[发明专利]基于广义预测控制的微型燃气轮机冷电联供控制系统及控制方法

说明书

本发明公开了基于广义预测控制的微型燃气轮机冷电联供控制系统及控制方法，基于ARX模型的预测误差计算模块根据燃料量和转速进行预测误差计算，然后接入广义预测控制模块；第二模块根据转速设定值和实际转速的偏差以及第三模块的输入，计算出最佳的燃料量；基于Hammerstein模型的预测误差计算模块根据燃料量、烟气旁路阀阀门开度和冷水温度进行预测误差计算，然后接入基于Hammerstein模型的非线性广义预测解耦控制模块；第四模块根据冷水温度设定值与实际值的偏差、第二模块计算的燃料量控制序列和第五模块输入，计算最佳的烟气旁路阀阀门开度。本发明有效克服了系统存在的复杂特性，提高了系统的灵活性和安全性。

技术领域

本发明涉及热工自动控制领域，尤其是一种基于广义预测控制的微型燃气轮机冷电联供控制系统及控制方法。

背景技术

随着经济的不断发展，许多国家在减缓气候变化和减少能源供应方面面临严峻挑战。减少温室气体排放和提高能源效率的一个核心解决方案是使用分布式能源系统。分布式能源系统通常由多种模块化和小规模技术组成，位于最终用户附近，可视为传统集中式电网的重要补充。它们具有许多优点，例如低传输损耗、低排放、以及具有多种能源的灵活性，包括化石燃料和可再生能源。

作为一种关键的分布式能源系统形式，微型燃气轮机结合冷电联供系统(MGT-based combined cooling and power system,MGT-CCP)由于高效节能、低排放和运营成本节约在世界范围内得到越来越多关注。由于微型燃气轮机废弃热量能够被连续利用作为热水器或者冷却装置的热源，MGT-CCP系统的平均能源效率可以达到80％，然而传统的化石燃料电厂是30％—35％。另外相比传统的集中式发电系统，MGT-CCP系统体积小，因此可以灵活地安装在小型住宅区或商业区。

目前对MGT-CCP系统的研究主要集中在静态系统配置、运行优化和性能评价等方面。虽然近年来对MGT-CCP系统的动态特性进行了研究，但MGT-CCP系统的控制方法仍然是传统的PI/PID控制。为了提高PID控制器性能，模糊逻辑、神经网络、萤火虫算法等智能方法被使用来整定PID控制器的参数。然而，由于MGT-CCP系统的动态特性复杂，如非线性、多变量强耦合、未知干扰等，基于单输入、单输出回路分离的PID方法已不再适用于满足性能要求，即使PID的参数得到很好的整定。

发明内容

发明目的：为解决上述问题，本发明提出一种基于广义预测控制的微型燃气轮机冷电联供控制系统及控制方法，来改善MGT-CCP系统的控制性能。

技术方案：为实现上述发明目的，本发明采用以下技术方案：

基于广义预测控制的微型燃气轮机冷电联供控制系统，包括：微型燃气轮机冷电联供系统模块、广义预测控制模块、基于ARX模型的预测误差计算模块、基于Hammerstein模型的非线性广义预测解耦控制模块和基于Hammerstein模型的预测误差计算模块；基于ARX模型的预测误差计算模块根据燃料量和微型燃气轮机转速进行预测误差计算，然后接入广义预测控制模块；广义预测控制模块根据微型燃气轮机转速设定值和微型燃气轮机实际转速的偏差以及基于ARX模型的预测误差计算模块的输入，计算出最佳的燃料量；基于Hammerstein模型的预测误差计算模块根据燃料量、烟气旁路阀阀门开度和冷水温度进行预测误差计算，然后接入基于Hammerstein模型的非线性广义预测解耦控制模块；基于Hammerstein模型的非线性广义预测解耦控制模块根据冷水温度设定值与实际值的偏差、广义预测控制模块计算的燃料量控制序列和基于Hammerstein模型的预测误差计算模块输入，计算最佳的烟气旁路阀阀门开度。

可选的，微型燃气轮机冷电联供系统模块(1)包括全回热微型燃气轮机和溴化锂单效吸收式制冷机系统。

可选的，ARX模型结构为：

A(z)y_t＝B(z)u_t-1+δ_t/△；