[发明专利]一种基于预测算法的串级主蒸汽温度控制系统及其方法

说明书

本发明提供了一种基于预测算法的串级主蒸汽温度控制系统及其方法，利用导前区汽温的快速响应特性通过副控制回路提前控制，主蒸汽温度通过主控制回路进行微调，主、副控制回路均采用状态空间模型预测算法以提高汽温控制的准确性与快速性，该控制系统可以改善发电厂主蒸汽温度控制的动态特性，降低减温水扰动对主蒸汽造成的影响。

技术领域

本发明涉及火力发电机组主蒸汽温度控制领域，属于主蒸汽温度控制系统的设计，具体为一种基于预测算法的串级主蒸汽温度控制系统及其方法。

背景技术

火力发电机组的锅炉设备中存在大量的受热面金属，考虑到金属材料的承受温度上限，火力发电机组在运行中需严格控制主蒸汽温度。但由于换热过程的延迟与惯性很大，主蒸汽温度的调节十分缓慢，反应不灵敏，主蒸汽温度的控制困难，给火力发电机组锅炉设备的安全运行带来困难。

目前，火力发电机组主蒸汽温度的控制多采用单回路PID反馈控制系统，但是由于换热过程的延迟与惯性，单回路PID反馈控制系统的控制效果不佳，主蒸汽温度波动较大，时常出现超温的现象。另外，一些研究学者提出串级PID控制的控制系统来完成主蒸汽温度的控制，该控制系统虽然在一定程度上改善了主蒸汽温度的动态特性，但PID控制器的局限使得主蒸汽温度仍存在一定的波动，危及火力发电机组锅炉的安全运行。综上所述，设计一种快速跟踪主蒸汽温度设定值、减小主蒸汽温度波动的控制系统对于火力发电机组是十分有意义的。

发明内容

针对现有技术中存在发电厂汽温控制的延迟与惯性的问题，本发明提供一种基于预测算法的串级主蒸汽温度控制系统及其方法，系统中利用导前汽温的快速响应特性通过副控制回路提前控制，主蒸汽温度通过主控制回路进行微调，主、副控制回路均采用状态空间模型预测算法以提高汽温控制的准确性与快速性，该控制系统可以改善发电厂主蒸汽温度控制的动态特性，降低减温水扰动对主蒸汽造成的影响。

本发明是通过以下技术方案来实现：

一种基于预测算法的串级主蒸汽温度控制系统，包括主预测控制器、副预测控制器和被控对象，其中被控对象包括导前区和惰性区；

主预测控制器的输入端连接主蒸汽温度指令接收模块和主蒸汽温度测量模块，副预测控制器的输入端分别连接主预测控制器的输出端和导前汽温测量模块，副预测控制器的输出端连接导前区，导前区的输出端分别连接惰性区和导前汽温测量模块的输入端，且经导前汽温测量模块连接至副预测控制器，形成副预测控制器回路，惰性区的输出端经主蒸汽温度测量模块连接至主预测控制器，形成主预测控制器回路；

主预测控制器接收主蒸汽温度指令接收模块的信号指令以及主蒸汽温度测量模块所输出的测量数据后，基于状态空间模型预测算法后输出导前汽温操作变量至副预测控制器；

副预测控制器接收主预测控制器输出的导前汽温操作变量以及导前汽温测量模块所输出的测量数据后，基于状态空间模型预测算法后输出喷水减温执行值至导前区。

优选的，主蒸汽温度指令接收模块所接收的指令信号为主蒸汽温度给定值，主蒸汽温度测量模块所输出的测量数据为主蒸汽温度测量值。

优选的，导前汽温测量模块所输出的测量数据为导前汽温测量值。

优选的，主预测控制器和副预测控制器中基于状态空间模型预测算法，具体包括如下步骤：

状态空间模型预测；

滚动优化。

进一步的，状态空间模型预测为被控对象经过线性化、无量纲化的基础上对于下一时刻输出值进行预测，线性化、无量纲化后的预测模型应具有如下线性离散时间系统的状态空间形式：

x(k+1)＝Ax(k)+Bu(k)；

y(k)＝Cx(k)；