一种火电机组凝结水节流优化控制方法及装置

本发明涉及火电机组控制，尤其是一种火电机组凝结水节流优化控制方法及装置。

背景技术：

1、我国正在积极发展新能源发电，然而新能源具有不确定性和随机性，一旦大规模的新能源发电并网，电网无法对其进行消纳，将会对电网产生冲击，导致电网频率波动，危害社会生产生活，此时火电机组的一次调频就显得极为重要。

2、然而作为被控对象的火电机组极其复杂，因其具有非线性、耦合性、大延迟、大惯性的特点，仅仅依靠调节给煤量或调节主气阀门等协调控制系统(ccs)来进行一次调频很难达到预期发电目标，所以国外的一些学者早在二十世纪九十年代已经寻求新的技术来辅助机组调节负荷，凝结水节流技术开始逐渐被利用。

3、凝结水节流技术是通过改变除氧器上水门开度或控制凝泵变频，使凝结水流量产生变化，从而引起低压加热器管侧温度和壁侧温度发生变化，进而导致壁侧压强改变，使得其与抽气口压差改变，最终导致抽汽量改变，从而可以实现在短时间内改变机组负荷，减小控制系统的动态偏差，最终提升机组的动态性能。

4、凝结水节流技术作为一种可以快速辅助调节负荷响应的技术，利用了机组回热系统的蓄能，这可以使机组在不改变当前燃烧工况的情况下，有效的在短时间内提升负荷，减少动态响应时间，同时又能减少主汽调门的节流损失，提升动态性能及机组的热经济性，因此选择合适的控制算法，进一步利用凝结水节流响应负荷变化的能力，具有较大的研究意义。

5、目前，pid控制器因其具有简单、易实现、稳定可靠等特点，成为目前工业上使用最广泛的控制器之一，然而对于复杂的非线性控制问题，pid控制器难以精确地描述系统的动态特性，控制效果可能会受到较大影响，此时往往需要进行优化或者采用更为先进的控制方法。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种火电机组凝结水节流优化控制方法及装置，通过利用预测控制原理和模糊控制原理加快凝结水节流负荷响应，更加高效的发挥凝结水节流在火电机组变负荷初期的作用。

2、为实现上述目的，本发明的技术方案是：一种火电机组凝结水节流优化控制方法，包括如下步骤：

3、获取凝结水流量和机组功率的实时数据；

4、建立凝结水节流传递函数模型，根据所获得的实时数据在线辨识凝结水节流传递函数模型参数；

5、基于辨识参数后的凝结水节流传递函数模型预测未来时段机组功率预测值，并与设定值进行比较求得输出偏差；

6、利用所求得的输出偏差对控制加权系数进行模糊自校正，同时进行滚动优化得出最优输入值。

7、在本发明一实施例中，凝结水节流传递函数模型表示为：

8、

9、其中，g(s)为凝结水节流传递函数，k为增益系数，t为时间常数，s为拉普拉斯算子；

10、对传递函数进行离散并考虑随机干扰，得到离散的机组功率受控自回归积分滑动平均模型carima：

11、a(z-1)y(k)＝b(z-1)u(k-1)+ξ(k)/δ

12、其中：y(k)为k时刻的输出量，u(k-1)为k-1时刻的输入量，z为由所求得的算子，ts为采样时间，ξ(k)为白噪声，δ为差分算子，δ＝1-z-1，a(z-1)和b(z-1)为含有系统变量参数的多项式，na、nb为由系统结构确定的参数，分别为a(z-1)和b(z-1)多项式的系数。

13、在本发明一实施例中，采用限定记忆法的递推算法在线辨识凝结水节流传递函数模型参数；所述限定记忆法的递推算法中递推公式为：

14、

15、其中：为为需要辨识的参数向量，ht(k)＝[-y(k-1),…,-y(k-na),u(k-1),…,u(k-1-nb)]t，p(·)、k(·)为中间变量，i为单位矩阵。

16、在本发明一实施例中，利用限定记忆法的递推算法在线辨识凝结水节流传递函数模型参数的方式为：

17、给定初始条件p(0,0)；

18、利用最小二乘递推算法，获得和p(0,l-1)；

19、每获得一组新的数据y(k+l),h(k+l)，利用递推公式计算p(k,k+l)；

20、利用递推公式计算p(k+1,k+l)；

21、循环迭代，获得辨识结果。

22、在本发明一实施例中，凝结水节流传递函数模型预测超前j步的机组功率预测值，通过引入丢番图方程：1＝ej(z-1)a(z-1)δ+z-jfj(z-1)，并对carima方程左右同乘ej(z-1)δ，同时忽略未来噪声的影响，得k时刻未来j步的预测方程为：

23、

24、其中，ej(z-1)＝ej0+ej1z-1+…+ej,j-1z-j+1,ej0＝1，fj(z-1)＝fj0+fj1z-1+…+fjnz-n，gj(z-1)＝ej(z-1)b(z-1)＝g0+g1z-1+…+gjz-j+…，g0～gj为系统单位阶跃响应的前j项，ej0～ej,j-1,fj0～fjn为ej(z-1)、fj(z-1)的系数，δu(k+j-1)为k+j-1时刻输入增量。

25、在本发明一实施例中，最优输入值的求解是通过求解目标准则：的最小值来确定的，以使未来n个时刻的预测值接近期望值，取控制加权系数λ(j)＝λk，其中j为优化过程目标值，w(k+j)为期望输出序列值，n为预测长度，m为控制长度，n≥m；矩阵表达式为：

26、j＝(y-w)t(y-w)+λkδutδu

27、其中，y为输出矩阵，用预测值表示，w为参考轨迹矩阵，δu为输入增量矩阵，λk为控制加权系数，g为系统单位阶跃响应系数矩阵，f为由丢番图方程求解得到的输出预测值的已知量矩阵；

28、w＝[w(k+1),w(k+2),…,w(k+n)]，

29、w(k+j)＝αjy(k)+(1-αj)yr，α为柔化系数，yr为某一次调频的机组功率的设定值，

30、f＝hδu(k)+fy(k)，

31、

32、f＝[f1(z-1),f2(z-1),···,fn(z-1)]t，

33、

34、对δu求导得最优控制律为：

35、δu＝(gtg+λki)-1gt(w-r)

36、则k时刻的实际控制量输入为：

37、u(k)＝u(k-1)+δu(k)

38、其中：δu(k)为δu的第一项。

39、在本发明一实施例中，对控制加权系数λk通过模糊算法进行动态校正，选取机组功率的预测偏差的归一化偏差作为输入变量，其计算方法为：

40、

41、其中，yr为某一次调频的机组功率的设定值，y0为此次调频开始时机组功率实际值；

42、去模糊化采用加权去模糊推理机制，得控制加权系数λk为：

43、

44、其中，为第l条模糊规则中控制加权系数λk对应的隶属度，为第l条模糊规则中输入变量对应的隶属度，m为模糊规则的总条数。

45、本发明还提供了一种火电机组凝结水节流优化控制装置，包括：

46、数据采集模块，获取凝结水流量和机组功率的实时数据；

47、模型建立模块，建立凝结水节流传递函数模型，根据所获得的实时数据在线辨识凝结水节流传递函数模型参数；

48、第一计算模块，基于辨识参数后的凝结水节流传递函数模型预测未来时段机组功率预测值，并与设定值进行比较求得输出偏差；

49、第二计算模块，利用所求得的输出偏差对控制加权系数进行模糊自校正，同时进行滚动优化得出最优输入值。

50、本发明还提供了一种可读存储介质，其上存储有能够被处理器运行的计算机程序指令，当处理器运行该计算机程序指令时，能够实现上述所述的方法步骤。

51、本发明还提供了一种电子设备，其上存储有能够被处理器运行的计算机程序指令，当处理器运行该计算机程序指令时，能够实现上述所述的方法步骤。

52、相较于现有技术，本发明具有以下有益效果：本发明通过建立凝结水节流传递函数模型和carima模型，利用预测控制原理对凝结水节流模型预测的未来时段输出功率与设定值的偏差轨迹进行控制，并且利用模糊控制原理动态校正控制加权系数λk，提高了凝结水节流响应负荷变化的速度，本发明以归一化偏差作为模糊算法的输入，可以实现控制器在不同工况下的通用性。因此本发明提出的控制器具有调节快速、通用性强等优点，可以更好地利用凝结水节流的优势，充分发挥其在火电机组变负荷初期的调频能力。