[发明专利]亚临界火电机组协调控制系统参数寻优方法

说明书

本发明公开了一种亚临界火电机组协调控制系统参数寻优方法。该方法针对深调下600MW亚临界火电机组的协调控制系统，首先通过特征轨迹法确定控制器的形式及部分必要参数，来保证控制系统的稳定性，同时结合逐步降步长的天牛须搜索算法寻优得到最佳控制器参数，优化控制系统性能。该方法一定程度上克服了机组大惯性、非线性和时变性给控制带来的影响，能有效保证600MW亚临界火电机组在快速大范围变负荷时的控制效果，满足电网“两个细则”相关性能要求。

技术领域

本发明涉及一种基于启发式算法和特征轨迹设计的600MW亚临界火电机组协调控制系统参数寻优方法，属于热能动力工程和自动控制领域。

背景技术

亚临界单元机组协调控制系统(CCS)通过将汽机和锅炉这一对快慢特性差异大的对象看作一个整体进行控制，以完成如下任务：(1)负荷指令不变时，能够消除扰动引起的主汽压力波动及负荷偏差；(2)负荷指令改变时，对外能够保证功率响应及时，对内能够控制主汽压力偏差在允许范围内，以平衡压力和功率之间的矛盾，从而维持机组安全稳定的运行。

协调控制系统对于火电机组安全、经济运行的重要性不言而喻。当前，出于消纳清洁能源及缓解电网负荷年峰谷差、昼夜峰谷差问题的目的，需要挖掘不同容量火电机组深度调峰的潜力，以提高火电机组运行灵活性，其中就包括了部分600MW亚临界火电机组。这对亚临界火电机组协调控制系统提出了更高要求。

机组在大范围升降负荷过程中，协调被控对象动态特性发生明显变化，原控制器参数不再适配，导致协调控制系统性能退化，过/再热汽温度、主汽压力和NOx浓度等关键参数波动大，影响机组安全、经济运行，导致机组受电网“两个细则”考核较多，严重制约了机组的调峰能力。

发明内容

本发明的目的是提供一种亚临界火电机组协调控制系统参数寻优方法，用来解决上述背景中提及的问题。

简化后的亚临界单元机组协调系统结构示意图如图1所示。图中u_B、u_t分别指代锅炉燃烧率指令、汽机调门指令；P_t、N_E分别指代主汽压力(机侧压力)、实发功率。该亚临界单元机组协调系统被控对象可被视为2×2多变量对象，其输入输出关系可用下式描述：

式中G_PB(s)、G_NB(s)分别为以u_B为输入，P_t、N_E为输出的传递函数模型(u_t保持不变)；G_PT(s)、G_NT(s)分别为以u_t为输入，P_t、N_E为输出的传递函数模型(u_B保持不变)。G(s)为对象的传递函数模型矩阵。由模型形式可知，主汽压力调节回路和功率调节回路之间具有较强的耦合关系。

首先通过特征轨迹法确定控制器的形式及部分必要参数，来保证控制系统的稳定性。具体设计步骤如下：

(1)亚临界机组协调系统被控对象传递函数矩阵为G(s)，在高频ω_h计算实阵K_h≈G^-1(jω_h)，以补偿特征轨迹及失配角，降低高频关联；

(2)判断高频补偿后系统稳定性。若不稳定或稳定裕量不足，在中频ω_m≤ω_h设计控制器K_m(s)补偿系统中频特征轨迹。经过高频补偿后系统矩阵为G(s)K_h，计算其中频ω_m对偶特征值矩阵和特征向量矩阵，通过方向排列法(ALIGN)^[5]近似得到对偶特征向量矩阵的近似实标架A_m和B_m，则