二氧化碳捕集控制系统和控制方法与流程

本公开涉及碳捕集领域，具体地，涉及一种二氧化碳捕集控制系统和控制方法。

背景技术：

1、随着温室效应及相关气候生态问题的日益严峻，减排co2逐渐成为工业化和城市化进程中的重要任务，而燃煤发电机组是当今co2最大的排放源之一，为燃煤发电机组配备co2捕集系统是实现碳中和目标的主要手段之一。

2、在现有的燃煤发电系统co2捕集技术中，基于乙醇胺(mea)化学吸收的燃烧后co2捕集技术较为成熟，该方法直接从烟气中分离co2，具有对已有发电机组优秀的继承性和较好的技术适用性。由于co2的捕集过程涉及诸多化学变化以及不同的设备，系统各变量之间存在很强的耦合和很大的惯性。

技术实现思路

1、本公开的目的是提供一种二氧化碳捕集控制系统和控制方法，用于在保证二氧化碳捕集控制系统的稳定性的情况下，降低各个控制回路的耦合度。

2、根据本公开实施例的第一方面，提供一种二氧化碳捕集控制系统，所述二氧化碳捕集控制系统的控制量包括贫液流量和汽轮机抽汽流量，所述二氧化碳捕集控制系统的被控量包括二氧化碳捕集率和再沸器温度；所述二氧化碳捕集控制系统包括捕集子系统和控制子系统，所述二氧化碳捕集控制系统包括多个控制回路；

3、所述二氧化碳捕集控制系统对应的目标闭环传递函数是根据所述捕集子系统对应的目标对象传递函数和所述控制子系统对应的目标控制器传递函数确定的；所述目标控制器传递函数是通过依次闭合所述多个控制回路确定的；

4、依次闭合每个所述控制回路之后得到的每个子系统的标量回差满足预设稳定条件；所述标量回差与所述二氧化碳捕集控制系统对应的回差矩阵相关，所述预设稳定条件包括：所述标量回差的奈氏轨迹不包围或不通过复平面的原点。

5、可选地，所述二氧化碳捕集控制系统是通过以下方式得到的：

6、确定所述捕集子系统的目标对象传递函数；

7、根据所述目标对象传递函数和依次闭合每个所述控制回路之后得到的每个子系统的标量回差确定所述控制子系统对应的目标控制器传递函数，所述目标控制器传递函数对应的每个所述标量回差满足所述预设稳定条件；

8、根据所述目标对象传递函数和所述目标控制器传递函数，确定目标闭环传递函数，以得到所述目标闭环传递函数对应的所述二氧化碳捕集控制系统。

9、可选地，所述确定所述捕集子系统的目标对象传递函数包括：

10、以样本贫液流量和样本汽轮机抽汽流量对应的阶跃激励信号作为所述捕集子系统的输入，得到样本二氧化碳捕集率和样本再沸器温度对应的阶跃响应信号；

11、根据所述阶跃激励信号和所述阶跃响应信号，辨识出所述目标对象传递函数。

12、可选地，所述控制回路包括：第一控制回路和第二控制回路，所述第一控制回路的输入为所述贫液流量，所述第一控制回路的输出为所述二氧化碳捕集率，所述第二控制回路的输入为所述汽轮机抽汽流量，所述第二控制回路的输出为所述再沸器温度；所述根据所述目标对象传递函数和依次闭合每个所述控制回路之后得到的每个子系统的标量回差确定所述控制子系统对应的目标控制器传递函数包括：

13、根据所述目标对象传递函数确定所述第一控制回路的第一控制器传递函数；

14、闭合所述第一控制回路得到目标子系统，根据所述第一控制器传递函数和所述第一控制回路的第一开环传递函数，确定所述目标子系统的第一闭环传递函数；

15、根据所述目标对象传递函数确定所述第二控制回路的第二控制器传递函数；

16、根据所述第一控制器传递函数和所述第二控制器传递函数，确定所述目标控制器传递函数。

17、可选地，所述第一控制器传递函数包括：第一传递子函数、第二传递子函数和第三传递子函数；所述根据所述目标对象传递函数确定所述第一控制回路的第一控制器传递函数包括：

18、确定所述第一传递子函数和所述第二传递子函数；

19、根据所述目标对象传递函数、所述第一传递子函数和所述第二传递子函数，确定所述第一控制回路的第一开环传递函数；

20、根据所述第一开环传递函数和所述第一控制回路的第一标量回差，确定所述第三传递子函数，所述第三传递子函数对应的所述第一标量回差满足所述预设稳定条件。

21、可选地，所述根据所述第一控制器传递函数和所述第一控制回路的第一开环传递函数，确定所述目标子系统的第一闭环传递函数包括：

22、根据所述第一开环传递函数、所述第三传递子函数和所述第一标量回差，确定所述第一闭环传递函数。

23、可选地，所述第二控制器传递函数包括：第四传递子函数和第五传递子函数；所述根据所述目标对象传递函数确定所述第二控制回路的第二控制器传递函数包括：

24、确定所述第四传递子函数；

25、将所述第一闭环传递函数作为所述第二控制回路的第二开环传递函数；

26、根据所述第二开环传递函数和所述第二控制回路的第二标量回差，确定所述第五传递子函数，所述第五传递子函数对应的所述第二标量回差满足所述预设稳定条件。

27、可选地，所述根据所述第一控制器传递函数和所述第二控制器传递函数，确定所述目标控制器传递函数包括：

28、将所述第一传递子函数作为第一目标传递函数；

29、将所述第二传递子函数和所述第四传递子函数的乘积作为第二目标传递函数；

30、将所述第三传递子函数和所述第五传递子函数对应的对角矩阵作为第三目标传递函数；

31、将所述第一目标传递函数、第二目标传递函数和所述第三目标传递函数的乘积，作为所述目标控制器传递函数。

32、可选地，所述二氧化碳捕集控制系统的确定方法还包括：

33、确定所述目标闭环传递函数对应的所述二氧化碳捕集控制系统中多个所述控制回路的耦合度；

34、在所述耦合度大于预设阈值的情况下，重复执行所述根据所述目标对象传递函数和依次闭合每个所述控制回路之后得到的每个子系统的标量回差确定所述控制子系统对应的目标控制器传递函数至所述根据所述目标对象传递函数和所述目标控制器传递函数，确定目标闭环传递函数的步骤，直至所述目标闭环传递函数对应的所述二氧化碳捕集控制系统中多个所述控制回路的耦合度小于或等于所述预设阈值。

35、根据本公开实施例的第二方面，提供一种二氧化碳捕集控制方法，应用于本公开第一方面中所述的二氧化碳捕集控制系统，所述方法包括：

36、获取所述二氧化碳捕集控制系统的捕集子系统的实际二氧化碳捕集率和实际再沸器温度；

37、根据所述实际二氧化碳捕集率和所述实际再沸器温度，以及预设二氧化碳捕集率和预设再沸器温度，确定目标贫液流量和目标汽轮机抽汽流量；

38、根据所述目标贫液流量和所述目标汽轮机抽汽流量，控制所述捕集子系统的贫液流量和汽轮机抽汽流量，以使所述捕集子系统的二氧化碳捕集率与预设二氧化碳捕集率相等，且所述捕集子系统的再沸器温度与预设再沸器温度相等。

39、通过上述技术方案，本公开中的二氧化碳捕集控制系统包括捕集子系统和控制子系统，二氧化碳捕集控制系统包括多个控制回路。二氧化碳捕集控制系统的控制量包括贫液流量和汽轮机抽汽流量，二氧化碳捕集控制系统的被控量包括二氧化碳捕集率和再沸器温度。二氧化碳捕集控制系统对应的目标闭环传递函数是根据捕集子系统对应的目标对象传递函数和控制子系统对应的目标控制器传递函数确定的。目标控制器传递函数是通过依次闭合多个控制回路确定的。依次闭合每个控制回路之后得到的每个子系统的标量回差满足预设稳定条件。标量回差与二氧化碳捕集控制系统对应的回差矩阵相关，预设稳定条件包括：标量回差的奈氏轨迹不包围或不通过复平面的原点。本公开中二氧化碳捕集控制系统能够在保证稳定性和响应速度的情况下，降低各个控制系统的耦合度，具有更强的设定值跟踪和抗扰动能力。

40、本公开的其他特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。