再热汽温度控制方法及装置与流程

本发明涉及热工控制领域，具体地，涉及一种再热汽温度控制方法及装置。
背景技术：
：电站锅炉的再热汽温度是机组安全、经济运行的重要参数之一。再热汽温度偏高，接近材料的承受能力，很容易爆管；温度偏低，则直接降低了机组的经济效率。再热器的调温方式主要通过燃烧器摆角调节、烟气挡板调节与喷水调节共同控制，这三种方式的具体工作原理如下：(1)燃烧器摆角调节：图1示出了燃烧器的结构示意图。如图1所示，燃烧器10中从下至上主要分为三个区：初步燃烧区11、再燃烧区13、燃尽区13，通过摆动燃烧器可以调整火焰中心，从而改变再热器受热情况以改变再热器出口温度；(2)烟气挡板调节：图2示出了锅炉尾部烟道结构示意图。如图2所示，锅炉尾部烟道包含2个并列的烟道(再热器烟道和过热器烟道)，其中再热器烟道中包括有低温再热器21和省煤器22，过热器烟道中包括有一级过热器23和省煤器24。在烟温较低的省煤器22和24下面分别布置可控制的烟气挡板25和26，再热器烟道中的烟气挡板25和过热器烟道中的烟气挡板26配合动作，改变流经再热器烟道的烟气流量，从而控制再热汽的温度。(3)喷水调节：图3示出了喷水装置的安装示意图。如图3所示，在低温再热器31和高温再热器32的两侧安装有喷水减温器33和34，该两个喷水减温器33和34共同在应对紧急事故时进行喷水。由于喷水调节会降低机组的热效率，因此在正常运行时，希望喷水为零。但是，作为再热汽温度的主要调节手段，燃烧器摆角调节和烟气挡板调节大多不能自动投入运行，并且调温缓慢，为保证机组安全运行，仍需使用喷水调节作为辅助调节手段。而目前来说，如何有效调整上述三种方式的具体执行动作仍然比较难以实现。目前大型锅炉的汽温控制绝大多数采用串级PID控制方式。许多研究人员提出了一些先进控制策略，如自适应控制、模糊控制策略等。但这些控制策略需要操作人员掌握大量的先进技术，而且在调试、运行过程中不便操作，因此并没有大量投入使用。技术实现要素：本发明的目的是提供一种再热汽温度控制方法及装置，能够有效地确定出当前时刻应施加于系统的控制动作。为了实现上述目的，本发明提供一种再热汽温度控制方法，该方法包括：接收喷水减温对再热汽温度的控制量、烟气挡板对再热汽温度的控制量以及燃烧器对再热汽温度的控制量；由所述再热汽温度的温度预测模型根据所述喷水减温对再热汽温度的控制量、烟气挡板对再热汽温度的控制量以及燃烧器对再热汽温度的控制量而输出下一时刻的温度值；以及根据所述下一时刻的温度值与该下一时刻的预设值之间的差值来确定应施加的控制量以控制所述再热汽温度。相应地，本发明还提供一种再热汽温度的控制装置，该装置包括：接收模块，用于接收喷水减温对再热汽温度的控制量、烟气挡板对再热汽温度的控制量以及燃烧器对再热汽温度的控制量；温度值计算模块，用于由所述再热汽温度的温度预测模型根据所述喷水减温对再热汽温度的控制量、烟气挡板对再热汽温度的控制量以及燃烧器对再热汽温度的控制量而输出下一时刻的温度值；以及控制量计算模块，根据所述下一时刻的温度值与该下一时刻的预设值之间的差值来确定应施加的控制量以控制所述再热汽温度。通过上述技术方案，建立再热汽温度的温度预测模型，然后再根据温度预测模型的输出值与当前预设值之间的差值来反推出当前应当施加的控制量，进而根据该应施加控制量对系统施加控制动作可以保证再热汽温度满足系统要求而不致于偏高或偏低。本发明的其它特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。附图说明附图是用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与下面的具体实施方式一起用于解释本发明，但并不构成对本发明的限制。在附图中：图1示出了燃烧器的结构示意图；图2示出了锅炉尾部烟道结构示意图；图3示出了喷水装置的安装示意图；图4示出了一实施例中再热汽温度控制方法的流程图；图5示出了另一实施例中再热汽温度控制方法的流程图；图6示出了又一实施例中再热汽温度控制的基本原理图；以及图7示出了本发明提供的再热汽温度的控制装置结构框图。附图标记说明10燃烧器摆角11初步燃烧区12再燃烧区13燃尽区21低温再热器22、24省煤器23一级过热器25、26烟气挡板31低温再热器32高温再热器33、34喷水减温器41接收模块42温度值计算模块43控制量计算模块具体实施方式以下结合附图对本发明的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本发明，并不用于限制本发明。图4示出了一实施例中再热汽温度控制方法的流程图。如图4所示，再热汽温度控制方法可以包括：步骤S11，接收喷水减温对再热汽温度的控制量、烟气挡板对再热汽温度的控制量以及燃烧器对再热汽温度的控制量，该四个控制量是指当前时刻施加于再热汽的控制量大小；步骤S12，由所述再热汽温度的温度预测模型根据所述喷水减温对再热汽温度的控制量、烟气挡板对再热汽温度的控制量以及燃烧器对再热汽温度的控制量而输出下一时刻的温度值；以及步骤S13，根据所述下一时刻的温度值与该下一时刻的预设值之间的差值来确定应施加的控制量以控制所述再热汽温度。预测控制是近年发展起来的一类新型计算机控制方法。它不需要对被控对象建立精确的数学模型，而是利用数字计算机的计算能力实行在线的滚动优化计算，从而取得好的控制效果。目前发展了多种预测控制算法：有Richalet、Mehra等提出的，建立在非参数模型脉冲响应基础上的模型预测启发控制(MPHC)，或称为模型算法控制(MAC)，以及Culter等提出的，建立在非参数模型阶跃响应基础上的动态矩阵控制(DMC)等。基于辨识过程参数模型，且带有自校正机制、在线修正模型参数的预测控制算法的Clarke的广义预测控制(GPC)、Lelic的广义预测极点配置控制(GPP)等。由于再热器的调温方式主要通过燃烧器摆角调节、烟气挡板调节与喷水调节共同控制，因此，在步骤S12中的温度预测模型可以与该三种调节方式中各自的控制量相关。进一步地，可以首先建立关于每一控制量与再热汽温度的传递函数，然后根据该传递函数来建立温度预测模型。可选地，燃烧器摆角-再热汽温度、烟气挡板-再热汽温度和喷水减温-再热汽温度的传递函数都可以用一阶惯性加纯迟延的模式来进行描述：G(s)=KTs+1e-τs---(1)]]>其中K为增益，T为一阶惯性时间，τ为延迟时间，s表示复数域。如图3所示，电厂喷水减温一般分为两侧，可记为A侧和B侧，每一侧都有一个喷水减温器对本侧再热汽温进行控制，烟气挡板和燃烧器对两侧再热汽温都有作用。因此关于被控对象的温度预测模型可以通过下式来表示：ΔYaΔYb=G110G13G140G22G23G24×ΔUaΔUbΔUgasΔUBurner---(2)]]>其中，ΔYa为A侧再热汽温度，ΔYb为B侧再热汽温度，ΔUa为A侧喷水减温对再热汽温度的控制量，ΔUb为B侧喷水减温对再热汽温度的控制量，ΔUgas为烟气挡板对再热汽温度的控制量，ΔUBurner为燃烧器对再热汽温度的控制量。G11、G13、G14分别为喷水减温、烟气挡板、燃烧器摆角在A侧的形式如公式(1)所示的传递函数，G22、G23、G24分别为喷水减温、烟气挡板、燃烧器摆角在B侧的形式如公式(1)所示的传递函数。公式(2)是一个关于4输入-2输出的温度预测模型，该温度预测模型可以根据当前时刻的各控制量来预测出下一时刻再热汽的温度，将该下一时刻再热汽的温度与该下一时刻预先设定的温度值进行比较，根据二者的差值来对上述4个输入进行滚动优化，进而计算出当前时刻应施加于系统的控制量大小。图5示出了另一实施例中再热汽温度控制方法的流程图。如图5所示，优选地，再热汽温度控制方法还可以包括：步骤S21，根据所述温度预测模型输出的当前时刻的温度值与该当前时刻的实际温度值来确定误差权值；步骤S22，使用所述误差权值对所述温度预测模型进行修正；以及步骤S23，根据修正后的温度预测模型输出的下一时刻的温度值与该下一时刻的预设值之间的差值来确定所述应施加的控制量。为了使得再热汽的温度预测更加准确，可以在不同的机组负荷值的情况下分别建立针对燃烧器摆角-再热汽温度、烟气挡板-再热汽温度和喷水减温-再热汽温度的多个温度预测模型，然后可以通过改变传递函数的权值参数来确定最终的温度预测模型。假设建立有m个温度预测模型，设每个温度预测模型的预测误差为Em，该预测误差Em为温度预测模型的输出值与实际温度值之间的差值，则误差权值qi可以表示为：qi=1/EiΣi=1m(1/Ei)---(3)]]>其中，i为整数，且i＝1,…,m。进一步地，可以使用误差权值qi来修正公式(2)所示的温度预测模型，该修正主要是针对公式(2)中的传递函数，以G11函数为例，则修正后的G11可以表示为：G11(s)=Σi=1mKiqi(Σi=1mTiqi)s+1e-(Σi=1mτiqi)s---(4)]]>其它传递函数G13、G14G22、G23、G24与G11类似，这里不再详细描述。然后使用当前时刻修正后的温度预测模型来预测计算下一时刻的再热汽温度，根据该计算的下一时刻的再热汽温度和预设的下一时刻的温度之间的差值来对公式(2)中的四个输入进行滚动优化，进而计算出当前时刻应施加于系统的控制量大小。优选地，可以使用二次型性能指标来进行上述的滚动优化。优化计算公式可以表示为：Jp=[yc(k+1)-R(k+1)]TQ[yc(k+1)-R(k+1)]+ΔUT(k)λΔU(k)--(5)]]>该公式(5)满足约束条件：ymin≤yc≤ymaxΔumin≤ΔU≤Δumaxumin≤U≤umax]]>其中，yc(k+1)是k+1时刻的温度预测模型的预测输出值，R(k+1)是给定的控制输出序列，Q表示被调量误差权值；ΔU表示控制量的变化量；λ表示控制量变化量的权值；U表示控制量；ymin表示被调量的下限；ymax表示被调量的上限；Δumax、Δumin为控制量变化率的上下限；umax、umin为控制量的上下限。考虑如下线性离散时间系统的状态空间增量模型：Δx(k+1)=AΔx(k)+BuΔu(k)yc(k)=CcΔx(k)+yc(k-1)---(6)]]>其中，Δx(k)＝x(k)-x(k-1)，Δu(k)＝u(k)-u(k-1)。模型中是状态增量，Δu(k)∈Rnu是控制量的输入增量：是被控输出量；A,Bu,Cc是相应维数的系数矩阵。二次型性能指标函数可表示为：Jp=[yc(k+1)-R(k+1)]TQ[yc(k+1)-R(k+1)]+ΔUT(k)λΔU(k)--(7)]]>定义：Ep(k+1|k)=R(k+1)-SxΔx(k)-Iyc(k)+V(yc(k-1)-y(k-1))---(8)]]>其中V为反馈校正矩阵，yc(k)为k时刻的温度预测模型的预测值，yc(k-1)为k-1时刻的温度预测模型的预测值，y(k-1)为k-1时刻的实际值。考虑约束条件，则二次型性能指标函数转换变为：J＝ΔU(k)THΔU(k)+G(k+1|k)TΔU(k)H=SuTΓyTΓySu+ΓuTΓu---(9)]]>G(k+1|k)=2SuTΓyTΓyEp(k+1|k)]]>公式(9)满足约束条件：CuΔU≥b(k+1|k)其中公式中数学符号采用如下定义：R(k+1)=r(k+1)r(k+2)...r(k+p)p×1,ΔU=u(k)u(k+1)...u(k+m-1)m×1,]]>Su=CuBu00...0Σi=12CcAi-1BuCuBu0...0...............Σi=1mCcAi-1BuΣi=1mCcAi-1Bu......CuBu...............Σi=1pCcAi-1BuΣi=1p-1CcAi-1Bu......Σi=1p-m-1CcAi-1Bup×m]]>Sx=CcACcA2+CcA...Σi=1pCcAip×1I=Inc×ncInc×nc...Inc×ncp×1]]>Ymax(k+1)=ymax(k+1)ymax(k+2)...ymax(k+p)p×1Ymin(k+1)=ymin(k+1)ymin(k+2)...ymin(k+p)p×1]]>Γy＝diag{Γy,1Γy,2…Γy,p}p×pΓu＝diag{Γu,1Γu,2…Γu,p}m×mCu=-TTTT-LTLT-SuTSuT(4m+2p)×1T]]>其中ymin(k+i)、p表示预测步数，m表示控制步数，nu为控制变量个数，nb为输出变量个数。Γy，Γu为加权矩阵，r(k+p)是(k+p)时刻给定的控制输出。表示nc×nc维的单位矩阵。图6示出了又一实施例中再热汽温度控制的基本原理图。如图6所示，在该实施例中，将当前时刻温度预测模型输出的温度值yc(k)与实际温度值y(k)进行比较，以确定模型的预测误差Ve(k)，然后可以使用该预测误差修正温度预测模型预测的下一时刻的温度值yc(k+1)，具体地，可以将该预测误差添加至温度预测模型预测的下一时刻的温度值yc(k+1)，将修正后下一时刻的温度值与参考轨迹中该时刻的预设温度值R(k+1)进行比较，该参考轨迹是指预先设定的每一时刻的温度值的一个序列，之后可以通过表示二次型性能指标函数的公式(9)进行滚动优化，进而可以有效地计算出当前时刻应施加于系统的控制量大小，进而使得在该施加的控制量的情况下，下一时刻的再热汽温度的实际值和预设值接近或相等。在实际控制中，采用燃烧器摆角和烟气挡板对再热汽温度进行粗调，采用喷水减温实现细调，同时需要尽量减小喷水减温器阀门开度，因此，可以对在公式(9)中增加喷水减温控制量的约束权值γ，则公式(9)可以变为：J＝ΔU(k)THΔU(k)+G(k+1|k)TΔU(k)+UTγUH=SuTΓyTΓySu+ΓuTΓu---(10)]]>G(k+1|k)=2SuTΓyTΓyEp(k+1|k)]]>公式(10)的约束条件为：ECuΔU≥Eb(k+1|k)对公式(10)进行整理得到：J＝ΔU(k)TH′ΔU(k)+G′(k+1|k)TΔU(k)H′=SuTΓyTΓySu+ΓuTΓu+γ---(11)]]>G′(k+1|k)=2SuTΓyTΓyEp(k+1|k)+2γU(k-1)]]>公式(11)的约束条件为：ECuΔU≥Eb(k+1|k)通过调节公式(11)的约束权值γ可以实现对喷水减温控制量的限制，进而尽量减小喷水减温器阀门开度，提高机组的热效率。此外，在公式(9)的数学符号中，预测步数p所包含的个数很多，这会造成滚动优化计算方面的负担，因此，优选地可以采用block方法来降低二次型性能指标函数对应施加的控制量的求解过程的计算量，即只在预测步数中几个选定的点(一般个数为8-10个点，这些点可以平均分配在预测步数中)上进行滚动优化及施加约束权值，从而降低计算量，提高运算速度。对于具体如何使用block方法属于本领域公知常识，这里将不再赘述。图7示出了本发明提供的再热汽温度的控制装置结构框图。如图7所示，相应地，本发明还提供一种再热汽温度的控制装置，该装置包括：接收模块41，用于接收喷水减温对再热汽温度的控制量、烟气挡板对再热汽温度的控制量以及燃烧器对再热汽温度的控制量；温度值计算模块42，用于由所述再热汽温度的温度预测模型根据所述喷水减温对再热汽温度的控制量、烟气挡板对再热汽温度的控制量以及燃烧器对再热汽温度的控制量而输出下一时刻的温度值；以及控制量计算模块43，根据所述下一时刻的温度值与该下一时刻的预设值之间的差值来确定应施加的控制量以控制所述再热汽温度。本发明所提供的再热汽温度的控制装置与上述再热汽温度的控制方法的工作原理与益处相似，这里将不再赘述。以上结合附图详细描述了本发明的优选实施方式，但是，本发明并不限于上述实施方式中的具体细节，在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种简单变型，这些简单变型均属于本发明的保护范围。另外需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合，为了避免不必要的重复，本发明对各种可能的组合方式不再另行说明。此外，本发明的各种不同的实施方式之间也可以进行任意组合，只要其不违背本发明的思想，其同样应当视为本发明所公开的内容。当前第1页1 2 3