2．1 机组负荷-煤量线性前馈回路

3．2．2 基于能量偏差的预给煤回路

3．2．3 主蒸汽压力偏差拉回回路

3．2．4 主蒸汽压力偏差微分作用回路

3．3 基于实际对象模型的前馈输出

3．4 小结

第4章 基于智能DPU开发的实时仿真

4．1 智能DPU开发

4．1．1 DPU开发简要说明

4．1．2 开发需实现的函数

4．2 虚拟DPU实时仿真

4．2．1 预测控制系统的参数整定与设计

4．2．2 无前馈仿真实验

4．2．3 有前馈仿真实验

4．2．4 燃料量扰动实验

4．2．5 大范围变工况实验

4．3 前馈-反馈预测控制与模糊增益调度控制对比

4．4 小结

5．1 结论

5．2 建议

参考文献

攻读硕士期间发表的学术论文及其他成果

致谢