[发明专利]基于不确定性补偿的燃烧室热声震荡模型预测控制方法

说明书

本发明公开了一种基于不确定性补偿的燃烧室热声震荡模型预测控制方法，建立了燃烧震荡的机理模型，然后对机理模型进行简化，建立用于控制器设计的半机理数学模型，并基于半机理数学模型进行燃烧系统的不确定性补偿，最后建立了一种基于不确定性补偿的模型预测控制方法。本发明通过机理建模的方法从热声震荡产生原理角度建立模型以抑制燃烧不稳定现象；通过模型简化便于反馈控制器设计，并基于DOB进行模型偏差和外部扰动的实时补偿，二者复合形成的基于不确定性补偿的模型预测控制方法可以有效提升燃气轮机燃烧过程负荷跟踪和扰动抑制两方面的性能，为进一步发掘燃气轮机灵活运行潜力提供了支撑。

技术领域

本发明涉及燃烧稳定性控制技术领域，特别是一种基于不确定性补偿的燃烧室热声震荡模型预测控制方法。

背景技术

近年来，随着天然气资源的开发、对火力发电方式污染物排放要求的进一步提高，燃气轮机及燃气-蒸汽联合循环的发电技术得到了良好发展，其发电占比已达到全球发电量的22％以上。由于燃气轮机具有的灵活性高、启停迅速等优点，其可用于电网调峰调频和平衡微电网功率，有利于可再生能源的协助消纳。同时，燃气轮机各设备本身的稳定运行将直接影响整体的运行安全性，其中燃烧火焰的稳定性研究成为了燃气轮机控制领域的一个关键问题。

不稳定燃烧即燃烧震荡，是在火焰燃烧时发生的一种高度共振噪声，其在锅炉、火箭发动机和航空发动机燃烧室等广泛存在，对系统的正常运行有严重危害。如燃烧震荡时，会在燃烧室造成压力的剧烈震荡，影响燃烧室的正常工作，甚至导致燃烧室结构损坏或破坏。

燃气轮机的变工况运行特性，便决定其需要同时满足负荷跟踪与抑制各种干扰的两方面的要求。从不稳定燃烧发生的机理可以看出，其可以被归类为极限环振荡问题，这一问题的有效处理亟需有效的建模。而针对极限环振荡的控制已有很多方法将其当作典型的扰动抑制问题来处理。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是克服现有技术的不足而提供一种基于不确定性补偿的燃烧室热声震荡模型预测控制方法，从机理建模和不确定性补偿角度来提升火焰燃烧的稳定性。

本发明为解决上述技术问题采用以下技术方案：

根据本发明提出的一种基于不确定性补偿的燃烧室热声震荡模型预测控制方法，包括以下步骤：

步骤S1、建立燃烧震荡的机理模型；

步骤S2、对机理模型进行简化，建立半机理数学模型；

步骤S3、基于半机理数学模型，设计干扰观测器DOB，将DOB与实际对象动态之间的模型偏差、外部干扰作为集总干扰进行估计并实时补偿；

步骤S4、根据步骤S2、S3，形成不确定性补偿的模型预测控制方法。

作为本发明所述的一种基于不确定性补偿的燃烧室热声震荡模型预测控制方法进一步优化方案，步骤S1中所述燃烧震荡的机理模型，包括火焰模型、燃料调节环节模型和声波模型，具体如下：

火焰模型，用于计算火焰释放的热量Q_N；

燃料调节环节模型，用于计算由声波火焰控制系统产生的热量Q_c，声波火焰控制系统是用来抑制热声震荡的控制系统；

声波模型，用于获取总热量Q与燃烧系统压力p_ref之间关系，其中Q＝Q_N+Q_c。

作为本发明所述的一种基于不确定性补偿的燃烧室热声震荡模型预测控制方法进一步优化方案，步骤S2具体如下：