融合扩张观测器的超临界火电机组机炉协调控制方法与流程

技术特征：

1.融合扩张观测器的超临界火电机组机炉协调控制方法，其特征在于：该方法基于由多模型预测控制模块得到的将机组的输出量驱动至给定的目标值的多模型预测控制项u_mpc(k)与由扩张状态观测模块得到的用于补偿机组各控制通道内扰动及不确定性、消除系统的稳态误差的扰动补偿项u_ESO(k)的和得到控制量；

其具体包括以下步骤：

1.1、基于机炉协调系统的多个局部子模型建立所述多模型预测控制模型，在采样时间点根据机组实发功率确定当前负荷点对应的加权模型，以该加权模型，计算得到代价函数最小化的最优控制量，即多模型预测控制项u_mpc(k)；

1.2、所述扩张状态观测模块通过构造一个扩张的状态观测器，基于对系统内存在的扰动及模型不确定性进行估计，在采样时间点产生对应的补偿控制项u_ESO(k)；

1.3、将多模型预测控制项u_mpc(k)和补偿控制项u_ESO(k)叠加得到系统的总控制量；

1.4、使超临界机组的功率跟踪电网给予的负荷指令，并将主蒸汽温度与压力控制在给予的参考值内，保证控制输入量负荷系统执行机构的物理限制。

2.根据权利要求1所述的融合扩张观测器的超临界火电机组机炉协调控制方法，其特征在于：所述步骤1.1中的多模型预测控制项u_mpc(k)由式1求得：

u_mpc(k)＝YG^-1x(k)+u_s； (1)

其中，k为采样时间点，Y,G由下列线性矩阵不等式可得：

$\underset{G,Y,S,U}{\min }\mathrm{\γ}$

$\left[\begin{array}{cc}1& x^T\left(k\right)\\ x\left(k\right)& S\end{array}\right]\≥0$

$\left[\begin{array}{cccc}{G}^T+G-S& {\left(A_{i}G+B_{i}Y\right)}^T& {\left(C_{i}G+D_{i}Y\right)}^T{Q}_0^{1/2}& Y^T{R}_0^{1/2}\\ A_{i}G+B_{i}Y& S& & \\ Q_0^{1/2}\left(C_{i}G+D_{i}Y\right)& & \mathrm{\γ}I& \\ R_0^{1/2}Y& & & \mathrm{\γ}I\end{array}\right]\≥0,$

$\left[\begin{array}{cc}U& Y\\ Y^T& G^T+G-S\end{array}\right]\≥0,U_{jj}\≤u_{j,boundary}^2,j=1,...,n_u$

其中，γ为代价函数的上界，该代价函数J表示为

$J=\underset{i=0}{\overset{\mathrm{\∞}}{\mathrm{\Σ}}}y{(k+i|k)}^T{Q}_{0}y(k+i|k)+{\left({\mathrm{YG}}^{-1}x\right(k+i|k\left)\right)}^T{R}_0\left({\mathrm{YG}}^{-1}x\right(k+i|k\left)\right);---\left(2\right)$

其中，y(k)、x(k)分别表示在采样时间点k，模型的输出量和状态量；k+i|k表示在采样时间点k对第k+i时刻的预测值；x_s为系统状态的目标稳态值；

u_j,boundary＝min(|u_j,min-u_j,s|,|u_j,max-u_j,s|),j＝1,…,n_u； (3)

其中，u_j,s为系统第j个控制输入的目标稳态值，u_j,s与x_s由输出量目标值及机炉协调系统的非线性模型联立求得，u_j,min与u_j,max分别为控制输入量约束的下界与上界；

其中；A_i，B_i，C_i，D_i为多模型预测控制器中第i个局部子模型的系统矩阵；U_jj代表U的第j个对角元素，n_u是控制输入量的个数，Q₀与R₀分别为输出代价权重矩阵与输入代价权重矩阵。

3.根据权利要求2所述的融合扩张观测器的超临界火电机组机炉协调控制方法，其特征在于：所述步骤1.2中的扰动补偿项u_ESO(k)由式4可得：

$u_{ESO}\left(k\right)=K_d\hat{d}\left(k\right)+K_v\hat{v}\left(k\right),---\left(4\right)$

其中，K_d,K_v为补偿增益，

K_d＝-((C+DF)(I-A-BF)^-1B+D)^-1(C+DF)(I-A-BF)^-1B_d， (5)

K_v＝-((C+DF)(I-A-BF)^-1B+D)^-1D_v， (6)

F＝Y·G^-1， (7)

其中，分别为在采样时间点k系统状态通道及输出通道的扰动估计值，B_d与D_v为待选取的系数矩阵，A，B，C，D为根据该采样时间点k的机组负荷，采用加权规则对机组各子模型系统矩阵A_i，B_i，C_i，D_i进行加权得到的加权系统矩阵。

4.根据权利要求3所述的融合扩张观测器的超临界火电机组机炉协调控制方法，其特性在于：通过如下的方法求取系统状态通道的扰动估计值及输出通道的扰动估计值

所述步骤1.2中构造的扩张状态观测器如下：

$\begin{array}{c}\widehat{\stackrel{\‾}{x}}\left(k\right)=\stackrel{\‾}{A}\widehat{\stackrel{\‾}{x}}\left(k+1\right)+\stackrel{\‾}{B}u\left(k-1\right)+L\[\hat{y}\left(k-1\right)-y\left(k\right)\]\\ \hat{y}\left(k\right)=\stackrel{\‾}{C}\widehat{\stackrel{\‾}{x}}\left(k\right)+\stackrel{\‾}{D}u\left(k\right)\end{array},---\left(8\right)$

其中，为扩张状态观测器的状态量，y(k)为机组在采样时间点k时刻的输出测量值，L为观测器增益矩阵。

5.根据权利要求4所述的融合扩张观测器的超临界火电机组机炉协调控制方法，其特性在于：所述观测器增益矩阵L由下式计算：

L＝H^-1G， (9)其中H，G为下列线性矩阵不等式的解：

$\begin{array}{c}\left[\begin{array}{cc}{H}^T+H-P& {\left(H\stackrel{\‾}{A}+G\stackrel{\‾}{C}\right)}^T\\ H\stackrel{\‾}{A}+G\stackrel{\‾}{C}& P\end{array}\right]\>0\\ P^T=P\>0\end{array}.---\left(10\right)$