[发明专利]基于经济预测控制的MGT-CCHP控制系统

说明书

本发明公开了一种基于经济预测控制的MGT‑CCHP控制系统，包括经济预测控制单元、MGT‑CCHP系统单元、扰动模型单元和状态及扰动观测器单元。本发明通过在对象模型中引入扰动模型，将系统不可测扰动与模型失配信息集总为一个扰动量，扩增原有的状态空间模型，再用卡尔曼滤波器估计出所有的状态量，用于经济预测控制器中的计算，从而移除扰动对经济预测控制器优化最优控制量的影响，提高了系统的抗干扰性；通过调节经济预测控制器中不同目标函数的加权系数，可使MGT‑CCHP系统在不同运行模式下迅速切换，从而满足复杂多变的负荷要求；同时考虑了阀门开度上下限制、速率限制等实际约束，避免因执行机构饱和从而影响系统性能。

技术领域

本发明涉及热工自动控制领域，尤其是一种基于经济预测控制的MGT-CCHP控制系统。

背景技术

分布式能源系统集节能、环保和安全等优势于一身，是缓解能源危机，减少环境污染和温室气体排放，实现可持续发展战略的有效途径。作为分布式能源系统的重要发展方向，微型燃气轮机冷热电联供系统(简称MGT-CCHP系统)是提供清洁、可靠、高质量、多用途的小型分布式能源的最佳方式之一。然而，作为一种新兴技术，MGT-CCHP与常规能源系统运行特性差异较大，如单机容量小、启停迅速、就近用户侧等，而且具有多设备集成、多产点和多负荷耦合特征，运行方式极为灵活，因此实现该类系统的最优运行是一项全新的挑战。

根据是否并网，MGT-CCHP的运行可分为两类模式：孤岛模式和并网模式。孤岛模式下，由于MGT-CCHP系统与电网断开，系统本身需要同时调节三个控制量燃料阀门开度、回热旁路阀门开度和高压冷剂蒸汽阀门开度以满足三个输出量：输出功率、冷却水温度和生活热水温度的要求。并网模式下根据哪种负荷需要优先提供机组可分为两类模式：以热定电(Heat-Led)模式和以电定热(Elec-Led)模式，剩余的负荷可以通过向电网购/售电或冷/热辅助设备来满足。如何调节MGT-CCHP控制系统，以实时满足用户复杂多变的负荷需求，是MGT-CCHP控制系统面临的一大难题。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于，提供一种基于经济预测控制的MGT-CCHP控制系统，能够灵活地在不同运行模式中迅速切换，以满足不同的用户需求，同时提高系统的抗干扰性和经济性，改善系统的控制性能。

为解决上述技术问题，本发明提供一种基于经济预测控制的MGT-CCHP控制系统，包括：经济预测控制单元1，MGT-CCHP系统单元2，扰动模型单元3和状态及扰动观测器单元4；经济预测控制单元1有两路输出端，其中第一路输出端与MGT-CCHP系统单元2相连，第二路输出端连接扰动模型单元3，同时，MGT-CCHP系统单元2和扰动模型单元3的输出端连接状态及扰动观测器单元4的输入端，状态及扰动观测器单元4的输出端连接经济预测控制单元1。

优选的，经济预测控制单元4中也包含扰动模型，MGT-CCHP系统单元2的另一个输入端是外界不可测扰动，经济预测控制单元1的输出是最优控制量，MGT-CCHP系统单元2的输出是MGT-CCHP对象输出，扰动模型单元3的输出是模型输出，状态及扰动观测器单元4的输出是所估计的扰动和状态。

优选的，经济预测控制单元1中将经济优化层和最优控制量计算层合并为一层，同时采用带有扰动模型的对象模型，扣除扰动对经济预测控制单元1所得最优控制量的影响；MGT-CCHP系统单元2表示被控对象，扰动模型单元3表示不可测扰动和模型失配对模型造成的影响，状态及扰动观测器单元4利用扩增状态观测器，根据对象输入输出值，观测出系统的状态量和扰动量，用于经济预测控制单元1中的计算。

优选的，被控对象MGT-CCHP系统单元2为微型燃气轮机型-冷热电三联供系统，系统为三输入三输出对象，三个输入量分别是燃料阀门开度、回热旁路阀门开度和高压冷剂蒸汽阀门开度，三个输出量分别是输出功率、冷却水温度和生活热水温度。