1，2计算并更新出口NOx浓度预测
[0081] 8)重复上述4)~7)的步骤；
[0082] 实施例1所得的本发明基于多变量区间约束预测控制的SCR脱硝系统控制效果与 PID控制器控制效果的对比如图2、图3和图4所示，本发明的NOx控制点在烟囱入口处，而一 般的PID控制以SCR脱硝系统出口的NOx为被控量，从SCR出口到烟囱入口输入端的NOx浓度 会发生变化，因此由图可以看到，PID控制下烟囱入口输入端的NOx没有达到设定值，而本发 明的多变量区间约束预测控制能将烟囱入口输入端的NOx控制在给定范围；相比之下，本发 明能在更短时间内实现控烟囱入口输入端的NOx浓度的控制，响应速度快，喷氨阀门的阀门 开度也更合理，在保证烟囱入口输入端的NOx浓度达标排放的基础上，大大减少了喷氨量， 能有效降低运行费用和氨逃逸率。
[0083] 实施例1所得的本发明基于多变量区间约束预测控制的SCR脱硝系统控制方法在 存在输出扰动下的控制效果如图5、图6和图7所示，区间预测控制所控制的烟囱入口输入端 的NOx浓度目标为一定范围，由图可以看到，当扰动在区间允许范围内时，控制量将不发生 作用，这样可以大大降低阀门动作的频率，延长执行机构的寿命，同时又可以保证烟囱入口 输入端的NOx浓度在合理范围内。
[0084]以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人 员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应 视为本发明的保护范围。
【主权项】
1. 基于多变量区间约束预测的SCR脱硝优化控制系统，其特征在于:包括NOx浓度目标 值设置单元（1)、多变量预测控制单元(2)、比例控制单元A(3)、喷氨阀口 A(4)、SCR反应器A (5)、反应器A到烟画入口的过渡烟道(6)、比例控制单元B(7)、喷氨阀口 B(8)、SCR反应器B (9)、反应器昭I細画入口的烟道(10)和烟画入口（11); 所述NOx浓度目标值设置单元（1)与多变量预测控制单元(2)相连，多变量预测控制单 元(2)有两路输出端，其中第一路输出端连接比例控制单元A(3)的输入端，比例控制单元A (3)的输出端连接喷氨阀口 A(4)的输入端、喷氨阀口 A(4)的输出端连接SCR反应器A(5)的输 入端，SCR反应器A(5)的输出端连接反应器A到烟画入口的过渡烟道(6)的输入端;第二路输 出端连接比例控制单元B(7)的输入端、比例控制单元B(7)的输出端连接喷氨阀口 B(8)的输 入端，喷氨阀口 B (8)的输出端连接SCR反应器B (9)输入端，SCR反应器B (9)输出端连接反应 器B到烟画入口的过渡烟道（10)的输入端；SCR反应器A(5)输出端的输出浓度与多变量 预测控制单元（2)的第一路输出端的输出控制量求和之后连接比例控制单元A(3)的输入 端，SCR反应器B(9)输出端的输出NOx浓度与多变量预测控制单元(2)的第二路输出端的输 出控制量求和之后连接比例控制单元B(7)的输入端;反应器A到烟画入口的过渡烟道(6)输 出端的输出浓度与SCR反应器昭Ij烟画入口的过渡烟道（10)输出端的输出NOx浓度求和 之后连接烟画入口（11)的输入端，求和得到的NOx浓度值与NOx浓度目标值设置单元（1)输 出端的输出NOx浓度目标值经过求和之后连接多变量预测控制单元(2)的输入端。2. 根据权利要求1所述的基于多变量区间约束预测的SCR脱硝优化控制系统，其特征在 于：W烟画入口（ 11)输入端的NOx浓度值为被控量，喷氨阀口 A(4)和喷氨阀口B (8)的开度为 控制量，设计多变量预测控制单元(2)中的多变量预测控制器，利用预测模型提前预测未来 时刻烟画入口（11)输入端的NOx浓度值，计算求解最优控制量。3. 权利要求1所述系统的优化控制方法，其特征在于:包括W下步骤： 1) 在稳态工况下，设置所述SCR脱硝优化控制系统为手动控制状态，保持喷氨阀口B(8) 的开度不变，W喷氨阀口A(4)的阀口开度为输入进行NOx浓度的开环阶跃响应试验，得到喷 氨阀口A(4)的模型Woi(s)、SCR反应器A(5)的模型W〇2(s似及反应器A到烟画（6)的模型W〇3 (S);保持喷氨阀口A(4)的开度不变，W喷氨阀口B(8)的开度为输入进行NOx浓度的开环阶 跃响应试验，得到喷氨阀口 B(8)的模型Wii(s)、SCR反应器B(9)的模型Wi2(s似及反应器昭U 烟画入口的过渡烟道(10)的模型Wl3(S); 2) 在比例控制单元A(3)和比例控制单元B(7)中，确定比例调节器的参数KPa和Kpb，计算 多变量预测控制单元(2巧Ij烟画入口（11)输入端的NOx浓度值的总模型W(s)，并得到总模型 的阶跃响应系数为aii(l) ,aii(2),…，aii(Ni似及ai2(l) ,ai2(2),…，ai2(化），其中，Ni,化为 阶跃响应的时域长度； 3) 设置多变量预测控制单元(2)中的多变量预测控制器的相关参数，包括采样时间Ts、 预测步数P、控制步数Μ、输出误差权矩阵Q和控制权矩阵R; 4) 在k时刻，检测实际烟画入口（11)输入端的NOx浓度值yi化），在多变量预测控制单元 (2)中，将所述NOx浓度测量值y化)与所述NOx浓度预测值打(A μ-1)进行比较，计算输出误 差e化）；用输出误差e化)修正NOx浓度预测初值向量祝Μ脚4-1)，得到修正后的出口NOx浓 度预测值向量保);采用公式(1)对烟画入口（ 11 )N0x浓度值进行预测：(1:) 其中，式.wW表示在k时刻对未来P时刻烟画入口（11)输入端的NOx浓度的预测值向量， A? W表示在k时刻对未来P时刻烟画入口（ 11)输入端的NOx浓度的预测初值向量；Δ Uj,Μ 化)为多变量预测控制增量向量，也即在k时刻对未来时刻的控制量增量向量;Ai,j为单位阶 跃响应系数组成的动态矩阵； 5) 计算AUj,M化)的约束； 6) 选取性能指标函数J化），将性能指标转化成二次型目标函数的形式，求解二次型目 标函数最优解，得到多变量预测控制增量向量Δ Uj,Μ化）； 7) 取多变量预测控制单元(2)计算得到的多变量预测控制增量向量Δ&,Μ化)中的即时 控制增量A uj化)构成实际控制，计算得到最优控制量Uj化）=Uj化-1)+ Δ uj化），j = 1，2将 最优控制量u^k)传递到比例控制单元A(3)和比例控制单元B(7);计算并更新控制后的烟 画入口（ 11)输入端的NOx浓度预测初值夾,户〇巧+ = 1，.-，户； 8) 在之后的周期中反复执行步骤4)至步骤7)，得到相应的控制量，实现区间控制。4. 根据权利要求3所述的基于多变量区间约束预测的SCR脱硝优化控制系统的优化控 制方法，其特征在于:所述步骤3)中，采样时间Ts的选取规则为T9s/Ts = 5~15,其中，T95为多 变量预测控制单元(2巧Ij烟画入口（11)输入端的NOx浓度值的总模型W(s)单位阶跃响应过 程上升到95%的调节时间；所述预测步数P的选取规则为PTs = tp，其中tp为多变量预测控制 单元(2巧Ij烟画入口（11)输入端的NOx浓度值的总模型W(s)的阶跃响应上升时间； 所述控制步数Μ取值为2~5; 所述输出误差权矩阵Q为:Q = diag(q(l)，…，q(P)); 所述控制权矩阵 R为:R=[diag(;ri(l),;diag(r2(l)，···，Γ2(Μ))]。5. 根据权利要求3所述的基于多变量区间约束预测的SCR脱硝优化控制系统的优化控 制方法，其特征在于:在所述步骤6)中，所述性能指标函数J化)为：其中；Ulmin为多变量预测控制单元 (2)第一路输出控制量的最小值，Ulmax为多变量预测控制单元(2)第一路输出控制量的最大 值，U2min为多变量预测控制单元(2 )第二路输出控制量的最小值，U2max为多变量预测控制单 元(2 )第二路输出控制量的最大值，A Ulmin为多变量预测控制单元(2 )第一路输出控制量变 化速率的最小值，Auimax为多变量预测控制单元(2)第一路输出控制量变化速率的最大值， Δ U2min为多变量预测控制单元(2)第二路输出控制量变化速率的最小值，A U2max为多变量预 测控制单元(2 )第二路输出控制量变化速率的最大值，ymin为烟画入口（ 11 )输入端的NOX浓 度值区间下限，y化)为k时刻烟画入口（ 11)输入端的NOx浓度值，ymax为烟画入口（ 11)输入 端的NOx浓度值区间上限，ε化)为k时刻烟画入口（11)输入端的NOx浓度值允许超过上下限 的值，Am,Μ化)为k时刻多变量预测控制单元(2)第一路输出控制量增量，A U2,M化)为k时刻 多变量预测控制单元(2)第二路输出控制量增量。
【专利摘要】本发明公开了一种基于多变量区间约束预测的SCR脱硝优化控制系统，包括NOx浓度目标值设置单元、多变量预测控制单元、比例控制单元A、喷氨阀门A、SCR反应器A、反应器A到烟囱入口的过渡烟道、比例控制单元B、喷氨阀门B、SCR反应器B、反应器B到烟囱入口的烟道和烟囱入口。本发明还公开了该系统的控制方法。本发明提高了喷氨量控制对机组负荷变化的响应速度，避免了因执行机构饱和从而影响系统性能，降低了执行机构的执行次数，延长了其寿命，提高了脱硝系统的经济性。
【IPC分类】G05D11/16
【公开号】CN105700576
【申请号】CN201610141791
【发明人】李益国, 谈晨伟, 沈炯, 刘西陲
【申请人】东南大学
【公开日】2016年6月22日
【申请日】2016年3月11日