CN115574369A - 热电联产机组运行控制方法、装置、电子设备及存储介质 - Google Patents

热电联产机组运行控制方法、装置、电子设备及存储介质 Download PDF

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CN115574369A CN202211411962.7A CN202211411962A CN115574369A CN 115574369 A CN115574369 A CN 115574369A CN 202211411962 A CN202211411962 A CN 202211411962A CN 115574369 A CN115574369 A CN 115574369A
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钱白云
郜宁
宋明曙
康永昊
朱清
梁家豪
周成
赵文青
孔德安
王玮
刘江山
李永基
张健
段兵德
韩宏志
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Urumqi Electric Power Construction And Debugging Institute Xinjiang Xinneng Group Co ltd
Electric Power Research Institute of State Grid Xinjiang Electric Power Co Ltd
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Urumqi Electric Power Construction And Debugging Institute Xinjiang Xinneng Group Co ltd
Electric Power Research Institute of State Grid Xinjiang Electric Power Co Ltd
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Abstract

本发明提供一种热电联产机组运行控制方法、装置、电子设备及存储介质。该方法包括：获取当前控制模式下热电联产机组的实际输出值；根据当前控制模式下热电联产机组的输出基准值和实际输出值，计算热电联产机组的各项输出的输出跟踪误差；在当前控制模式下根据输出跟踪误差，计算热电联产机组的控制增益矩阵；将控制增益矩阵输入到热电联产机组，确定热电联产机组调节后的实际输出目标值。本发明能够实现灵活调节热电联产机组，及时满足控制需求。

Description

热电联产机组运行控制方法、装置、电子设备及存储介质
技术领域
本发明涉及电力自动化技术领域，尤其涉及一种热电联产机组运行控制方法、装置、电子设备及存储介质。
背景技术
随着新型电力***的建设脚步的不断加快，新能源大规模并网，同时也会存在大量的热电联产机组，在中国北方地区，由于存在冬季供暖的需求，热电联产机组也被广泛使用；在供热时期，热电联产机组需要同时面对供电调峰调频任务和供热任务，因此，热电联产机组需要具备快速的负荷响应速率，灵活地满足供热和供电的需求。
近年来，现有技术中通常采用比例-积分-微分控制器(Proportion IntegrationDifferentiation，PID控制器)对热电联产机组进行协调控制，但是在热电联产机组不同的控制模式下，PID控制器不能灵活地调节热电联产机组，无法及时满足负荷需求，使PID控制器的适用范围受到限制。
因此，亟需一种能够灵活地调节热电联产机组，及时满足不同控制需求的控制方法。
发明内容
本发明实施例提供了一种热电联产机组运行控制方法、装置、电子设备及存储介质，以解决现有技术中在不同的控制模式下，不能灵活调节热电联产机组，无法及时满足控制需求的问题。
第一方面，本发明实施例提供了一种热电联产机组运行控制方法，热电联产机组采用多种控制模式，每种控制模式下分别设置热电联产机组的输出基准值；方法包括：
获取当前控制模式下热电联产机组的实际输出值；
根据当前控制模式下热电联产机组的输出基准值和实际输出值，计算热电联产机组的各项输出的输出跟踪误差；
在当前控制模式下根据输出跟踪误差，计算热电联产机组的控制增益矩阵；
将控制增益矩阵输入到热电联产机组，确定热电联产机组调节后的实际输出目标值。
在一种可能的实现方式中，根据当前控制模式下热电联产机组的输出基准值和实际输出值，计算热电联产机组的各项输出的输出跟踪误差，包括：
根据
Figure BDA0003938537700000021
计算各项输出的输出跟踪误差；
其中，Xe(t)为t时间内热电联产机组的输出跟踪误差，Yd(τ)为τ时刻当前控制模式下热电联产机组的输出基准值，Y(τ)为τ时刻热电联产机组的实际输出值，t为热电联产机组运行控制的时间，τ为t时间内的任意一个时刻。
在一种可能的实现方式中，在当前控制模式下根据输出跟踪误差，计算热电联产机组的控制增益矩阵，包括：
在当前控制模式下根据输出跟踪误差，计算热电联产机组的扩展状态空间模型；
基于扩展状态空间模型，确定LQR控制的代价函数；
基于代价函数，确定LQR控制的状态权重矩阵和输入权重矩阵；
根据状态权重矩阵和输入权重矩阵，计算热电联产机组的控制增益矩阵。
在一种可能的实现方式中，基于代价函数，确定LQR控制的状态权重矩阵和输入权重矩阵，包括：
基于代价函数，采用粒子群优化算法确定各项输出的状态权重矩阵和输入权重矩阵。
在一种可能的实现方式中，根据状态权重矩阵和输入权重矩阵，计算热电联产机组的控制增益矩阵，包括：
基于状态权重矩阵和输入权重矩阵，计算代价函数最小对应的黎卡提方程的正定矩阵解；
根据正定矩阵解，计算热电联产机组的控制增益矩阵，控制增益矩阵包括状态反馈矩阵和误差增益矩阵。
在一种可能的实现方式中，在将控制增益矩阵输入到热电联产机组，确定热电联产机组调节后的实际输出目标值之前，还包括：
获取热电联产机组输出的供热抽汽流量；
根据供热抽汽流量，计算供热状态信号；
根据供热状态信号和预设的供热质量信号，确定燃料调节信号；
将控制增益矩阵输入到热电联产机组，确定热电联产机组调节后的实际输出目标值，包括：
将燃料调节信号和控制增益矩阵输入到热电联产机组，确定热电联产机组调节后的实际输出目标值。
在一种可能的实现方式中，根据供热抽汽流量，计算供热状态信号，包括：
根据
Figure BDA0003938537700000031
计算供热状态信号；
其中，
Figure BDA0003938537700000032
表示供热状态信号，mH表示热电联产机组输出的供热抽汽流量，t1表示获取供热抽汽流量的开始时刻，t2表示获取供热抽汽流量的结束时刻；
根据供热状态信号和预设的供热质量信号，确定燃料调节信号，包括：
根据
Figure BDA0003938537700000033
确定燃料调节信号；
其中，
Figure BDA0003938537700000034
表示燃料调节信号，Pd表示热电联产机组的机组负荷的输出基准值，P表示热电联产机组的输出与供热抽汽流量的比值，
Figure BDA0003938537700000035
表示供热抽汽流量的跟踪误差，mHd表示预设的供热质量信号，
Figure BDA0003938537700000036
表示供热状态信号。
第二方面，本发明实施例提供了一种热电联产机组样本数据集装置，热电联产机组采用多种控制模式，每种控制模式下分别设置热电联产机组的输出基准值；装置包括：
获取模块，获取当前控制模式下热电联产机组的实际输出值；
第一计算模块，根据当前控制模式下热电联产机组的输出基准值和实际输出值，计算热电联产机组的各项输出的输出跟踪误差；
第二计算模块，在当前控制模式下根据输出跟踪误差，计算热电联产机组的控制增益矩阵；
确定模块，将控制增益矩阵输入到热电联产机组，确定热电联产机组调节后的实际输出目标值。
第三方面，本发明实施例提供了一种电子设备，包括存储器、处理器以及存储在存储器中并可在处理器上运行的计算机程序，处理器执行计算机程序时实现如上第一方面或第一方面的任一种可能的实现方式的方法的步骤。
第四方面，本发明实施例提供了一种计算机可读存储介质，计算机可读存储介质存储有计算机程序，计算机程序被处理器执行时实现如上第一方面或第一方面的任一种可能的实现方式的方法的步骤。
本发明实施例提供一种热电联产机组运行控制方法，通过获取热电联产机组的实际输出值，能够得到当前的实际输出情况；再根据输出基准值和实际输出值，计算热电联产机组的各项输出的输出跟踪误差，该跟踪输出误差，即为热电联产机组的当前输出情况与预设情况的差距，也是热电联产机组的输出需要调节的数据，基于此，计算控制增益矩阵，控制增益矩阵包括状态反馈矩阵和误差增益矩阵，通过得到的控制增益矩阵对热电联产机组进行控制，能够对热电联产机组的输入变量的权重和状态变量的权重进行全面和灵活地控制，从而能够使热电联产机组的实际输出值更接近输出基准值，使热电联产机组的输出达到预期的效果，满足不同控制模式下供电和供热的控制要求。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明实施例提供的热电联产机组运行控制方法的示意图；
图2是本发明实施例提供的热电联产机组运行控制方法的实现流程图；
图3是本发明实施例提供的不同控制方法下机组负荷的变化趋势图；
图4是本发明实施例提供的不同控制方法下主蒸汽压力的变化趋势图；
图5是本发明实施例提供的不同控制方法下供热抽汽压力的变化趋势图；
图6是在本发明实施例提供的热电联产机组运行控制方法下，热电联产机组的热源品质的变化趋势图；
图7是本发明实施例提供的热电联产机组运行控制装置的结构示意图；
图8是本发明实施例提供的控制品质评价模块的结构示意图；
图9是本发明实施例提供的电子设备的示意图。
具体实施方式
以下描述中，为了说明而不是为了限定，提出了诸如特定***结构、技术之类的具体细节，以便透彻理解本发明实施例。然而，本领域的技术人员应当清楚，在没有这些具体细节的其它实施例中也可以实现本发明。在其它情况中，省略对众所周知的***、装置、电路以及方法的详细说明，以免不必要的细节妨碍本发明的描述。
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图通过具体实施例来进行说明。
图1为本发明实施例提供的热电联产机组运行控制的示意图，热电联产机组采用多种控制模式，每种控制模式下分别设置热电联产机组的输出基准值，热电联产机组的输出包括主蒸汽压力、供热抽汽压力和机组负荷，对应的输出基准值包括主蒸汽压力输出基准值、供热抽汽压力输出基准值和机组负荷输出基准值；本发明实施例提供的热电联产机组运行控制方法，通过对燃料量、供热抽汽调节阀和高压调节阀的控制，分别实现对主蒸汽压力实际输出值、供热抽汽压力实际输出值和机组负荷实际输出值的控制。
图2为本发明实施例提供的热电联产机组运行控制方法的实现流程图，详述如下：
步骤S201，获取当前控制模式下热电联产机组的实际输出值。
在本实施中，获取热电联产机组的实际输出值，能够得到当前的实际输出情况，便于后续根据实际输出情况进行协调控制。
步骤S202，根据当前控制模式下热电联产机组的输出基准值和实际输出值，计算热电联产机组的各项输出的输出跟踪误差。
在本实施例中，通过计算热电联产机组的各项输出的输出跟踪误差，能够确定热电联产机组的当前输出情况与预设情况的差距，以便后续对第二输出值进行调节，使热电联产机组的输出达到预设效果。
步骤S203，在当前控制模式下根据输出跟踪误差，计算热电联产机组的控制增益矩阵。
在本实施例中，热电联产机组的输出跟踪误差，即为热电联产机组的输出需要调节的数据，基于此，计算控制增益矩阵，从而能够使热电联产机组的实际输出值更接近输出基准值。
步骤S204，将控制增益矩阵输入到热电联产机组，确定热电联产机组调节后的实际输出目标值。
在本实施例中，控制增益矩阵包括状态反馈矩阵和误差增益矩阵，通过得到的控制增益矩阵对热电联产机组进行控制，能够控制热电联产机组的输入变量的权重和状态变量的权重，进行全面和灵活地控制，从而使热电联产机组输出满足不同控制模式下供电和供热的控制要求。
本发明实施例通过获取热电联产机组的实际输出值，能够得到当前的实际输出情况；再根据输出基准值和实际输出值，计算热电联产机组的各项输出的输出跟踪误差，该跟踪输出误差，即为热电联产机组的当前输出情况与预设情况的差距，也是热电联产机组的输出需要调节的数据，基于此，计算控制增益矩阵，控制增益矩阵包括状态反馈矩阵和误差增益矩阵，通过得到的控制增益矩阵对热电联产机组进行控制，能够对热电联产机组的输入变量的权重和状态变量的权重进行全面和灵活地控制，从而能够使热电联产机组的实际输出值更接近输出基准值，使热电联产机组的输出达到预期的效果，满足不同控制模式下供电和供热的控制要求。
在一种可能的实现方式中，步骤S202根据当前控制模式下热电联产机组的输出基准值和实际输出值，计算热电联产机组的各项输出的输出跟踪误差，可以详述为：根据
Figure BDA0003938537700000071
计算各项输出的输出跟踪误差；其中，Xe(t)为t时间内热电联产机组的输出跟踪误差，Yd(τ)为τ时刻当前控制模式下热电联产机组的输出基准值，Y(τ)为τ时刻热电联产机组的实际输出值，t为热电联产机组运行控制的时间，τ为t时间内的任意一个时刻。
在本实施例中，通过t时间内热电联产机组的实际输出值和输出基准值，分别计算热电联产机组的各项输出的输出跟踪误差，确定热电联产机组的当前输出情况与预设情况的差距。
在一种可能的实现方式中，步骤S203在当前控制模式下根据输出跟踪误差，计算热电联产机组的控制增益矩阵，可以详述为：在当前控制模式下根据输出跟踪误差，计算热电联产机组的扩展状态空间模型；基于扩展状态空间模型，确定LQR控制的代价函数；基于代价函数，确定LQR控制的状态权重矩阵和输入权重矩阵；根据状态权重矩阵和输入权重矩阵，计算热电联产机组的控制增益矩阵。
在本实施例中，根据输出跟踪误差，对热电联产机组的原有的状态空间模型进行扩展，得到扩展状态空间模型，从而对现有的热电联产机组进行准确的描述；基于扩展状态空间模型，确定LQR控制的代价函数，其中代价函数是以保证输出跟踪误差和输入的消耗最小的原则进行确定的，从而使后续能够计算出适合热电联产机组的控制增益矩阵；状态权重矩阵和输入权重矩阵的确定，直接影响控制增益矩阵，确定合适的状态权重矩阵和输入权重矩阵，就能得到合适的控制增益矩阵，从而能够对热电联产机组的状态变量和输入变量进行控制，实现不同控制模式下的供电和供热的控制要求。
对热电联产机组的原有的状态空间模型进行扩展，得到的扩展状态空间模型可以表述为：
Figure BDA0003938537700000081
Figure BDA0003938537700000082
为便于表示，令Xr(t)＝[X(t),Xe(t)]T，则扩展状态空间模型可以表述为：
Figure BDA0003938537700000083
Y(t)＝CrXr(t)
其中，
Figure BDA0003938537700000084
表示t时刻热电联产机组的原有的状态空间模型的输入向量的一阶导数，
Figure BDA0003938537700000085
表示t时刻热电联产机组的输出跟踪误差的一阶导数，A表示扩展状态空间模型的第一***参数，B表示所述状态空间模型的控制参数，C表示扩展状态空间模型的第二***参数，I表示单位向量，X1(t)表示t时刻热电联产机组的原有的状态空间模型的输入向量，U1(t)表示t时刻LQR控制中的状态反馈，Yd(t)表示t时刻热电联产机组的输出基准值，Y(t)表示t时刻热电联产机组的输出向量，
Figure BDA0003938537700000086
表示t时刻热电联产机组的扩展状态空间模型的状态向量的一阶导数，Xr(t)表示t时刻热电联产机组的扩展状态空间模型的状态向量，Ar表示扩展状态空间模型的***矩阵，Br表示扩展状态空间模型的第一控制矩阵，Bd表示扩展状态空间模型的第二控制矩阵，Y(t)表示t时刻热电联产机组的扩展状态空间模型的输出向量，Cr表示扩展状态空间模型的输出矩阵，T表示矩阵的转置。
以保证输出跟踪误差和输入的消耗最小的原则，基于输出跟踪误差，确定LQR控制的代价函数，该代价具体可以为：
Figure BDA0003938537700000091
其中，J表示LQR控制的代价函数值，Q表示LQR控制的状态权重矩阵，R表示LQR控制的输入权重矩阵；另外，状态权重矩阵和输入权重矩阵均为可调整的正定矩阵，一般为对角矩阵。
进一步的，基于代价函数，确定LQR控制的状态权重矩阵和输入权重矩阵，包括：基于代价函数，采用粒子群优化算法确定各项输出的状态权重矩阵和输入权重矩阵。
在本实施例中，采用粒子群优化算法替代传统方式中人工调试的方法，以隶属度函数值最小为目标，通过粒子群优化算法对状态权重矩阵和输入权重矩阵进行寻优，能够快速准确地找到合适的状态权重矩阵和输入权重矩阵，避免过于依赖调试人员的经验，无法获得最优的结果。
在一种可能的实现方式中，根据状态权重矩阵和输入权重矩阵，计算热电联产机组的控制增益矩阵，包括：基于状态权重矩阵和输入权重矩阵，计算代价函数最小对应的黎卡提方程的正定矩阵解；根据正定矩阵解，计算热电联产机组的控制增益矩阵，控制增益矩阵包括状态反馈矩阵和误差增益矩阵。
具体的，LQR控制中的状态反馈为U1(t)＝-KXr(t)，则可以将扩展状态空间模型的代价函数更新为
Figure BDA0003938537700000092
相应的，代价函数最小对应的黎卡提方程为Ar TPr+PrAr-PrBrR-1Br TPr+Q＝0，K＝R-1Br TPr，其中，K表示热电联产机组的控制增益矩阵，Pr为该黎卡提方程的正定矩阵解；因此，计算出上述黎卡提方程的正定矩阵解，即可以得到控制增益矩阵。
进一步的，控制增益矩阵包括状态反馈矩阵和误差增益矩阵，可以表示为K＝[Kc,Ki]，Kc表示状态反馈矩阵，Ki表示误差增益矩阵。
在确定状态权重矩阵和输入权重矩阵后，上述黎卡提方程就具有正定矩阵解；再根据该正定矩阵解，就可以计算得到控制增益矩阵；控制增益矩阵具体包括状态反馈矩阵和误差增益矩阵，其中，状态反馈矩阵作用于热电联产机组的输入变量即原始输入参数，误差增益矩阵作用于热电联产机组的状态变量输出误差跟踪，通过状态反馈矩阵和误差增益矩阵，能够实现对热电联产机组的输入变量的权重和状态变量的权重进行全面和灵活地控制。
在一种可能的实现方式中，在步骤S204将控制增益矩阵输入到热电联产机组，确定热电联产机组调节后的实际输出目标值之前，还包括：获取热电联产机组输出的供热抽汽流量；根据供热抽汽流量，计算供热状态信号；根据供热状态信号和预设的供热质量信号，确定燃料调节信号；步骤S204将控制增益矩阵输入到热电联产机组，确定热电联产机组调节后的实际输出目标值，可以详述为：将燃料调节信号和控制增益矩阵输入到热电联产机组，确定热电联产机组调节后的实际输出目标值。
在本实施例中，当热电联产机组在供电优先的模式下，一部分原本作为热源的蒸汽在变负荷前期通过热源主动响应控制进入中压缸继续做功，以响应机组负荷的指令；到变负荷后期，在锅炉燃料量的响应能够跟随负荷变化时，热电联产机组需要将在变负荷前期“借用”的部分热源蒸汽“还给”热网，以免对热用户产生明显的影响；因此，根据供热抽汽流量，计算供热状态信号，确定当前热电联产机组的供热情况，再根据供热状态信号和预设的供热质量信号，确定燃料调节信号，能够得到热电联产机组的供热抽汽流量的实际值与目标值的偏差，以便后续增加热电联产机组输入的能量，最终使热电联产机组的实际输出值达到控制要求，从而实现能量的精准平衡。
在一种可能的实现方式中，根据供热抽汽流量，计算供热状态信号，包括：根据
Figure BDA0003938537700000101
计算供热状态信号；其中，
Figure BDA0003938537700000102
表示供热状态信号，mH表示热电联产机组输出的供热抽汽流量，t1表示获取供热抽汽流量的开始时刻，t2表示获取供热抽汽流量的结束时刻
根据供热状态信号和预设的供热质量信号，确定燃料调节信号，包括：根据
Figure BDA0003938537700000111
确定燃料调节信号；其中，
Figure BDA0003938537700000112
表示燃料调节信号，Pd表示热电联产机组的机组负荷的输出基准值，P表示热电联产机组的机组负荷的实际输出值，mHd表示预设的供热质量信号，
Figure BDA0003938537700000113
表示供热状态信号。
热电联产机组的机组负荷的实际输出值与各级抽汽流量的关系为：
Figure BDA0003938537700000114
Figure BDA0003938537700000115
其中，DF表示给水流量，hm表示主蒸汽焓值，σ表示再热焓升，hc表示汽轮机的排汽焓值，m表示抽汽质量流量矩阵，
Figure BDA0003938537700000116
表示辅助向量，mFPT表示给水泵汽轮机的抽汽流量，hi表示第i级抽汽焓值，hH表示供热抽汽焓值。
在一种可能的方式中，获取热电联产机组的当前工况信息、实际输出值和控制参数；在预设的历史案例库中，确定与当前工况信息对应的历史案例，以及该历史案例的第一控制品质值；根据热电联产机组的实际输出值，计算热电联产机组的第二控制品质值；将第一控制品质值和第二控制品质值中较大控制品质值对应的历史案例或当前的控制参数作为控制参考信息；根据控制参考信息，更新对应控制模式下各项输出的输出基准值，并更新历史案例库。
在本实施例中，通过对热电联产机组当前控制情况进行评价，可以确定热电联产机组的当前状态；再通过将第一控制品质值和第二控制品质值进行比较，可以确定热电联产机组的当前状态是否优于相同工况信息下的历史最优状态；如果历史案例库中的历史最优状态更好，说明此时对热电联产机组的控制参数并不是最优的，还有调节的空间，可以以第一控制品质值对应的相关信息作为参考，对当前热电联产机组的控制参数进行调节；如果热电联产机组的当前状态更好，说明此时对热电联产机组的控制参数更合适，则将此时的控制参数更新到历史数据库中，便于对后续热电联产机组的控制情况进行评价，以及对控制参数进行调节。
在一个具体的实施例中，选取容量为300MW的热电联产机组对本申请提供的热电联产机组运行控制方法进行验证，其中以热电联产机组的输出跟踪误差的线性加权作为隶属度函数，具体可表示为：
Figure BDA0003938537700000121
其中，Xe,1(τ)表示为τ时刻的热电联产机组的主蒸汽压力的输出跟踪误差，Xe,2(τ)表示为τ时刻的热电联产机组的供热抽汽压力的输出跟踪误差，Xe,3(τ)表示为τ时刻的热电联产机组的机组负荷的输出跟踪误差，δ1表示为主蒸汽压力的输出跟踪误差对应的权重，δ2表示为供热抽汽压力的输出跟踪误差对应的权重，δ3表示为机组负荷的输出跟踪误差对应的权重。
热电联产机组在供电优先的模式下运行，热源调节将作为负荷跟踪的主要调节手段。基于这种情况，在粒子群优化算法的隶属度函数设置时，主蒸汽压力、供热抽汽压力和机组负荷的权重分别设为0.3、0.1和0.6。在PSO优化中，粒子群大小为100，最大迭代次数为30。通过寻优，状态权重矩阵和控制权重矩阵分别为：Q＝diag(1,105,1,105,105,6050,105),R＝diag(1,1,1)
状态反馈矩阵Kc和差增益矩阵Ki分别为：
Figure BDA0003938537700000122
Figure BDA0003938537700000123
对于精准能量平衡环节的控制器均选用PI；其中，能量平衡控制器的参数为P＝1，I＝0.2；热源品质恢复控制器的参数为P＝0.5、I＝1。
并选择传统炉跟机CCS策略进行对比，其中，汽轮机PID通过高压调节阀控制负荷，其参数为P＝0.1、I＝0.02，锅炉PID通过调整燃料量来控制主蒸汽压力，其参数为P＝30、I＝0.1、D＝20000，热网PID通过调整供热抽汽调节阀来控制供热抽汽压力，其参数为P＝1、I＝-50。
在Matlab/Simulink环境中，热电联产机组在100秒之前稳定在235MW的负荷工况下，在此期间，主蒸汽压力稳定在16.67MPa，供热抽汽压力稳定在0.35MPa。在100秒时，AGC负荷指令以12MW/min的速度从235MW上升到245MW，主蒸汽压力和供热抽汽压力的设定值保持不变；最终得到的结果可参见图3、图4和图5所示，采用优化控制策略表示本申请提供的热电联产机组运行控制方法。
图3表示机组负荷在优化控制策略和传统CCS策略下的跟踪情况，虚线表示热源主动响应的指令，直线表示优化控制策略下的结果，长短虚线表示传统CCS策略下的结果，其中，虚线与直线几乎重合；并且从图3中可以看出，在热源主动响应负荷指令的作用下，机组负荷的实际输出值在收到指令151.6s时爬升至目标值245MW，明显快于传统CCS策略。
图4表示蒸汽压力在优化控制策略和传统CCS策略下的跟踪情况，由图4可知，在优化控制策略的作用下，主蒸汽压力的最大波动只有0.03MPa，出现在AGC发出负荷指令后第48.4s，有利于实现热电联产机组的平稳运行；相比之下，在传统CCS策略作用下，主蒸汽压力最大有超过0.2MPa的波动。这是由于炉跟机协调方式下，机组依靠汽轮机调节阀调节机组负荷，造成了主蒸汽明显的波动；显然在平稳运行方面优化控制策略优于传统CCS策略。
图5表示供热抽汽蒸汽压力在优化控制策略和传统CCS策略下的跟踪情况，由图5可知，热电联产机组在采用优化控制策略时，供热抽汽压力在调节的初期有较为明显的下降，而后在燃料提供的能量足够时，供热抽汽压力逐渐恢复到设定值；而当热电联产机组采用CCS策略时，没有使用热源调节负荷，因此供热抽汽压力只有轻微的波动。
通过对热电联产机组的供热抽汽压力进行评价，即对供热情况进行评价，得到热源品质，参见图6所示的热源品质的变化趋势可知，由于精准能量平衡的作用，热源品质在经过约400s的调节后，逐渐恢复到设定值。
本发明实施例通过获取热电联产机组的实际输出值，能够得到当前的实际输出情况；再根据输出基准值和实际输出值，计算热电联产机组的各项输出的输出跟踪误差，该跟踪输出误差，即为热电联产机组的当前输出情况与预设情况的差距，也是热电联产机组的输出需要调节的数据，基于此，计算控制增益矩阵，控制增益矩阵包括状态反馈矩阵和误差增益矩阵，通过得到的控制增益矩阵对热电联产机组进行控制，具体的，通过粒子群优化算法确定状态权重矩阵和输入权重矩阵，避免过于依赖人为经验，能够确定更合适的权重矩阵，从而确定合适的控制增益矩阵，实现对热电联产机组的输入变量的权重和状态变量的权重进行全面和灵活地控制，从而能够使热电联产机组的实际输出值更接近输出基准值，达到预期的效果；另外，还通过确定燃料调节信号，得到热电联产机组的供热抽汽流量的实际值与目标值的偏差，从而增加热电联产机组输入的能量，能够避免供热品质下降，使热电联产机组的实际输出值能够更快地达到控制要求，满足不同控制模式下供电和供热的控制要求。
应理解，上述实施例中各步骤的序号的大小并不意味着执行顺序的先后，各过程的执行顺序应以其功能和内在逻辑确定，而不应对本发明实施例的实施过程构成任何限定。
以下为本发明的装置实施例，对于其中未详尽描述的细节，可以参考上述对应的方法实施例。
图7示出了本发明实施例提供的热电联产机组运行控制装置的结构示意图，为了便于说明，仅示出了与本发明实施例相关的部分，详述如下：
如图7所示，热电联产机组运行控制装置7包括：
获取模块71，获取当前控制模式下热电联产机组的实际输出值；
第一计算模块72，根据当前控制模式下热电联产机组的输出基准值和实际输出值，计算热电联产机组的各项输出的输出跟踪误差；
第二计算模块73，在当前控制模式下根据输出跟踪误差，计算热电联产机组的控制增益矩阵；
确定模块74，将控制增益矩阵输入到热电联产机组，确定热电联产机组调节后的实际输出目标值。
在一种可能的实现方式中，第一计算模块72，具体用于：
根据
Figure BDA0003938537700000151
计算各项输出的输出跟踪误差；
其中，Xe(t)为t时间内热电联产机组的输出跟踪误差，Yd(τ)为τ时刻当前控制模式下热电联产机组的输出基准值，Y(τ)为τ时刻热电联产机组的实际输出值，t为热电联产机组运行控制的时间，τ为t时间内的任意一个时刻。
在一种可能的实现方式中，第二计算模块73，具体用于：
在当前控制模式下根据输出跟踪误差，计算热电联产机组的扩展状态空间模型；
基于扩展状态空间模型，确定LQR控制的代价函数；
基于代价函数，确定LQR控制的状态权重矩阵和输入权重矩阵；
根据状态权重矩阵和输入权重矩阵，计算热电联产机组的控制增益矩阵。
在一种可能的实现方式中，第二计算模块73基于代价函数，确定LQR控制的状态权重矩阵和输入权重矩阵，用于：
基于代价函数，采用粒子群优化算法确定各项输出的状态权重矩阵和输入权重矩阵。
在一种可能的实现方式中，第二计算模块73根据状态权重矩阵和输入权重矩阵，计算热电联产机组的控制增益矩阵，用于：
基于状态权重矩阵和输入权重矩阵，计算代价函数最小对应的黎卡提方程的正定矩阵解；
根据正定矩阵解，计算热电联产机组的控制增益矩阵，控制增益矩阵包括状态反馈矩阵和误差增益矩阵。
在一种可能的实现方式中，热电联产机组运行控制装置7，还包括第三计算模块75和第四计算模块76；
获取模块71，还用于获取热电联产机组输出的供热抽汽流量；
第三计算模块75，用于根据供热抽汽流量，计算供热状态信号；
第四计算模块76，用于根据供热状态信号和预设的供热质量信号，确定燃料调节信号；
确定模块74，具体用于将燃料调节信号和控制增益矩阵输入到热电联产机组，确定热电联产机组调节后的实际输出目标值。
在一种可能的实现方式中，第三计算模块75具体用于：
根据
Figure BDA0003938537700000161
计算供热状态信号；
其中，
Figure BDA0003938537700000162
表示供热状态信号，mH表示热电联产机组输出的供热抽汽流量，t1表示获取供热抽汽流量的开始时刻，t2表示获取供热抽汽流量的结束时刻；
第四计算模块76具体用于：
根据
Figure BDA0003938537700000163
确定燃料调节信号；
其中，
Figure BDA0003938537700000164
表示燃料调节信号，Pd表示热电联产机组的机组负荷的输出基准值，P表示热电联产机组的输出与供热抽汽流量的比值，
Figure BDA0003938537700000165
表示供热抽汽流量的跟踪误差，mHd表示预设的供热质量信号，
Figure BDA0003938537700000166
表示供热状态信号。
在一种可能的方式中，参见图8所示的控制品质评价模块的结构示意图，控制品质评价模块8包括：
数据存储单元81，用于存储热电联产机组的历史运行信息以及历史案例；
案例推理单元82，用于确定与热电联产机组的当前工况信息对应的历史案例；
评价单元83，用于根据热电联产机组的实际输出值，计算热电联产机组的第二控制品质值；将第一控制品质值和第二控制品质值中较大控制品质值对应的历史案例或当前的控制参数作为控制参考信息；
通讯单元84，用于将控制参考信息存储至数据存储单元81，以及与外部控制***进行通讯。
本发明实施例通过获取模块获取热电联产机组的实际输出值，能够得到当前的实际输出情况；再通过第一计算模块根据输出基准值和实际输出值，计算热电联产机组的各项输出的输出跟踪误差，该跟踪输出误差，即为热电联产机组的当前输出情况与预设情况的差距，也是热电联产机组的输出需要调节的数据，基于此，第二计算模块计算控制增益矩阵，控制增益矩阵包括状态反馈矩阵和误差增益矩阵，通过得到的控制增益矩阵对热电联产机组进行控制，具体的，通过粒子群优化算法确定状态权重矩阵和输入权重矩阵，避免过于依赖人为经验，能够确定更合适的权重矩阵，从而确定合适的控制增益矩阵，实现对热电联产机组的输入变量的权重和状态变量的权重进行全面和灵活地控制，从而能够使热电联产机组的实际输出值更接近输出基准值，达到预期的效果；另外，还利用第四计算模块通过确定燃料调节信号，得到热电联产机组的供热抽汽流量的实际值与目标值的偏差，从而增加热电联产机组输入的能量，能够避免供热品质下降，使热电联产机组的实际输出值能够更快地达到控制要求，满足不同控制模式下供电和供热的控制要求。
图9是本发明实施例提供的电子设备的示意图。如图9所示，该实施例的电子设备9包括：处理器90、存储器91以及存储在所述存储器91中并可在所述处理器90上运行的计算机程序92。所述处理器90执行所述计算机程序92时实现上述各个热电联产机组运行控制方法实施例中的步骤，例如图2所示的步骤S201至步骤S204。或者，所述处理器90执行所述计算机程序92时实现上述各装置实施例中各模块的功能，例如图7所示模块71至74的功能。
示例性的，所述计算机程序92可以被分割成一个或多个模块/单元，所述一个或者多个模块/单元被存储在所述存储器91中，并由所述处理器90执行，以完成本发明。所述一个或多个模块/单元可以是能够完成特定功能的一系列计算机程序指令段，该指令段用于描述所述计算机程序92在所述电子设备9中的执行过程。例如，所述计算机程序92可以被分割成图7所示的模块71至74。
所述电子设备9可包括，但不仅限于，处理器90、存储器91。本领域技术人员可以理解，图9仅仅是电子设备9的示例，并不构成对电子设备9的限定，可以包括比图示更多或更少的部件，或者组合某些部件，或者不同的部件，例如所述电子设备还可以包括输入输出设备、网络接入设备、总线等。
所称处理器90可以是中央处理单元(Central Processing Unit，CPU)，还可以是其他通用处理器、数字信号处理器(Digital Signal Processor，DSP)、专用集成电路(Application Specific Integrated Circuit，ASIC)、现场可编程门阵列(Field-Programmable Gate Array，FPGA)或者其他可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件等。通用处理器可以是微处理器或者该处理器也可以是任何常规的处理器等。
所述存储器91可以是所述电子设备9的内部存储单元，例如电子设备9的硬盘或内存。所述存储器91也可以是所述电子设备9的外部存储设备，例如所述电子设备9上配备的插接式硬盘，智能存储卡(Smart Media Card，SMC)，安全数字(Secure Digital，SD)卡，闪存卡(Flash Card)等。进一步地，所述存储器91还可以既包括所述电子设备9的内部存储单元也包括外部存储设备。所述存储器91用于存储所述计算机程序以及所述电子设备所需的其他程序和数据。所述存储器91还可以用于暂时地存储已经输出或者将要输出的数据。
所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为了描述的方便和简洁，仅以上述各功能单元、模块的划分进行举例说明，实际应用中，可以根据需要而将上述功能分配由不同的功能单元、模块完成，即将所述装置的内部结构划分成不同的功能单元或模块，以完成以上描述的全部或者部分功能。实施例中的各功能单元、模块可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中，上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能单元的形式实现。另外，各功能单元、模块的具体名称也只是为了便于相互区分，并不用于限制本申请的保护范围。上述***中单元、模块的具体工作过程，可以参考前述方法实施例中的对应过程，在此不再赘述。
在上述实施例中，对各个实施例的描述都各有侧重，某个实施例中没有详述或记载的部分，可以参见其它实施例的相关描述。
本领域普通技术人员可以意识到，结合本文中所公开的实施例描述的各示例的单元及算法步骤，能够以电子硬件、或者计算机软件和电子硬件的结合来实现。这些功能究竟以硬件还是软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本发明的范围。
在本发明所提供的实施例中，应该理解到，所揭露的装置/电子设备和方法，可以通过其它的方式实现。例如，以上所描述的装置/电子设备实施例仅仅是示意性的，例如，所述模块或单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个***，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通讯连接可以是通过一些接口，装置或单元的间接耦合或通讯连接，可以是电性，机械或其它的形式。
所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。
另外，在本发明各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能单元的形式实现。
所述集成的模块/单元如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明实现上述实施例方法中的全部或部分流程，也可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成，所述的计算机程序可存储于一计算机可读存储介质中，该计算机程序在被处理器执行时，可实现上述各个方法实施例的步骤。其中，所述计算机程序包括计算机程序代码，所述计算机程序代码可以为源代码形式、对象代码形式、可执行文件或某些中间形式等。所述计算机可读介质可以包括：能够携带所述计算机程序代码的任何实体或装置、记录介质、U盘、移动硬盘、磁碟、光盘、计算机存储器、只读存储器(Read-Only Memory，ROM)、随机存取存储器(RandomAccess Memory，RAM)、电载波信号、电信信号以及软件分发介质等。
以上所述实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种热电联产机组运行控制方法，其特征在于，热电联产机组采用多种控制模式，每种控制模式下分别设置所述热电联产机组的输出基准值；所述方法包括：
获取当前控制模式下所述热电联产机组的实际输出值；
根据所述当前控制模式下所述热电联产机组的输出基准值和所述实际输出值，计算所述热电联产机组的各项输出的输出跟踪误差；
在所述当前控制模式下根据所述输出跟踪误差，计算所述热电联产机组的控制增益矩阵；
将所述控制增益矩阵输入到所述热电联产机组，确定所述热电联产机组调节后的实际输出目标值。
2.根据权利要求1所述的热电联产机组运行控制方法，其特征在于，所述根据所述当前控制模式下所述热电联产机组的输出基准值和所述实际输出值，计算所述热电联产机组的各项输出的输出跟踪误差，包括：
根据
Figure FDA0003938537690000011
计算各项输出的输出跟踪误差；
其中，Xe(t)为t时间内所述热电联产机组的输出跟踪误差，Yd(τ)为τ时刻所述当前控制模式下所述热电联产机组的输出基准值，Y(τ)为τ时刻所述热电联产机组的实际输出值，t为热电联产机组运行控制的时间，τ为t时间内的任意一个时刻。
3.根据权利要求2所述的热电联产机组运行控制方法，其特征在于，在所述当前控制模式下根据所述输出跟踪误差，计算所述热电联产机组的控制增益矩阵，包括：
在所述当前控制模式下根据所述输出跟踪误差，计算热电联产机组的扩展状态空间模型；
基于所述扩展状态空间模型，确定LQR控制的代价函数；
基于所述代价函数，确定LQR控制的状态权重矩阵和输入权重矩阵；
根据所述状态权重矩阵和所述输入权重矩阵，计算所述热电联产机组的控制增益矩阵。
4.根据权利要求3所述的热电联产机组运行控制方法，其特征在于，基于所述代价函数，确定LQR控制的状态权重矩阵和输入权重矩阵，包括：
基于所述代价函数，采用粒子群优化算法确定各项输出的状态权重矩阵和输入权重矩阵。
5.根据权利要求3所述的热电联产机组运行控制方法，其特征在于，根据所述状态权重矩阵和所述输入权重矩阵，计算所述热电联产机组的控制增益矩阵，包括：
基于所述状态权重矩阵和所述输入权重矩阵，计算所述代价函数最小对应的黎卡提方程的正定矩阵解；
根据所述正定矩阵解，计算所述热电联产机组的控制增益矩阵，所述控制增益矩阵包括状态反馈矩阵和误差增益矩阵。
6.根据权利要求1所述的热电联产机组运行控制方法，其特征在于，在将所述控制增益矩阵输入到所述热电联产机组，确定所述热电联产机组调节后的实际输出目标值之前，还包括：
获取所述热电联产机组输出的供热抽汽流量；
根据所述供热抽汽流量，计算供热状态信号；
根据所述供热状态信号和预设的供热质量信号，确定燃料调节信号；
所述将所述控制增益矩阵输入到所述热电联产机组，确定所述热电联产机组调节后的实际输出目标值，包括：
将所述燃料调节信号和所述控制增益矩阵输入到所述热电联产机组，确定所述热电联产机组调节后的实际输出目标值。
7.根据权利要求6所述的热电联产机组运行控制方法，其特征在于，根据所述供热抽汽流量，计算供热状态信号，包括：
根据
Figure FDA0003938537690000031
计算供热状态信号；
其中，
Figure FDA0003938537690000032
表示所述供热状态信号，mH表示所述热电联产机组输出的供热抽汽流量，t1表示获取所述供热抽汽流量的开始时刻，t2表示获取所述供热抽汽流量的结束时刻；
根据所述供热状态信号和预设的供热质量信号，确定燃料调节信号，包括：
根据
Figure FDA0003938537690000033
确定燃料调节信号；
其中，
Figure FDA0003938537690000034
表示燃料调节信号，Pd表示热电联产机组的机组负荷的输出基准值，P表示热电联产机组的输出与所述供热抽汽流量的比值，
Figure FDA0003938537690000035
表示所述供热抽汽流量的跟踪误差，mHd表示预设的供热质量信号，
Figure FDA0003938537690000036
表示所述供热状态信号。
8.一种热电联产机组运行控制装置，其特征在于，热电联产机组采用多种控制模式，每种控制模式下分别设置所述热电联产机组的输出基准值；所述装置包括：
获取模块，获取当前控制模式下所述热电联产机组的实际输出值；
第一计算模块，根据所述当前控制模式下所述热电联产机组的输出基准值和所述实际输出值，计算所述热电联产机组的各项输出的输出跟踪误差；
第二计算模块，在所述当前控制模式下根据所述输出跟踪误差，计算所述热电联产机组的控制增益矩阵；
确定模块，将所述控制增益矩阵输入到所述热电联产机组，确定所述热电联产机组调节后的实际输出目标值。
9.一种电子设备，包括存储器和处理器，所述存储器用于存储计算机程序，所述处理器用于调用并运行所述存储器中存储的计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述计算机程序时实现如上的权利要求1至7中任一项所述的方法的步骤。
10.一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有计算机程序，其特征在于，所述计算机程序被处理器执行时实现如上的权利要求1至7中任一项所述的方法的步骤。
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