本發(fā)明涉及生物質(zhì)發(fā)電機(jī)組熱工控制領(lǐng)域，尤其涉及一種基于預(yù)期閉環(huán)動(dòng)態(tài)特性的生物質(zhì)發(fā)電機(jī)組燃燒系統(tǒng)控制器設(shè)計(jì)方法。

背景技術(shù)：

1、由于風(fēng)電、光伏等可再生能源的隨機(jī)性、不確定性和暫態(tài)性等依賴(lài)天氣的特性，進(jìn)一步增加了電力保供的嚴(yán)峻形勢(shì)。生物質(zhì)機(jī)組由于其具有的環(huán)保優(yōu)勢(shì)、短時(shí)頂峰能力優(yōu)勢(shì)，在迎峰度夏和冬季中逐步發(fā)揮一定的作用。

2、燃燒系統(tǒng)的控制性能對(duì)生物質(zhì)機(jī)組的電力輸出、污染物生成至關(guān)重要，然而，燃燒系統(tǒng)是一個(gè)典型的過(guò)程以時(shí)間延遲為主。這導(dǎo)致了許多控制困難，例如機(jī)組的穩(wěn)定裕度的減少和控制性能的下降。此外，燃燒系統(tǒng)因工況變化或者燃料變化而具有很強(qiáng)的不確定性，為了增強(qiáng)生物質(zhì)機(jī)組燃燒系統(tǒng)的控制品質(zhì)，有一些學(xué)者針對(duì)其時(shí)延系統(tǒng)的特性做了相關(guān)的控制器優(yōu)化設(shè)計(jì)，如(張曉叢.1000mw超臨界機(jī)組燃燒系統(tǒng)智能控制算法研究[d].華北電力大學(xué),2021.)等研究對(duì)于工程實(shí)施具有一定的限制性，如([1]鄭瑞祥.1000mw火電機(jī)組燃燒系統(tǒng)的建模與控制方法研究[d].華北電力大學(xué),2018.)則是設(shè)計(jì)了模糊pid控制策略，其具有工程實(shí)施難度大的缺點(diǎn)，且針對(duì)大型火電機(jī)組進(jìn)行研究，缺少針對(duì)生物質(zhì)機(jī)組燃燒系統(tǒng)的研究。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、為了解決生物質(zhì)發(fā)電機(jī)組燃燒系統(tǒng)的優(yōu)化控制難題，本發(fā)明提供了一種基于預(yù)期閉環(huán)動(dòng)態(tài)特性的生物質(zhì)發(fā)電機(jī)組燃燒系統(tǒng)控制器設(shè)計(jì)方法。

2、第一方面，本發(fā)明提供了一種基于預(yù)期閉環(huán)動(dòng)態(tài)特性的生物質(zhì)發(fā)電機(jī)組燃燒系統(tǒng)控制器設(shè)計(jì)方法，包括以下步驟：

3、1)采用一階傳遞函數(shù)加時(shí)延傳遞函數(shù)描述生物質(zhì)發(fā)電機(jī)組燃燒系統(tǒng)：

4、

5、式(1)中，s是拉普拉斯算子，l為生物質(zhì)發(fā)電機(jī)組燃燒系統(tǒng)的二次風(fēng)量變化到爐膛溫度開(kāi)始變化的時(shí)延，e為指數(shù)常數(shù)，g1(s)為生物質(zhì)發(fā)電機(jī)組燃燒系統(tǒng)的傳遞函數(shù)，k為生物質(zhì)發(fā)電機(jī)組燃燒系統(tǒng)的二次風(fēng)量變化對(duì)爐膛溫度的放大值，t為生物質(zhì)發(fā)電機(jī)組燃燒系統(tǒng)的二次風(fēng)量變化引起爐膛溫度變化的表征參數(shù)；其中，l、k、t通過(guò)生物質(zhì)發(fā)電機(jī)組燃燒系統(tǒng)的運(yùn)行數(shù)據(jù)預(yù)辨識(shí)得到；

6、2)給定生物質(zhì)發(fā)電機(jī)組燃燒系統(tǒng)的預(yù)期閉環(huán)動(dòng)態(tài)響應(yīng)特性：

7、

8、式(2)中，gcl(s)為生物質(zhì)發(fā)電機(jī)組燃燒系統(tǒng)的預(yù)期閉環(huán)動(dòng)態(tài)響應(yīng)特性，λ為預(yù)期閉環(huán)動(dòng)態(tài)響應(yīng)特性的可調(diào)參數(shù)，有λ∈[0.2,1.5]；

9、3)基于一階傳遞函數(shù)加時(shí)延傳遞函數(shù)和預(yù)期閉環(huán)動(dòng)態(tài)響應(yīng)特性設(shè)計(jì)生物質(zhì)發(fā)電機(jī)組燃燒系統(tǒng)的預(yù)測(cè)比例-積分控制結(jié)構(gòu)：

10、設(shè)計(jì)的反饋比例-積分控制器為：

11、

12、設(shè)計(jì)的預(yù)測(cè)控制器為：

13、

14、將生物質(zhì)發(fā)電機(jī)組燃燒系統(tǒng)的設(shè)定值與輸出值的偏差作為反饋比例-積分控制器的輸入；

15、將反饋比例-積分控制器的輸出減去預(yù)測(cè)控制器的輸出作為預(yù)測(cè)控制器的輸入；

16、將反饋比例-積分控制器的輸出減去預(yù)測(cè)控制器的輸出作為控制量送往生物質(zhì)發(fā)電機(jī)組燃燒系統(tǒng)的執(zhí)行機(jī)構(gòu)，即得到預(yù)測(cè)比例-積分控制結(jié)構(gòu)；

17、4)基于可調(diào)參數(shù)λ計(jì)算預(yù)測(cè)比例-積分控制結(jié)構(gòu)的控制參數(shù)。

18、第二方面，本發(fā)明提供了一種基于預(yù)期閉環(huán)動(dòng)態(tài)特性的生物質(zhì)發(fā)電機(jī)組燃燒系統(tǒng)控制器設(shè)計(jì)方法，包括以下步驟：

19、1)采用二階傳遞函數(shù)加時(shí)延傳遞函數(shù)描述生物質(zhì)發(fā)電機(jī)組燃燒系統(tǒng)：

20、

21、式(2)中，s是拉普拉斯算子，l為生物質(zhì)發(fā)電機(jī)組燃燒系統(tǒng)的二次風(fēng)量變化到爐膛溫度開(kāi)始變化的時(shí)延，e為指數(shù)常數(shù)，g2(s)為生物質(zhì)發(fā)電機(jī)組燃燒系統(tǒng)的傳遞函數(shù)，k為生物質(zhì)發(fā)電機(jī)組燃燒系統(tǒng)的二次風(fēng)量變化對(duì)爐膛溫度的放大值，t1和t2均為生物質(zhì)發(fā)電機(jī)組燃燒系統(tǒng)的二次風(fēng)量變化引起爐膛溫度變化的表征參數(shù)；

22、2)給定生物質(zhì)發(fā)電機(jī)組燃燒系統(tǒng)的預(yù)期閉環(huán)動(dòng)態(tài)響應(yīng)特性：

23、

24、式(3)中，gcl(s)為生物質(zhì)發(fā)電機(jī)組燃燒系統(tǒng)的預(yù)期閉環(huán)動(dòng)態(tài)響應(yīng)特性，λ為預(yù)期閉環(huán)動(dòng)態(tài)響應(yīng)特性的可調(diào)參數(shù)，有λ∈[0.2,1.5]；

25、3)基于二階傳遞函數(shù)加時(shí)延傳遞函數(shù)和預(yù)期閉環(huán)動(dòng)態(tài)響應(yīng)特性設(shè)計(jì)生物質(zhì)發(fā)電機(jī)組燃燒系統(tǒng)的預(yù)測(cè)比例-積分-微分控制結(jié)構(gòu)：

26、設(shè)計(jì)的反饋比例-積分-微分控制器為：

27、

28、設(shè)計(jì)的預(yù)測(cè)控制器為：

29、

30、將生物質(zhì)發(fā)電機(jī)組燃燒系統(tǒng)的設(shè)定值與輸出值的偏差作為反饋比例-積分-微分控制器的輸入；

31、將反饋比例-積分-微分控制器的輸出減去預(yù)測(cè)控制器的輸出作為預(yù)測(cè)控制器的輸入；

32、將反饋比例-積分-微分控制器的輸出減去預(yù)測(cè)控制器的輸出作為控制量送往生物質(zhì)發(fā)電機(jī)組燃燒系統(tǒng)的執(zhí)行機(jī)構(gòu)，即得到預(yù)測(cè)比例-積分-微分控制結(jié)構(gòu)；

33、4)基于可調(diào)參數(shù)λ計(jì)算預(yù)測(cè)比例-積分-微分控制結(jié)構(gòu)的控制參數(shù)。

34、第三方面，本發(fā)明提供了一種基于預(yù)期閉環(huán)動(dòng)態(tài)特性的生物質(zhì)發(fā)電機(jī)組燃燒系統(tǒng)控制器設(shè)計(jì)系統(tǒng)，包括：

35、傳遞函數(shù)描述模塊，用于采用一階傳遞函數(shù)加時(shí)延傳遞函數(shù)描述生物質(zhì)發(fā)電機(jī)組燃燒系統(tǒng)；其中，生物質(zhì)發(fā)電機(jī)組燃燒系統(tǒng)的傳遞函數(shù)g1(s)為：

36、

37、式(1)中，s是拉普拉斯算子，l為生物質(zhì)發(fā)電機(jī)組燃燒系統(tǒng)的二次風(fēng)量變化到爐膛溫度開(kāi)始變化的時(shí)延，e為指數(shù)常數(shù)，k為生物質(zhì)發(fā)電機(jī)組燃燒系統(tǒng)的二次風(fēng)量變化對(duì)爐膛溫度的放大值，t為生物質(zhì)發(fā)電機(jī)組燃燒系統(tǒng)的二次風(fēng)量變化引起爐膛溫度變化的表征參數(shù)；其中，l、k、t通過(guò)生物質(zhì)發(fā)電機(jī)組燃燒系統(tǒng)的運(yùn)行數(shù)據(jù)預(yù)辨識(shí)得到；

38、預(yù)期閉環(huán)動(dòng)態(tài)響應(yīng)特性給定模塊，用于給定生物質(zhì)發(fā)電機(jī)組燃燒系統(tǒng)的預(yù)期閉環(huán)動(dòng)態(tài)響應(yīng)特性；其中，給定的預(yù)期閉環(huán)動(dòng)態(tài)響應(yīng)特性為：

39、

40、式(3)中，gcl(s)為生物質(zhì)發(fā)電機(jī)組燃燒系統(tǒng)的預(yù)期閉環(huán)動(dòng)態(tài)響應(yīng)特性，λ為預(yù)期閉環(huán)動(dòng)態(tài)響應(yīng)特性的可調(diào)參數(shù)，有λ∈[0.2,1.5]；

41、預(yù)測(cè)比例-積分控制結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)模塊，用于基于一階傳遞函數(shù)加時(shí)延傳遞函數(shù)和預(yù)期閉環(huán)動(dòng)態(tài)響應(yīng)特性設(shè)計(jì)生物質(zhì)發(fā)電機(jī)組燃燒系統(tǒng)的預(yù)測(cè)比例-積分控制結(jié)構(gòu)；其中，

42、設(shè)計(jì)的反饋比例-積分控制器為：

43、

44、設(shè)計(jì)的預(yù)測(cè)控制器為：

45、

46、將生物質(zhì)發(fā)電機(jī)組燃燒系統(tǒng)的設(shè)定值與輸出值的偏差作為反饋比例-積分控制器的輸入；

47、將反饋比例-積分控制器的輸出減去預(yù)測(cè)控制器的輸出作為預(yù)測(cè)控制器的輸入；

48、將反饋比例-積分控制器的輸出減去預(yù)測(cè)控制器的輸出作為控制量送往生物質(zhì)發(fā)電機(jī)組燃燒系統(tǒng)的執(zhí)行機(jī)構(gòu)，即得到預(yù)測(cè)比例-積分控制結(jié)構(gòu)；

49、控制參數(shù)計(jì)算模塊，用于基于可調(diào)參數(shù)λ計(jì)算預(yù)測(cè)比例-積分控制結(jié)構(gòu)的控制參數(shù)。

50、第四方面，本發(fā)明提供了一種基于預(yù)期閉環(huán)動(dòng)態(tài)特性的生物質(zhì)發(fā)電機(jī)組燃燒系統(tǒng)控制器設(shè)計(jì)系統(tǒng)，包括：

51、傳遞函數(shù)描述模塊，用于采用二階傳遞函數(shù)加時(shí)延傳遞函數(shù)描述生物質(zhì)發(fā)電機(jī)組燃燒系統(tǒng)；其中，生物質(zhì)發(fā)電機(jī)組燃燒系統(tǒng)的傳遞函數(shù)g2(s)為：

52、

53、式(1)中，s是拉普拉斯算子，l為生物質(zhì)發(fā)電機(jī)組燃燒系統(tǒng)的二次風(fēng)量變化到爐膛溫度開(kāi)始變化的時(shí)延，e為指數(shù)常數(shù)，g2(s)為生物質(zhì)發(fā)電機(jī)組燃燒系統(tǒng)的傳遞函數(shù)，k為生物質(zhì)發(fā)電機(jī)組燃燒系統(tǒng)的二次風(fēng)量變化對(duì)爐膛溫度的放大值，t1和t2均為生物質(zhì)發(fā)電機(jī)組燃燒系統(tǒng)的二次風(fēng)量變化引起爐膛溫度變化的表征參數(shù)；

54、預(yù)期閉環(huán)動(dòng)態(tài)響應(yīng)特性給定模塊，用于給定生物質(zhì)發(fā)電機(jī)組燃燒系統(tǒng)的預(yù)期閉環(huán)動(dòng)態(tài)響應(yīng)特性；其中，給定的預(yù)期閉環(huán)動(dòng)態(tài)響應(yīng)特性為：

55、

56、式(3)中，gcl(s)為生物質(zhì)發(fā)電機(jī)組燃燒系統(tǒng)的預(yù)期閉環(huán)動(dòng)態(tài)響應(yīng)特性，λ為預(yù)期閉環(huán)動(dòng)態(tài)響應(yīng)特性的可調(diào)參數(shù)，有λ∈[0.2,1.5]；

57、預(yù)測(cè)比例-積分-微分控制結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)模塊，用于基于二階傳遞函數(shù)加時(shí)延傳遞函數(shù)和預(yù)期閉環(huán)動(dòng)態(tài)響應(yīng)特性設(shè)計(jì)生物質(zhì)發(fā)電機(jī)組燃燒系統(tǒng)的預(yù)測(cè)比例-積分-微分控制結(jié)構(gòu)；其中，

58、設(shè)計(jì)的反饋比例-積分-微分控制器為：

59、

60、設(shè)計(jì)的預(yù)測(cè)控制器為：

61、

62、將生物質(zhì)發(fā)電機(jī)組燃燒系統(tǒng)的設(shè)定值與輸出值的偏差作為反饋比例-積分-微分控制器的輸入；

63、將反饋比例-積分-微分控制器的輸出減去預(yù)測(cè)控制器的輸出作為預(yù)測(cè)控制器的輸入；

64、將反饋比例-積分-微分控制器的輸出減去預(yù)測(cè)控制器的輸出作為控制量送往生物質(zhì)發(fā)電機(jī)組燃燒系統(tǒng)的執(zhí)行機(jī)構(gòu)，即得到預(yù)測(cè)比例-積分-微分控制結(jié)構(gòu)；

65、控制參數(shù)計(jì)算模塊，用于基于可調(diào)參數(shù)λ計(jì)算預(yù)測(cè)比例-積分-微分控制結(jié)構(gòu)的控制參數(shù)。

66、第五方面，本發(fā)明提供了一種基于預(yù)期閉環(huán)動(dòng)態(tài)特性的生物質(zhì)發(fā)電機(jī)組燃燒系統(tǒng)控制器，采用所述的基于預(yù)期閉環(huán)動(dòng)態(tài)特性的生物質(zhì)發(fā)電機(jī)組燃燒系統(tǒng)控制器設(shè)計(jì)方法進(jìn)行設(shè)計(jì)。

67、第六方面，本發(fā)明提供了一種生物質(zhì)發(fā)電機(jī)組燃燒系統(tǒng)控制器設(shè)計(jì)裝置，包括：

68、一個(gè)或多個(gè)處理器；

69、存儲(chǔ)器，用于存儲(chǔ)一個(gè)或多個(gè)程序，

70、當(dāng)所述一個(gè)或多個(gè)程序被所述一個(gè)或多個(gè)處理器執(zhí)行時(shí)，使得所述一個(gè)或多個(gè)處理器執(zhí)行如所述的基于預(yù)期閉環(huán)動(dòng)態(tài)特性的生物質(zhì)發(fā)電機(jī)組燃燒系統(tǒng)控制器設(shè)計(jì)方法的步驟。

71、第七方面，本發(fā)明提供了一種存儲(chǔ)有計(jì)算機(jī)程序的計(jì)算機(jī)可讀存儲(chǔ)介質(zhì)，該程序被處理器執(zhí)行時(shí)實(shí)現(xiàn)如所述的基于預(yù)期閉環(huán)動(dòng)態(tài)特性的生物質(zhì)發(fā)電機(jī)組燃燒系統(tǒng)控制器設(shè)計(jì)方法的步驟。

72、本發(fā)明相對(duì)現(xiàn)有技術(shù)具有突出的實(shí)質(zhì)性特點(diǎn)和顯著進(jìn)步，具體來(lái)說(shuō)：

73、(1)本發(fā)明設(shè)計(jì)的生物質(zhì)發(fā)電機(jī)組燃燒系統(tǒng)控制器，能夠解決生物質(zhì)發(fā)電機(jī)組燃燒系統(tǒng)的大時(shí)延帶來(lái)的控制難度增加的難題，且僅反饋比例-積分控制器(或反饋比例-積分-微分控制器)及預(yù)測(cè)控制器構(gòu)成，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單。

74、(2)本發(fā)明提出的設(shè)計(jì)方法，控制參數(shù)通過(guò)可調(diào)參數(shù)調(diào)節(jié)即可計(jì)算獲得，易于實(shí)現(xiàn)。

75、(3)本發(fā)明提出的設(shè)計(jì)方法，針對(duì)不同裝機(jī)容量的生物質(zhì)電廠燃燒系統(tǒng)均適用，具有通用性。