[发明专利]一种基于多目标优化的过热汽温自抗扰串级控制方法

说明书

本发明公开了一种基于多目标优化的过热汽温自抗扰串级控制方法，采用双回路控制，内回路为PI控制器，外回路为多目标优化的自抗扰控制器；所述多目标优化的自抗扰控制器分别以过热汽温系统的阀门开度和出口温度为输入和输出，根据保证系统稳定的计算方法得到频率稳定区域，采用多目标智能优化算法在频率稳定区域内优化寻找扩增状态观测器的频率，通过扩增状态观测器观测扰动状态，实现快速消除扰动。本发明能够精准调节减温水的流量，快速抑制负荷变化对主蒸汽温度的影响，提高锅炉发电效率，同时保证金属设备的寿命和电站的安全运行。

技术领域

本发明属于能源利用自动控制技术领域，特别涉及了一种基于多目标优化的过热汽温自抗扰串级控制方法。

背景技术

近年来，电力市场中的可再生能源如太阳能、风能和潮汐发电的蓬勃发展。然而，可再生能源的间歇性不可避免地给公用电网的可靠性带来了巨大的挑战。因此，快速调整燃煤电厂的功率以平衡实时负载是成熟可行的解决方案，且重点关注在不违反过热器蒸汽温度操作约束的条件下改变负载需求的安全范围。通常，较宽范围的功率调节会导致过热汽温与其设定点之间的较大偏差，因此必须控制其差值在安全范围内。发电厂负载灵活性依赖于过热器控制回路的控制性能，它将使发电厂能够更灵活地参与更宽范围的负荷调节任务，从而接纳更多的可再生能源。

但是由于过热汽温系统的强非线性、高阶次、多干扰和实验的高昂费用，仍然具有挑战性。传统的串联PI控制策略不能同时克服上述困难，特别是在面临大范围负载调节时。因此，许多先进的控制算法被使用，如模糊逻辑控制器，神经模糊广义预测控制器，神经网络PID控制器，模糊模型预测控制器和预测前馈控制器。尽管仿真结果表明效果良好，但由于计算复杂性，这些方法最终得不到实际应用，且它们难以通过分布式控制系统的功能块实现。

发明内容

为了解决上述背景技术提出的技术问题，本发明旨在提供一种基于多目标优化的过热汽温自抗扰串级控制方法，能够快速地处理过热气温系统的强非线性、高阶次、多干扰等问题，具有良好的稳定性和鲁棒性，且在实际运用过程中便于实现。

为了实现上述技术目的，本发明的技术方案为：

一种基于多目标优化的过热汽温自抗扰串级控制方法，该控制方法采用双回路控制，内回路为PI控制器，外回路为多目标优化的自抗扰控制器；所述多目标优化的自抗扰控制器分别以过热汽温系统的阀门开度和出口温度为输入和输出，根据保证系统稳定的计算方法得到频率稳定区域，采用多目标智能优化算法在频率稳定区域内优化寻找扩增状态观测器的频率，通过扩增状态观测器观测扰动状态，实现快速消除扰动。

进一步地，得到频率稳定区域的方法如下：

自抗扰控制器的传递函数：

其中，s为拉布拉斯算子，b₀为预设模型参数，ω_c,ω_o为扩张状态观测器的可调频率；

自抗扰控制器的频率特性：

其中，G_C表示控制器的传递函数，N、D分别为分子、分母上的传递函数多项式，j表示复数坐标轴，ω表示频率；

令

G_C(jω)P(jω)＝-1

其中，P(jω)表示对象的频率特性；

则

其中，a,b为实数；

让上式实部和虚部均等于0，有：