一种基于模糊控制规则改善一次调频性能的控制方法
【专利摘要】本发明公开了一种基于模糊控制规则改善一次调频性能的控制方法，包括：建立一次调频指令与燃气轮机燃料阀开度之间的信号通道；将联合循环机组所处的负荷点的实发功率模糊化，将其模糊集定义为3个模糊子集，将一次调频指令、燃气轮机燃料阀开度变化量模糊化，分别将二者的模糊集定义为7个模糊子集；得到模糊控制规则表，求得综合的模糊关系R；最后，将模糊输出量使用重心法解模糊，得到最终精确的燃气轮机燃料阀开度的变化量，并叠加在燃气轮机燃料阀开度的信号中。本发明将联合循环机组的一次调频指令经过模糊规则运算直接叠加于燃气轮机燃料阀开度之上，使得机组负荷控制系统能够响应一次调频指令更加迅速，跟踪效果更好。
【专利说明】一种基于模糊控制规则改善一次调频性能的控制方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种控制方法，特别涉及一种基于模糊控制规则改善一次调频性能的 控制方法。
【背景技术】
[0002] 随着国家"节能减排"政策的进一步实施，火力发电机组的发电成本日趋提高，而 燃气轮机及其联合循环机组具有高效率、高灵活性、低排放、建设周期短、资金花费少等一 系列的优点，成为代替火电机组的首选。大多数的联合循环机组承担着电网调峰任务，其负 荷指令波动较大。其一次调频指令较为频繁，同时，新制定的考核标准要求一次调频响应时 间小于3秒，达到90%扰动幅度的响应时间小于15秒。而根据燃气轮机的运行特性可知， 燃气从进入燃烧室，再到转换成机组实发功率需要经历2?3秒。汽轮机由于其惯性较大， 且需要保证对外供热的蒸汽品质，其蓄热难以发挥作用。由此可见，在面对频繁的一次调频 指令变化时，联合循环机组实发功率跟踪指令变化显得力不从心。
[0003] 由于一次调频指令的特殊性，其所引起的燃气轮机燃料阀开度变化，与当前时刻 联合循环机组所处的负荷位置以及一次调频指令变化幅度有关，传统的固定前馈增益K的 做法显然不适合当前的控制要求。因此，研究设计针对一次调频指令的智能前馈控制算法 具有特别重要的意义。
【发明内容】
[0004] 本发明的目的在于克服现有技术中的不足，提供一种基于模糊控制规则改善一次 调频性能的控制方法，解决传统的一次调频控制带来的燃气轮机组负荷响应一次调频指令 时间较长，跟踪一次调频指令精确度较差，易于振荡的技术问题。
[0005] 为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：一种基于模糊控制规则改善 一次调频性能的控制方法，包括如下步骤：
[0006] 步骤1 :建立一次调频指令Nf与燃气轮机燃料阀开度仏之间的信号通道，采用模 糊控制来改善一次调频性能；
[0007] 步骤2 :将联合循环机组实发功率凡模糊化，将其模糊集定义为：大、中、小3个模 糊子集，模糊子集的隶属度函数采用三角形函数；
[0008] 步骤3 :将一次调频指令Nf、燃气轮机燃料阀开度变化量Λ仏模糊化，分别将二者 的模糊集定义为7个模糊子集：负大、负中、负小、零、正小、正中、正大，二者模糊子集的隶 属度函数仍然采用三角形函数；
[0009] 步骤4 :采用Mamdani推理法则，得到模糊控制规则表，经过极大-极小组合规则 来推理模糊算法，求得综合的模糊关系R ;
[0010] 步骤5 :将模糊输出量，即燃气轮机燃料阀开度变化量Λ仏使用重心法解模糊，得 到最终精确的燃气轮机燃料阀开度的变化量，并叠加在燃气轮机燃料阀开度Ui的信号中。
[0011] 所述一次调频指令Nf的范围是[-10,10]MW。
[0012] 所述燃气轮机燃料阀开度变化量Λ Ui的范围是[-1. 5%，1. 5% ]。
[0013] 与现有技术相比，本发明的有益效果是：通过采用模糊控制规则改善一次调频性 能，弥补目前的传统固定前馈增益控制方法的不足，用于燃气蒸汽联合循环机组负荷控制 系统，使得系统在3秒内响应一次调频指令，15秒内达到90%的扰动幅度这一新的考核标 准要求，同时也保证系统实发功率能够尽快的稳定；基于现场的专家经验，对现场的采集的 数据进行模糊化处理，因此，基于模糊控制规则改善一次调频性能的控制方法具有良好的 控制效果。
【专利附图】
【附图说明】
[0014] 图1是本发明基于模糊控制规则改善一次调频性能的控制方法示意图。
[0015] 图2是燃气蒸汽联合循环机组实发功率凡的隶属函数。
[0016] 图3是燃气蒸汽联合循环机组一次调频指令Nf的隶属函数。
[0017] 图4是燃气轮机燃料阀开度变化量Λ &的隶属函数。
[0018] 图5是联合循环机组位于109MW负荷点时，一次调频指令响应效果对比图。
[0019] 图6是联合循环机组位于165MW负荷点时，一次调频指令响应效果对比图。
【具体实施方式】
[0020] 本发明是将联合循环机组的一次调频指令经过模糊规则运算直接叠加于燃气轮 机燃料阀开度之上，使得燃气轮机组负荷控制系统能够响应一次调频指令更加迅速，跟踪 效果更好。下面以180MW燃气蒸汽联合循环机组为例，结合附图对本发明作进一步描述。 以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范 围。
[0021] 如图1所示，为本发明基于模糊控制规则改善一次调频性能的控制方法示意图， 包括如下步骤：
[0022] 步骤1 :建立一次调频指令乂与燃气轮机燃料阀开度仏之间的信号通道，如图1所 示，一次调频指令Nf经过模糊规则前馈控制器计算，得到燃气轮机燃料阀开度变化量Λ Up 将其叠加于燃料阀开度Α之上。通过模糊前馈控制器串联Nf和仏，并采用模糊控制来改善 一次调频性能；
[0023] 步骤2 :根据实际的运行工况和机组的操作经验，将联合循环机组的实发功率凡 模糊化。将其模糊集定义为3个模糊子集：S:小、M:中、L:大，模糊子集的隶属度函数μ e 采用三角形函数，如图2所示，是燃气蒸汽联合循环机组实发功率凡的隶属函数，联合循环 机组大、中、小三个负荷点分别是90MW、130MW和170MW。
[0024] 步骤3 :将一次调频指令Nf和燃气轮机燃料阀开度变化量Λ仏模糊化，将二者的 模糊集定义为7个模糊子集：负大：NL、负中：NM、负小：NS、零：ZR、正小：PS、正中：PM、正大： PL，二者模糊子集的隶属度函数仍然采用三角形函数。如图3所示，是燃气蒸汽联合循环机 组一次调频指令乂的隶属函数μ f，一次调频指令Nf的范围是[-10,10]MW，如图4所示，是 燃气轮机燃料阀开度变化量的隶属函数μ i，随着一次调频指令Nf变化的燃气轮机燃 料阀开度变化量Λ仏的范围是[-1.5^,1.5% ]。
[0025] 步骤4 :采用Mamdani推理法则，由实际操作经验可以得到以下的模糊控制规则 表，如下表所示：
[0026]
【权利要求】
1. 一种基于模糊控制规则改善一次调频性能的控制方法，其特征在于，包括如下步 骤： 步骤1 :建立一次调频指令Nf与燃气轮机燃料阀开度Ui之间的信号通道，采用模糊控 制来改善一次调频性能； 步骤2 :将联合循环机组的实发功率凡模糊化，将其模糊集定义为：大、中、小3个模糊 子集，模糊子集的隶属度函数采用三角形函数； 步骤3 :将一次调频指令Nf、燃气轮机燃料阀开度变化量△仏模糊化，分别将二者的模 糊集定义为7个模糊子集：负大、负中、负小、零、正小、正中、正大，二者模糊子集的隶属度 函数仍然采用三角形函数； 步骤4 :采用Mamdani推理法则，得到模糊控制规则表，经过极大-极小组合规则来推 理模糊算法，求得综合的模糊关系R ; 步骤5 :将模糊输出量，即燃气轮机燃料阀开度变化量使用重心法解模糊，得到最 终精确的燃气轮机燃料阀开度的变化量，并叠加在燃气轮机燃料阀开度Α的信号中。
2. 根据权利要求1所述的基于模糊控制规则改善一次调频性能的控制方法，其特征在 于，所述一次调频指令Nf的范围时[_10，10]MW。
3. 根据权利要求2所述的基于模糊控制规则改善一次调频性能的控制方法，其特征在 于，所述燃气轮机燃料阀开度变化量Λ仏的范围是]。
【文档编号】G05B13/04GK104298108SQ201410461133
【公开日】2015年1月21日 申请日期:2014年9月11日 优先权日:2014年9月11日
【发明者】钱庆生, 殳建军, 于国强, 刘今, 高爱民, 丁建良, 钱玉妹, 吕剑虹, 杨梓俊, 张卫庆, 李玮, 陈刚, 胡尊民, 王亚顺 申请人:国家电网公司, 江苏省电力公司, 江苏方天电力技术有限公司