一种基于扰动模型的脱硝控制系统广义预测控制方法
【专利摘要】本发明公开了一种基于扰动模型的脱硝控制系统广义预测控制方法。当外扰信号过大时，虽然目前的广义预测算法抑制扰动的速度较快，但是扰动的幅度仍然较大，不利于脱硝控制系统的稳定。本发明根据对象模型设计广义预测控制系统和扰动控制器；其次，将扰动信号源输入至扰动控制器，获得克服扰动信号的控制量，将该控制量与广义预测控制系统的预测控制输出值相加得出最终的优化控制输出量；将最终的优化控制输出量作用于被控对象，获得抑制扰动的控制响应品质。本发吸保证了机组节能环保运行；机组在扰动状态(尤其是磨组启停过程)时脱硝控制系统能够处于自动调节状态，出口NOx波动幅度减小。
【专利说明】
一种基于扰动模型的脱硝控制系统广义预测控制方法
技术领域
[0001] 本发明涉及超临界机组脱硝控制系统的控制方法，具体地说是一种基于扰动模型 的脱硝控制系统广义预测控制方法。
【背景技术】
[0002] 超临界机组的脱硝控制系统具有非线性、大迟延和扰动因素多等特点，一般调峰 机组经常会出现出口N0X剧烈波动，尤其当启停磨组的过程中，脱硝控制系统存在较大的扰 动，为使机组能达到环保指标，经常处于手动状态。
[0003] 为保证机组的安全环保运行，需要在大扰动工况下，脱硝控制系统仍然能处于自 动状态，且将出口N0X控制在额定值的+15mg/m 3~-15mg/m3范围内。当扰动信号较小时，目前 的广义预测算法可以有效抑制，但是当外扰信号过大时，例如机组在启停磨过程中，脱硝控 制系统会出现较大的扰动，虽然广义预测算法抑制扰动的速度较快，但是扰动的幅度仍然 较大，不利于脱硝控制系统的稳定。
【发明内容】
[0004] 本发明所要解决的技术问题是克服上述现有技术存在的缺陷，提供一种基于扰动 模型的脱硝控制系统广义预测控制方法，在知道系统扰动源的情况下，能较好地抑制被控 系统外扰。
[0005] 为此，本发明采用如下的技术方案:一种基于扰动模型的脱硝控制系统广义预测 控制方法，其步骤如下：
[0006] 1)获取脱硝控制系统的对象模型和扰动模型
[0007] 采取特性试验的方法来获取系统的对象模型，获得的模型结构为一阶加迟延的形 式，如下式所示：
[0009]上式中，G。为对象通道传递函数，K。为模型增益系数，T。为惯性时间，S为频域传递 函数的数学算子，t。为对象通道延迟时间；
[0010]在知道系统扰动源的情况下，采取特性试验的方法来获取系统的扰动模型，获得 的模型结构为一阶加迟延的形式，如下式所示：
[0012] 上式中，Gr为扰动通道传递函数，Kr为模型增益系数，Tr为惯性时间，S为频域传递 函数的数学算子，Tr为扰动通道延迟时间；
[0013] 2)设计扰动控制器Grc
[0014] 当对象模型是1时，扰动控制器Grc = _Gr;
[0015] 当对象模型不是1时，分两种情况进行算法：
[0016] A)当对象延迟小于扰动延迟时，8卩l时，扰动控制器Grc形式如下：
[0018] B)当对象延迟大于扰动延迟时，时，扰动控制器Grc形式如下：
[0020] 3)设计基于扰动模型的广义预测控制方法
[0021] 首先，根据对象模型设计广义预测控制系统，即将对象模型离散化，设置采样周 期、预测时域、控制时域，求解丢番图方程，根据性能指标函数，求解最优控制律，获得广义 预测控制系统的控制输出值；
[0022] 其次，将扰动信号源输入至扰动控制器，获得克服扰动信号的控制量，将该控制量 与广义预测控制系统的预测控制输出值相加得出最终的优化控制输出量；
[0023] 将最终的优化控制输出量作用于被控对象，获得抑制扰动的控制响应品质。
[0024] 进一步，通过现场阶跃扰动试验进行广义预测控制系统的参数调整，当控制时域 较大时会出现系统震荡或不稳定的现象，当控制时域过小时系统响应较慢；当预测时域较 小时系统发散;根据上述的情况将广义预测控制系统的参数整定到合适的值上。
[0025]本发明具有以下有益效果:保证了机组节能环保运行;机组在扰动状态(尤其是磨 组启停过程)时脱硝控制系统能够处于自动调节状态，出口N0X波动幅度减小，大幅减少了 运行工作量，加强了机组的环保指标达标运行。
【附图说明】
[0026] 图1为本发明抗扰动控制算法系统图（图中，A表示外部扰动信号，B表示外部扰动 信号通过扰动模型后的输出信号，C表示控制信号通过对象模型后的输出信号，D表示被控 系统总输出信号）。
[0027] 图2为本发明基于扰动模型的广义预测控制系统图（图中，A表示预测控制输出值， B表示扰动控制器输出值，C表示控制响应）。
[0028] 图3为采用本发明方法的机组处于AGC状态下460MW-310MW-430MW负荷变动时出口 N0X响应曲线图（通过实际应用；图中，A表示出口N0X设定值曲线，，B表示出口N0 X控制曲线，C 表示实际负荷曲线，D表示控制量曲线）。
[0029] 图4为采用常规方法的机组处于AGC状态下380MW-300MW负荷变动时脱硝控制系统 处于手动干预状态，出口N0X响应曲线图（通过实际应用；图中，A表示出口N0 X设定值曲线，B 表示出口 N0X控制曲线，C表示实际负荷曲线，D表示控制量曲线）。
【具体实施方式】
[0030] 下面结合说明书附图和【具体实施方式】对本发明作进一步说明。
[0031] 一、设计扰动控制器
[0032] 若通过试验可以获得系统的扰动模型，则需要设计扰动控制器，本发明提出的扰 动控制器如图1所示。
[0033]在图1中，Gr是被控系统的扰动模型，Gc是被控系统的对象模型，SPR是外扰信号，PV 是被控系统总输出，CO是控制输入，RPV是外扰信号通过扰动模型后输出值，CPV是控制信号 通过对象模型后的输出值。针对该系统设计抗扰动控制算法，在不考虑控制输入的情况下， 当外扰信号通过扰动控制器后，输出信号再通过控制对象模型G。，输出的信号CPV能够与信 号RPV相抵消，此时控制系统只需控制对象G。，外扰信号产生的作用通过抗扰动控制算法相 抵消，能够明显提高系统克服外扰的能力。
[0034] 在推导抗扰动控制算法时，首先不考虑控制输入，即控制输入C0的值是0,此时，根 据模型G。和Gr来推导抗扰动控制算法。
[0035] 首先假设当对象模型是1时，扰动控制器Grc； = -Gr，此时算法最简单。当对象模型如 图1中所述形式时，分两种情况进行算法设计：
[0036] 1)当对象延迟小于扰动延迟时即时，扰动控制器Grc形式如下：
[0038] 2)当对象延迟大于扰动延迟时即^>~时，扰动控制器Grc形式如下：
[0040] 二、设计基于扰动模型的广义预测控制系统
[0041] 为了获得更好的抗动性能，设计了基于扰动模型的广义预测控制系统，其原理图 如图2所示。
[0042]具体设计步骤如下：
[0043] 1)系统对象模型和扰动模型获取
[0044]采取特性试验的方法来获取对象的数学模型，获得的模型结构为一阶加迟延的形 式，如式(3)所示：
[0046]在知道系统扰动源的情况下，采取特性试验的方法来获取对象的扰动模型获得的 模型结构为一阶加迟延的形式，如式(4)所示：
[0048] 2)扰动控制器设计
[0049] 根据特性试验做出的对象模型和扰动模型参数情况，比较Tr和T。的大小，由式（1) 或式(2)可以设计出扰动控制算法，其实质是进行逆向计算，消除外扰对系统的影响。
[0050] 3)设计基于扰动模型的广义预测控制系统
[0051] 首先，根据对象模型设计广义预测控制系统，即将对象模型离散化，设置好采样周 期、预测时域、控制时域后，求解丢番图方程，根据性能指标函数，求解最优控制律，获得广 义预测的控制输出值。
[0052] 其次，将扰动信号源输入至扰动控制器，获得克服扰动信号的控制量，将该控制量 与预测控制输出值相加得出最终的优化控制输出量。
[0053]将最终的优化控制量作用于被控对象，可以获得很高的抑制扰动的控制响应品 质。
[0054]通过现场阶跃扰动试验可以进行广义预测控制系统的参数调整，当控制时域较大 时会出现系统震荡或不稳定的现象，当控制时域过小时系统响应较慢；当预测时域较小时 系统发散;根据上述的情况可以将广义预测控制系统的参数整定到合适的值上。
[0055] 三、实际应用
[0056]将本发明应用于某电厂600MW超超临界机组脱硝控制系统中，当负荷指令按12MW/ min速率变化，机组处于AGC状态时，获得的出口 N0X响应曲线如图3所示。
[0057] 在图3中，实际负荷由460丽变化到310MW再变化至430MW，出口N0X最大控制偏差 为-12mg/m3。而且整个AGC过程机组脱硝控制系统处于自动控制状态，出口 N0X比较平稳。 [0058]为获得对比效果，按常规方法，当负荷指令按12MW/min速率变化时，机组处于AGC 状态时，获得的出口 N0X响应曲线如图4所示。
[0059] 在图4中，实际负荷由38(MW变化到300丽，出口N0X最大控制偏差达-19mg/m3左右。 而且整个AGC过程出口 N0X波动幅度较大，而且全程处于人工手动调整状态，加大了运行人 员的工作量，影响到了机组的环保稳定运行。
[0060]以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明的技术方案作任何形式 上的限制。凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修 饰，均落入本发明的保护范围内。
【主权项】
1. 一种基于扰动模型的脱硝控制系统广义预测控制方法，其步骤如下： 1) 获取脱硝控制系统的对象模型和扰动模型 采取特性试验的方法来获取系统的对象模型，获得的模型结构为一阶加迟延的形式， 如下式所示：上式中，G。为对象通道传递函数，K。为模型增益系数，T。为惯性时间，S为频域传递函数 的数学算子，τ。为对象通道延迟时间； 在知道系统扰动源的情况下，采取特性试验的方法来获取系统的扰动模型，获得的模 型结构为一阶加迟延的形式，如下式所示：上式中，Gr为扰动通道传递函数，Kr为模型增益系数，Tr为惯性时间，S为频域传递函数 的数学算子，Tr为扰动通道延迟时间； 2) 设计扰动控制器Grc 当对象模型是1时，扰动控制器Grc = -Gr ; 当对象模型不是1时，分两种情况进行算法： A) 当对象延迟小于扰动延迟时，即h时，扰动控制器Gr。形式如下：B) 当对象延迟大于扰动延迟时，即h时，扰动控制器Gr。形式如下：3) 设计基于扰动模型的广义预测控制方法 首先，根据对象模型设计广义预测控制系统，即将对象模型离散化，设置采样周期、预 测时域、控制时域，求解丢番图方程，根据性能指标函数，求解最优控制律，获得广义预测控 制系统的控制输出值； 其次，将扰动信号源输入至扰动控制器，获得克服扰动信号的控制量，将该控制量与广 义预测控制系统的预测控制输出值相加得出最终的优化控制输出量； 将最终的优化控制输出量作用于被控对象，获得抑制扰动的控制响应品质。2. 根据权利要求1所述的基于扰动模型的脱硝控制系统广义预测控制方法，其特征在 于， 通过现场阶跃扰动试验进行广义预测控制系统的参数调整，当控制时域较大时会出现 系统震荡或不稳定的现象，当控制时域过小时系统响应较慢；当预测时域较小时系统发散； 根据上述的情况将广义预测控制系统的参数整定到合适的值上。
【文档编号】G05B13/04GK105929695SQ201610533477
【公开日】2016年9月7日
【申请日】2016年7月8日
【发明人】李泉, 尹峰, 罗志浩
【申请人】国网浙江省电力公司电力科学研究院, 国家电网公司