[发明专利]基于试探式预测控制技术的火电机组SCR脱硝优化控制系统

说明书

本发明公开了一种基于试探式预测控制技术的火电机组SCR脱硝优化控制系统，将试探式预测控制做为反馈回路中的主控器，并在前馈回路中采用智能前馈控制。通过采用试探式预测控制可方便地对非线性被控过程实施受限预测控制，具有计算量小计算速度快，实时性好的特点；试探式预测控制器的内部模型采用了受负荷与喷氨调门开度影响的非线性模型；智能前馈控制器输入变量包括机组负荷、总送风量、总给煤量、SCR反应器入口与出口Nox浓度，实现控制量的提前动作，提高控制系统响应速度。控制效果上不仅有效地减小了NOx的波动量，而且有效减少了氨气使用量，确保了SCR脱硝系统的稳定与经济运行。

技术领域

本发明针对SCR脱硝过程具有明显非线性及控制作用受限的特点，提出了基于试探式预测控制技术的火电机组SCR脱硝优化控制系统，属于热能动力工程和自动控制领域。

背景技术

火电机组的SCR脱硝控制基本上采用的是固定摩尔比控制方式。该控制方式下的设定值为氨氮摩尔比或者脱硝效率，控制系统根据当前的烟气流量、SCR入口NOx浓度和设定氨氮摩尔比计算出NH3流量需求，最终通过流量PID改变氨气阀开度来调节NH3实际流量，这种控制方式近似于开环控制。但事实上，由于脱硝被控对象(NH3流量→烟囱入口NOx浓度)的响应纯延迟时间接近3分钟，整个响应过程长达十几分钟，是典型的大滞后被控对象，而且SCR脱硝过程本身就是一个复杂的非线性化学反应过程，并随着崔化剂的不断消耗，脱硝被控过程的动态特性会发生较大的变化。因此，采用简单的PID控制方案很难取得理想的控制品质。

从控制原理上讲，非线性预测控制方法是解决SCR脱硝控制中相关问题的有效方法，但传统的非线性预测控制算法十分复杂，加上其控制作用(喷氨调门的开度)经常受限，使得非线性预测控制算法的求解问题更为复杂，在实际工程中的应用几乎不可实现。为便于非线性预测控制算法的工程实现，本发明提出了一种可方便地对非线性被控过程实施优化控制的试探式预测控制算法，在此基础上，针对SCR脱硝过程具有明显非线性及控制作用受限的特点，提出了基于试探式预测控制技术的火电机组SCR脱硝优化控制系统。

发明内容

发明目的：针对火电机组的SCR脱硝系统存在的，采用简单的PID控制方案很难取得理想的控制品质的现状，本发明针对SCR脱硝过程具有明显非线性及控制作用受限的特点提出了一种基于试探式预测控制技术的火电机组SCR脱硝优化控制系统，可以有效地改善控制品质。

技术方案：为实现上述发明目的，本发明采用如下技术方案：

一种基于试探式预测控制技术的火电机组SCR脱硝优化控制系统，所述控制系统反馈回路中的主控器采用试探式预测控制器，前馈回路中采用智能前馈控制器；所述试探式预测控制器的内部NOx浓度预测模型采用受机组负荷与喷氨调门开度影响的非线性模型；所述智能前馈控制器采用受机组负荷、总送风量、总给煤量、SCR反应器入口与出口NOx浓度影响的前馈多点非线性函数模型。

进一步地，所述试探式预测控制器包括控制作用范围设定模块，用于设定控制作用即控制系统中的喷氨调门开度的寻优选择范围和控制分量；过程输出预测模块，用于预测未来各个采样时刻过程输出即控制系统中的SCR出口Nox浓度；性能指标计算模块，用于根据设定的指标公式评估控制作用选择范围各分量对应的性能指标；以及最优选择模块，用于确定使得性能指标取得最小值的最优控制作用。

作为优选，所述试探式预测控制器的控制作用的寻优选择范围[U_k,min,U_k,max]为：

U_k,min＝max[u(k-1)-Δ_max,U_L]；U_k,max＝min[u(k-1)+Δ_max,U_H]，