[发明专利]一种燃煤锅炉蒸汽温度的分数阶自整定控制方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种燃煤锅炉蒸汽温度的控制方法，具体是一种用于燃煤锅炉蒸汽温度调节的分数阶自整定控制方法，属于自动控制技术领域。

背景技术

虽然风力发电、太阳能发电、生物质发电，以及核能发电和水力发电等新能源发电技术近年来取得了显著的技术进步，并得到广泛的应用，但是燃煤锅炉发电机组仍然是我国相当长一段时间内的主力发电方式。燃煤锅炉发电厂的蒸汽温度（包括过热蒸汽温度和再热蒸汽温度）需要维持在相当精度的范围，温度过高会大大影响机组的使用寿命，温度过低又会大大降低锅炉效率。同时即使温度被控制在设计值附近但频繁波动，也同样会影响机组的使用寿命以及无谓的消耗能源。因此严格控制蒸汽温度在设计值附近是延长机组使用寿命、提高锅炉效率的重要手段之一。

经对现有技术的公开文献检索发现，A. Sanchez-Lopez, G. Arroyo-Figueroa, A. Villavicencio-Ramirez. Advanced control algorithms for steam temperature regulation of thermal power plants. Electrical Power and Energy Systems, 2004,26:779–785(热力发电厂蒸汽温度调节的先进控制算法，国际期刊：电力与能源系统，2004,26:779–785)，虽然使用了先进的动态矩阵控制和模糊控制算法可以在一定程度上改善系统的调节品质，但是对于蒸汽温度系统，其特性随机组发电负荷的变化而变化，固定参数的控制器很难适应所有运行工况。文献(王万召,赵兴涛,宋艳萍. 模糊RBF自整定PID控制器在过热汽温控制中应用. 电力自动化设备, 2007,27(11):48-50)以及文献(李致远. 基于单神经元自适应PID的过热汽温控制系统研究. 工业控制计算机, 2010,23(8):65-66)，采用了控制器参数的自整定（自适应）技术，在一定程度上可以使控制器适应蒸汽温度系统特性随机组发电负荷以及各种扰动的变化，但是由于蒸汽温度系统本质上具有严重的分布参数特性，在控制系统的属性描述上表现为分数阶微分方程和分数阶传递函数，采用常规的整数阶控制则不能得到很好的调节品质。

因此，本发明基于分数阶微积分理论，采用分数阶模型和分数阶控制器以及现代智能优化技术，提供一种新的燃煤锅炉蒸汽温度的自整定控制方法。

发明内容

　　本发明的目的在于提供一种基于分数阶模型、用于燃煤锅炉蒸汽温度调节的自整定控制方法，所发明的自整定控制方法能适用于各种燃煤锅炉蒸汽温度的自动调节。

　　为了实现上述目的，本发明的技术方案是根据以下步骤实现的：

　　步骤(1). 以采样间隔T对当前时刻t的蒸汽温度信号y(t)和调节量（一般为减温水）信号u(t)采样，并记录到历史数据库；

　　步骤(2). 计算反映控制系统调节效果的均方误差性能指标J(t)；

　　步骤(3). 确定是否更新控制器参数，如果是则进入步骤(4)，否则转步骤(7)；

　　步骤(4). 从历史数据库中获取建模数据列；

　　步骤(5). 采用成熟的群智能优化算法优化得到被控系统的分数阶数学模型；

步骤(6). 采用成熟的群智能优化算法优化控制器参数；

步骤(7). 计算控制器输出，施加到被控对象，返回步骤(1)继续下一次采样；

其中所述蒸汽温度信号为过热蒸汽温度或再热蒸汽温度，所述调节量为减温水。

作为本发明的进一步改进，所述步骤(1)中采样间隔T一般取5～20秒。

　　作为本发明的进一步改进，所述步骤(2)中反映控制系统调节效果的均方误差性能指标J(t)是在过去一段时间内被控变量蒸汽温度y与期望值R的均方差，即

　　　　                                                ，

式中，N是计算性能指标所用的数据个数，一般取50～200。

　　作为本发明进一步的改进，所述步骤(3)中是否更新控制器参数的依据是性能指标J(t)是否达到给定的某个阈值J₀，如果J(t)≥J₀，则需要更新控制器参数。

　　作为本发明进一步的改进，所述步骤(4)中建模数据列一般取最近时间段内的200～600组数据。

作为本发明进一步的改进，所述步骤(5)和步骤(6)中群智能算法是混合微分进化与量子粒子群算法。