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申请/专利权人：西安热工研究院有限公司

摘要：本发明提供了基于模型预测控制算法的供热机组协调控制系统及其方法，该协调控制系统借助线性化后的供热机组模型预测供热机组输出，并增设了模型预测控制器，通过模型预测控制器中的控制算法，在目标函数的约束下对供热机组输入进行滚动优化。本发明能够实现多输入多输出的供热机组的协调控制，使供热机组输出准确、快速跟踪负荷指令，并减少给煤量的波动，达到节能减排的目的，并实现负荷指令的快速跟踪及机组的安全稳定运行。

主权项：1.一种基于模型预测控制算法的供热机组协调控制系统，其特征在于，包括指令接收模块、模型预测控制器、被控对象和测量模块；指令接收模块的输出端连接至模型预测控制器的输入端，模型预测控制器的输出端连接至被控对象的输入端，被控对象的输出端通过测量模块并连接至模型预测控制器的输入端，形成供热机组协调控制系统回路；模型预测控制器接收到指令接收模块所输入的指令信号以及通过测量模块测量的输出信号后，通过模型预测控制器的控制算法得到多维机组控制输入至被控对象，被控对象输出得到多维机组被控输出；模型预测控制器的控制算法，包括如下步骤：供热机组模型线性化；基于状态空间模型的预测；滚动优化；供热机组模型线性化过程为：对供热机组数学模型进行线性化： qmH＝0.0024qmx96pz-ti+103；其中，qmm为机组给煤量，th；qmf为锅炉燃烧速率，th；Pt为汽轮机机前压力，MPa；Pd为锅炉汽包压力，Mpa；Pz为供热抽汽压力，Mpa；Ne为汽轮机发电功率，MW；ut为汽轮机调节阀开度；uH为汽轮机调节阀开度；qmx为热网循环水流量，th；qmH为供热抽汽流量，th；ti为热网循环水温度，℃；在热网循环水流量qmx为2500th、热网循环水温度ti为70℃时对上述供热机组模型进行线性化，得到离散的状态空间表达式为：状态方程：xk+1＝Axk+Buk；输出方程：yk＝Cxk；其中，xk为机组状态变量；uk为机组控制输入变量；yk为机组被控变量输出；A为系统矩阵；B为输入矩阵；C为输出矩阵；基于状态空间模型的预测计算过程为：将线性离散时间状态空间模型取增量后得：状态方程：Δxk+1＝AΔxk+BΔuk；输出方程：yck＝CΔxk+yck-1；式中：Δxk＝xk-xk-1；Δuk＝uk-uk-1；xk为机组状态变量；uk为机组控制输入变量；Δxk为k时刻与k-1时刻机组状态变化量；Δuk为k时刻与k-1时刻控制输入变化量；yck为k时刻的机组被控变量输出的预测值，A为系统矩阵；B为输入矩阵；C为输出矩阵；推导可得：Δxk+p|k＝ApΔxk+Ap-1BΔuk+Ap-2BΔuk+1+…+Ap-mBΔuk+m-1；式中：Δxk+p|k为机组状态变量的变化量预测值，k+p|k为k时刻对k+p时刻的预测；A为系统矩阵；B为输入矩阵；由输出方程可预测k+p时刻的输出方程： 式中：yck+p|k为机组被控变量输出的预测值，k+p|k为k时刻对k+p时刻的预测；A为系统矩阵；B为输入矩阵；C为输出矩阵；定义跨度为p步的输出矩阵与跨度为m步的输入矩阵为： 跨度为p步的输出矩阵可由以下方程确定：Ypk+1|k＝SxΔxk+Iyck+SuΔUk；式中： 其中，其中，Ypk+1为机组被控输出向量；ΔUk为控制输入向量；Sx为机组被控输出向量与机组状态变化量的关联矩阵：I为机组被控输出向量与k时刻机组被控输出预测值的关联矩阵；Su为机组被控输出向量与控制输入向量的关联矩阵；A为系统矩阵；B为输入矩阵；C为输出矩阵；滚动优化过程为：目标函数为： 式中：J为目标函数；Γy,i为往后第i个时刻预测的机组输出控制偏差的加权因子；Γu,i为往后第i个时刻预测的机组输入控制增量的加权因子；rk+i为k+i时刻的机组被控变量输出的给定值，Δuk+i-1为k+i-1时刻机组输入控制变量的操作变化量；推导可得，当J取极小值时，得到控制序列： 其中：Γy＝diagΓy,1,Γy,2,…,Γy,p；Γu＝diagΓu,1,Γu,2,…,Γu,m； 控制序列中仅下一刻值作用于系统： 其中，ΔU*k为控制输入向量；Γy为机组被控输出的加权矩阵；Su为机组被控输出向量与控制输入向量的关联矩阵；Γu为控制输入向量的加权矩阵；Rk+1为给定值输入序列：Δuk为k时刻与k-1时刻控制输入变化量。

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