CN111365703A - 一种基于仿人智能控制的再热汽温复合控制方法 - Google Patents

一种基于仿人智能控制的再热汽温复合控制方法 Download PDF

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韩华锋
殷延文
黄一志
郭滔
陈栎霏
杜文
刁士军
赵志涛
李晓鹏
于全波
倪玉伟
何颖
刘然
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Abstract

本发明公开了一种基于仿人智能控制的再热汽温复合控制方法，利用仿人智能控制方法，分别建立再热烟气挡板控制器和微量再热喷水减温控制器，并设计了二者协调控制再热汽温的策略。通过在不同负荷段下的实验确定仿人智能控制器的特征模态集和控制模态集，有效提高了不同的运行工况下控制精度与算法运行效率，在不同负荷段修正微量再热减温水和烟气挡板调节速度，并在再热减温水调门开度不同的时候修正烟气挡板的设定值。本发明一方面可以提高烟气挡板自动化程度，另一方面可减少微量再热减温水的使用，提高机组的运行效率。

Description

一种基于仿人智能控制的再热汽温复合控制方法
技术领域
本发明涉及火电机组锅炉蒸汽温度控制领域，尤其涉及一种再热汽温调节方法，属于热工控制领域。
背景技术
目前，多数火电机组由于再热烟气挡板无法投自动，仅靠再热喷水调再热汽温，往往有20t/h以上的喷水流量，影响汽轮机的安全运行及机组的供电煤耗。
出现上述问题的原因是，烟气挡板的调节具有很大的滞后性和非线性，同时减温水的调节由于负荷的不同，对象特性也在发生变化，阀门自身的非线性也对控制产生较大的影响。目前的PID串级调节在多数情况下不能满足控制要求，经常需要运行人员手动干预，一方面增加了运行人员的工作量，另一方面由于调节的不及时经常造成减温水过喷，降低了机组运行的经济性。
为提高烟气挡板的自动控制率以及再热汽温的控制品质，本文提出了一种基于仿人智能控制的再热汽温复合控制方法，可有效控制再热汽温，同时减少减温水的使用。
发明内容
技术问题：本发明的目的是提出一种基于仿人智能控制的再热汽温复合控制方法，解决火电机组再热汽温控制品质差，目前控制策略难以应用于工程实践的问题，使得***控制兼顾控制精度和控制速度。
技术方案：本发明的一种基于仿人智能控制的再热汽温复合控制方法包括以下步骤：
步骤1.在50％，75％和100％三个负荷点分别进行A侧，B侧微量再热减温水和烟气挡板对末级再热汽温Tre的扰动实验，每个负荷点进行减温水阀门开度增减5％阶跃实验以及烟气挡板增减20％开度阶跃实验，记录末级再热汽温Tre在不同负荷下的起始变化时间Ta，Tb和Tdb的最大值Tamax，Tbmax，Tdbmax和最小值Tamin，Tbmin和Tdbmin；
步骤2.记录下采样时间Ts下的一，二次再热汽温的偏差以及偏差变化速率，计算平均再热汽温的偏差及偏差变化速率；
步骤3.根据历史数据和步骤1的实验数据，确定微量再热减温水和烟气挡板的特征模态库；
步骤4.根据步骤2计算的再热汽温偏差和偏差变化率分别从微量再热减温水和再热烟气挡板的特征模态库中选择符合条件的特征状态，并由特征状态确定各自的控制模态集；
步骤5.将末级再热汽温Tre偏差和偏差变化率代入步骤4中的控制模态集计算出A、B侧减温水阀门开度和再热烟气挡板的开度；
步骤6.根据当前的再热减温水阀门开度和修正再热烟气挡板设定值，当A、B侧再热减温水阀门开度相加大于20％时，减小再热烟气挡板设定值，以达到减少再热减温水的使用量的目的。
其中：
步骤1中所述的起始变化时间Ta，Tb和Tdb是指从控制器指令变化开始到再热汽温变化所需时间，越大说明该负荷点下动态特性越慢。
步骤2中所述的偏差是指ek＝rink-yk，偏差的变化率的具体计算公式为：
Figure BDA0002421456120000021
其中ek为k次采样时的再热汽温偏差，rink为第k次采样的再热汽温设定值，yk为第k次采样时的再热汽温，
Figure BDA0002421456120000022
为第k次采样时的再热汽温偏差变化率，Ts为采样时间。
步骤3中所述的特征模态库为
Figure BDA0002421456120000023
其中：
Figure BDA0002421456120000024
q1:|ek|＞E2；q2:E1≤|ek|≤E2；q3:|ek|≤E1；
Figure BDA0002421456120000025
其中E1，E2，
Figure BDA0002421456120000026
和
Figure BDA0002421456120000027
为偏差的阀值和偏差变化率的阀值；q1至q7代表再热汽温调节过程中的不同控制状态，
Figure BDA0002421456120000028
至
Figure BDA0002421456120000029
是由不同的控制状态组成的特征模态，用于选择不同的控制模态。
步骤4所述的控制模态ω＝[ω1 ω2 ω3 ω4 ω5]为：
Figure BDA0002421456120000031
其中ω1至ω5为不同的控制模态，∪为控制量(减温水阀门开度以及挡板开度)，Kp1～Kp5代表比例作用强弱，Ki4～Ki5代表积分作用强弱，Kd2～Kd3和Kd5代表微分作用强弱，三者共同组成控制模态参数，由实际运行经验和历史数据确定。
通过步骤1所得数据，在不同负荷段对所述的控制模态进行修正，微量再热减温水和再热烟气挡板的修正范围分别为为[1,Tamax/Tamin],[1,Tbmax/Tbmin],[1,Tdbmax/Tdbmin]。
根据当前的A、B侧再热减温水阀门开度和修正再热烟气挡板设定值，其修正函数为FX1：
开度和/％ 设定值修正量/℃
0 0
20 -2
30 -4
70 -8
200 -15
有益效果：本发明具有以下优点：
1、本发明不需要对象的精确数学模型，易于在线实现，计算量小，控制效果好，在保证不超温的情况下减少了喷水量，提高机组运行经济性和安全性，且可投入自动控制；
2、本发明利用仿人智能控制方法，采集再热汽温的实际值与设定值偏差以及偏差的变化率，可克服负荷变化导致的对象特性变化使控制效果变差的问题，同时也增强***的鲁棒性和自适应能力。
附图说明
图1为基于仿人智能控制的再热汽温复合控制逻辑框图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方案对本发明作进一步说明，具体实现的步骤如下：
步骤1：在50％，75％和100％三个负荷点分别进行A侧，B侧微量再热减温水和烟气挡板对末级再热汽温Tre的扰动实验，每个负荷点进行减温水阀门开度增减5％阶跃实验以及烟气挡板增减20％开度阶跃实验，记录末级再热汽温Tre在不同负荷下的起始变化时间Ta，Tb和Tdb及其最大值Tamax，Tbmax，Tdbmax和最小值Tamin，Tbmin和Tdbmin，其中起始变化时间Ta，Tb和Tdb是指从控制器指令变化开始到再热汽温变化所需时间，越大说明该负荷点下动态特性越慢，一般情况下再热汽温动态特性为非线性，需要对其进行修正，具体修正方法见步骤6。
步骤2：记录下采样时间Ts下的一，二次再热汽温的偏差以及偏差变化速率，计算平均再热汽温的偏差及偏差变化速率，偏差是指ek＝rink-yk，偏差的变化率的具体计算公式为：
Figure BDA0002421456120000041
其中k为采样次数，ek为k次采样时的再热汽温偏差，rink为第k次采样的再热汽温设定值，yk为第k次采样时的再热汽温，
Figure BDA0002421456120000042
为第k次采样时的再热汽温偏差变化率，Ts为采样时间。
步骤3：根据历史数据和(1)的实验数据，确定微量再热减温水和烟气挡板的特征模态库，特征模态库为
Figure BDA0002421456120000043
其中：
Figure BDA0002421456120000044
q1:|ek|＞E2；q2:E1≤|ek|≤E2；q3:|ek|≤E1；
Figure BDA0002421456120000051
根据运行数据计算出E1＝2℃，E2＝5℃，
Figure BDA0002421456120000052
步骤4：根据(2)计算的再热汽温偏差和偏差变化率分别从微量再热减温水和再热烟气挡板的特征模态库中选择符合条件的特征状态，并由特征状态确定各自的控制模态，控制模态ω＝[ω1 ω2 ω3 ω4 ω5]为：
Figure BDA0002421456120000053
当
Figure BDA0002421456120000054
时偏差较大，采用较强的比例控制；
Figure BDA0002421456120000055
时可采用PD控制；
Figure BDA0002421456120000056
时进一步降低误差减小的速率，防止超调量过大，所以适当减弱控制作用；
Figure BDA0002421456120000057
时***接近稳定，采取保持策略；
Figure BDA0002421456120000058
时误差有增加的趋势，可实施较强的PID控制。其中Kp1～Kp5，Ki4～Ki5，Kd2～Kd3和Kd5分别为：Kp1＝1；Kp2＝0.72，Kd2＝2.3；Kp3＝0.61，Kd3＝3.2；Kp4＝0.59，Ki4＝0.0072；Kp5＝0.52，Ki5＝0.00042，Kd5＝6.1。
步骤5：将末级再热汽温Tre偏差和偏差变化率代入步骤4中的控制模态集，计算出A、B侧减温水阀门开度指令和再热烟气挡板的开度指令。
步骤6：通过步骤(1)所得数据，在不同负荷段对权利要求5所述的控制模态进行修正，微量再热减温水和再热烟气挡板的修正范围分别为为[1,Tamax/Tamin],[1,Tbmax/Tbmin],[1,Tdbmax/Tdbmin]，分别与A、B侧再热减温水阀门指令和再热烟气挡板指令相乘，利用实发功率为横坐标，修正系数为纵坐标的分段函数，当相邻负荷点的其实变化时间超过10％需要新加函数分段点，由此得到修正函数。同时根据当前的再热减温水阀门开度和修正再热烟气挡板设定值，减少再热减温水的使用，提高经济型，其修正函数为FX1：
开度和/％ 设定值修正量/℃
0 0
20 -2
30 -4
70 -8
200 -15

Claims (7)

1.一种基于仿人智能控制的再热汽温复合控制方法，其特征在于
步骤1.在50％，75％和100％三个负荷点分别进行A侧，B侧微量再热减温水和烟气挡板对末级再热汽温Tre的扰动实验，每个负荷点进行减温水阀门开度增减5％阶跃实验以及烟气挡板增减20％开度阶跃实验，记录末级再热汽温Tre在不同负荷下的起始变化时间Ta，Tb和Tdb的最大值Tamax，Tbmax，Tdbmax和最小值Tamin，Tbmin和Tdbmin；
步骤2.记录下采样时间Ts下的一，二次再热汽温的偏差以及偏差变化速率，计算平均再热汽温的偏差及偏差变化速率；
步骤3.根据历史数据和步骤1的实验数据，确定微量再热减温水和烟气挡板的特征模态库；
步骤4.根据步骤2计算的再热汽温偏差和偏差变化率分别从微量再热减温水和再热烟气挡板的特征模态库中选择符合条件的特征状态，并由特征状态确定各自的控制模态集；
步骤5.将末级再热汽温的偏差和偏差变化率代入步骤4中的控制模态集计算出A、B侧减温水阀门开度和再热烟气挡板的开度；
步骤6.根据当前的再热减温水阀门开度和修正再热烟气挡板设定值，当A、B侧再热减温水阀门开度相加大于20％时，减小再热烟气挡板设定值，以达到减少再热减温水的使用量的目的。
2.根据权利要求1所述的一种基于仿人智能控制的再热汽温复合控制方法，其特征在于：步骤1中所述的起始变化时间Ta，Tb和Tdb是指从控制器指令变化开始到再热汽温变化所需时间，越大说明该负荷点下动态特性越慢。
3.根据权利要求1所述的一种基于仿人智能控制的再热汽温复合控制方法，其特征在于：步骤2中所述的偏差是指ek＝rink-yk，偏差的变化率的具体计算公式为：
Figure FDA0002421456110000011
其中ek为k次采样时的再热汽温偏差，rink为第k次采样的再热汽温设定值，yk为第k次采样时的再热汽温，
Figure FDA0002421456110000012
为第k次采样时的再热汽温偏差变化率，Ts为采样时间。
4.根据权利要求1所述的一种基于仿人智能控制的再热汽温复合控制方法，其特征在于：步骤3中所述的特征模态库为
Figure FDA0002421456110000021
其中：
Figure FDA0002421456110000022
q1:|ek|＞E2；q2:E1≤|ek|≤E2；q3:|ek|≤E1；
q4:
Figure FDA0002421456110000023
q5:
Figure FDA0002421456110000024
q6:
Figure FDA0002421456110000025
q7:
Figure FDA0002421456110000026
其中E1，E2，
Figure FDA0002421456110000027
和
Figure FDA0002421456110000028
为偏差的阀值和偏差变化率的阀值；q1至q7代表再热汽温调节过程中的不同控制状态，
Figure FDA0002421456110000029
至
Figure FDA00024214561100000210
是由不同的控制状态组成的特征模态，用于选择不同的控制模态。
5.根据权利要求1所述的一种基于仿人智能控制的再热汽温复合控制方法，其特征在于：步骤4所述的控制模态ω＝[ω1 ω2 ω3 ω4 ω5]为：
Figure FDA00024214561100000211
其中ω1至ω5为不同的控制模态，∪为控制量，即减温水阀门开度以及挡板开度，Kp1～Kp5代表比例作用强弱，Ki4～Ki5代表积分作用强弱，Kd2～Kd3和Kd5代表微分作用强弱，三者共同组成控制模态参数，由实际运行经验和历史数据确定。
6.根据权利要求1所述的一种基于仿人智能控制的再热汽温复合控制方法，其特征在于：通过步骤1所得数据，在不同负荷段对所述的控制模态进行修正，微量再热减温水和再热烟气挡板的修正范围分别为为[1,Tamax/Tamin],[1,Tbmax/Tbmin],[1,Tdbmax/Tdbmin]。
7.根据权利要求1所述的一种基于仿人智能控制的再热汽温复合控制方法，其特征在于：根据当前的A、B侧再热减温水阀门开度和修正再热烟气挡板设定值，其修正函数为FX1：
开度和/％ 设定值修正量/℃ 0 0 20 -2 30 -4 70 -8 200 -15
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