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燃煤锅炉燃烧系统的隐式广义预测控制方法研究与应用

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燃煤锅炉燃烧系统的隐式广义预测控制方法研究与应用

作者：刘圣晶安徽工业大学

学位级别：硕士

燃煤锅炉是火力发电机组运行中重要的热能动力设备,其稳定性直接关系到整个机组的安全经济运行。随着我国国民经济的快速发展,能源需求量日益增加,对电站锅炉节能减排和经济运行提出了更高的要求。然而,燃煤锅炉的燃烧系统较为复杂,且... 详细信息

燃煤锅炉是火力发电机组运行中重要的热能动力设备,其稳定性直接关系到整个机组的安全经济运行。随着我国国民经济的快速发展,能源需求量日益增加,对电站锅炉节能减排和经济运行提出了更高的要求。然而,燃煤锅炉的燃烧系统较为复杂,且干扰因素众多,具有很强的不确定性。所以,想要降低锅炉燃烧能耗和提高锅炉燃烧的热效率,开展燃煤锅炉燃烧优化研究对于节能减排和提高电厂的经济效益具有非常重要的意义。本文以莱芜钢铁自备电厂3车间42MW发电机组150t燃煤锅炉为研究对象。首先,介绍了燃煤锅炉燃烧系统的结构及工艺原理,并阐述了锅炉燃烧优化的影响因素。在现有控制方案的基础上,提出了基于隐式广义预测控制的燃烧优化控制方案;其次,对系统建模机理进行了概述,阐述了递推最小二乘法系统辨识的原理,并推导出离散系统的数学模型。在此基础上,利用MATLAB软件辨识该离散系统的数学模型,并验证其数学模型的准确性;然后,设计基于燃煤锅炉燃烧优化控制系统的IGPC控制策略,再利用MATLAB软件对控制系统在模型适配和失配两种不同的情况下进行仿真验证,通过仿真分析得出煤粉增量与实际输出量之间的相关特性,使控制系统具有良好的稳定性,同时也验证了该方案的合理可行性;最后,介绍了燃烧优化控制系统的设计要求,并根据设计要求,进行相关的软、硬件以及监控画面的设计。通过对比投运前后主汽压的实时曲线图,分析IGPC控制策略在燃煤锅炉燃烧优化控制系统的实际应用效果,同时也验证了该燃烧优化控制系统的有效性。

关键词：燃煤锅炉隐式广义预测控制递推最小二乘法主蒸汽压力稳定性

基于隐式广义预测控制的超导储能装置对机电扰动传播抑制研究

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基于隐式广义预测控制的超导储能装置对机电扰动传播抑制研究

作者：刘艳西南交通大学

学位级别：硕士

随着电网互联化程度加深,电力系统动态特性愈加复杂。电力系统中机电扰动传播严重影响电网的稳定性,导致系统事故概率大幅上升。超导储能装置(SMES)作为灵活的功率源,可快速地与电力系统进行有功功率交换,抑制机电扰动的传播。因此,研... 详细信息

随着电网互联化程度加深,电力系统动态特性愈加复杂。电力系统中机电扰动传播严重影响电网的稳定性,导致系统事故概率大幅上升。超导储能装置(SMES)作为灵活的功率源,可快速地与电力系统进行有功功率交换,抑制机电扰动的传播。因此,研究超导储能装置实现抑制机电扰动传播有着重要意义。本文首先基于直流潮流给出了一种适用于研究大规模电力系统机电扰动传播的仿真模型。采用New England 10机39节点系统分析比较了本文模型和PSS/E机电扰动传播的时域仿真结果,验证了本文模型的有效性和准确性。其次本文采用隐式广义预测控制(IGPC)方法设计了 SMES控制器,详细分析了各个控制参数对控制效果的影响。研究了该控制器在电力系统中抑制机电扰动传播的工作原理。利用10机39节点系统进行算例分析,在MATLAB/Simulink环境中仿真,通过与已有的SMES控制器进行比较,结果表明本文的控制器能够快速、有效地抑制机电扰动传播。最后,针对IGPC在梯度寻优环节容易陷入局部最优解,同时这种控制方法需要二次规划导致计算时间成本大的问题。论文研究了一种改进的量子粒子群优化IGPC的算法设计的SMES控制器。在改进的量子粒子群优化算法中,利用非线性动态惯性权重与混沌搜索相结合,再对IGPC的滚动优化环节进行二次优化。解决了改进量子粒子群算法与IGPC结合中的相关问题,设计了混合优化的具体过程。仿真结果表明改进量子粒子群优化的SMES控制器能够在前期平滑各母线间传输功率增量波动,取得更好的抑制机电扰动传播效果。

关键词：机电扰动传播超导储能装置隐式广义预测控制量子粒子群

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钢球磨煤机隐式广义预测控制及虚拟仿真研究

钢球磨煤机隐式广义预测控制及虚拟仿真研究

作者：候孟超长沙理工大学

学位级别：硕士

随着我国可再生能源的快速发展,新能源在电源结构中逐渐占据重要地位,传统火电逐渐向着调峰电源发展。但调峰时工况多变,要求火电机组具备更加灵活控制和稳定频率输出的能力。直吹式钢球磨煤机是燃煤机组的重要辅助系统,它运行的好坏直... 详细信息

随着我国可再生能源的快速发展,新能源在电源结构中逐渐占据重要地位,传统火电逐渐向着调峰电源发展。但调峰时工况多变,要求火电机组具备更加灵活控制和稳定频率输出的能力。直吹式钢球磨煤机是燃煤机组的重要辅助系统,它运行的好坏直接影响着锅炉的负荷,钢球磨煤机的动态物理参量能够表征设备的运行状态,其中钢球磨煤机出口温度和料位对机组的燃料品质、负荷灵活性控制和运行可靠性有着直接影响。因此,对钢球磨煤机进行建模和控制系统优化是燃煤机组制粉系统亟需探索的领域。本文以双进双出钢球磨煤机为研究对象,分析了钢球磨煤机的运行机理、主要影响因素和控制要求,建立了钢球磨煤机出口温度和料位的数学模型,并分别基于隐式广义预测控制(IGPC)算法对参数进行控制,最后,利用虚拟仿真技术实现二维数据的三维可视化。首先,采集现场实际运行的输入/输出数据,并进行预处理,利用RLS进行系统模型参数辨识,建立了钢球磨煤机出口温度和料位的CARIMA数学模型,结合未辨识过的1500组数据对系统模型验证;然后,分别对钢球磨煤机出口温度和料位设计了隐式广义预测控制(IGPC)算法,并在Matlab中对控制算法进行跟踪和扰动仿真,其仿真结果:钢球磨煤机出口温度和料位的初始值分别为79℃和850pa,并在300s时分别增加15%的热风门开度和给煤量扰动,基于IGPC控制的出口温度仿真曲线的稳定时间和超调量分别是356s和3.16%,基于IGPC控制的料位仿真曲线稳定时间和超调量分别是408s和6.96%,两者的设定值跟踪仿真均能达到预期效果,隐式广义预测控制与传统PID控制的抗干扰性进行了对比,隐式广义预测控制的抗干扰能力明显优于传统PID;最后,本文结合虚拟现实技术对钢球磨煤机过程控制进行虚拟仿真,利用3Ds MAX建立了双进双出钢球磨煤机三维物理模型,并导入到虚拟引擎Unity 3D中添加相应的功能;通过C#调用Matlab本地程序,完成了 Unity 3D和Matlab之间通讯,实现了仿真数据和虚拟仿真结合;利用粒子系统实现了风量的大小、煤粉的受力、风粉混合物的温度、和煤粉运动轨迹的变化,结合UI界面的交互功能实现了钢球磨煤机的出口温度控制、料位控制和数据仿真的可视化。本文结合现场数据建立模型,基于隐式广义预测控制对钢球磨煤机控制进行优化,取得了良好的控制品质,同时虚拟仿真系统方便了工作人员对钢球磨煤机过程控制动态变化的观察,亦对智慧电厂的发展奠定了数字化基础。

关键词：双进双出钢球磨煤机系统辨识隐式广义预测控制 Unity 3D 虚拟仿真

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基于醋酸乙烯聚合率的隐式广义预测控制

控制工程期刊（中英文版） 2013年第6期3卷 405-410页

作者：黄江平罗文志刘安安华东交通大学电气与电子工程学院江西南昌330013

针对醋酸乙烯生产过程具有非线性、时变、有噪声干扰和滞后等特点，且无法实现对醋酸乙烯聚合率的连续在线检测，常规控制方法很难得到令人满意的效果。本文提出基于递推最小二乘法实现聚合率的在线估计模型，将隐式广义预测控制算法应... 详细信息

针对醋酸乙烯生产过程具有非线性、时变、有噪声干扰和滞后等特点，且无法实现对醋酸乙烯聚合率的连续在线检测，常规控制方法很难得到令人满意的效果。本文提出基于递推最小二乘法实现聚合率的在线估计模型，将隐式广义预测控制算法应用到醋酸乙烯聚合率控制。这类算法对模型的精度要求不高，在优化中引入了多步预测思想，使其抗扰动及时延变化等能力显著提高。仿真结果表明该隐式广义预测控制算法动态响应快，跟随性好，能够获得较好的控制效果。

关键词：醋酸乙烯聚合率递推最小二乘法隐式广义预测控制仿真

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基于改进粒子群算法的隐式广义预测控制

工业仪表与自动化装置 2020年第1期 8-12,18页

作者：吴君张雨飞肖晓东南大学能源与环境学院

针对大多数工业系统的控制输入输出都存在约束的情况,提出一种基于改进粒子群算法的隐式广义预测控制算法(IGPC)。粒子群算法(PSO)是一种基于群体的智能优化算法,解决受约束的优化问题具有精度高、收敛速度快等优点;为了避免粒子群算法... 详细信息

针对大多数工业系统的控制输入输出都存在约束的情况,提出一种基于改进粒子群算法的隐式广义预测控制算法(IGPC)。粒子群算法(PSO)是一种基于群体的智能优化算法,解决受约束的优化问题具有精度高、收敛速度快等优点;为了避免粒子群算法陷入早熟,提高精度,引入细菌觅食算法中的自适应迁徙机制。在隐式广义预测控制的滚动优化环节引入改进粒子群算法,弥补了传统GPC在处理受约束控制问题上的缺陷。仿真结果表明了该方法的有效性和良好的控制性能。

关键词：隐式广义预测控制粒子群算法滚动优化自适应迁徙机制

基于改进的隐式广义预测控制在燃气发电锅炉主汽压中的应用

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河北科技大学学报 2020年第5期41卷 399-407页

作者：王胜陈雨薇徐帅章家岩冯旭刚安徽工业大学电气与信息工程学院安徽马鞍山243032

针对燃气发电锅炉主汽压控制系统存在非线性、模型参数不确定等问题,提出了一种改进的隐式广义预测控制策略。首先,使用遗忘因子递推最小二乘法进行模型参数辨识,建立主汽压的离散数学模型;其次,在常规广义预测控制理论基础上建立主汽... 详细信息

针对燃气发电锅炉主汽压控制系统存在非线性、模型参数不确定等问题,提出了一种改进的隐式广义预测控制策略。首先,使用遗忘因子递推最小二乘法进行模型参数辨识,建立主汽压的离散数学模型;其次,在常规广义预测控制理论基础上建立主汽压的隐式广义预测控制系统,简化控制算法,通过在目标函数中增加PI结构,提高系统的鲁棒性。仿真结果表明,相比串级PID和常规隐式广义预测控制,所提控制策略在模型适配时调节时间最多减少20 s,模型失配时超调量最多减少5.08%,调节时间最多降低36 s,系统鲁棒性和抗干扰能力增强;工程应用表明,使用所提策略后主汽压控制偏差在±0.2 MPa之间,控制精度显著提高。改进的隐式广义预测控制较好地满足了工业生产中对主汽压的控制要求,具有较高的研究和应用价值。

关键词：系统辨识燃气发电锅炉主汽压遗忘因子递推最小二乘法隐式广义预测控制

一种隐式广义预测控制方法在热工系统中的应用

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仪器仪表用户 2012年第2期19卷 90-92,95页

作者：杨怀申东华工程科技股份有限公司合肥230024

针对热工对象具有的大迟延、大惯性等特性,使用一种隐式广义预测控制方法进行控制;该算法不辨识对象模型参数,根据输入输出数据直接辨识求取最优控制律中的参数,是一种自校正算法。仿真结果表明该算法控制效果良好,并且对模型变化具有... 详细信息

针对热工对象具有的大迟延、大惯性等特性,使用一种隐式广义预测控制方法进行控制;该算法不辨识对象模型参数,根据输入输出数据直接辨识求取最优控制律中的参数,是一种自校正算法。仿真结果表明该算法控制效果良好,并且对模型变化具有较强的鲁棒性;基于该算法的控制动作和输出在启动时易超限,可先测出对象的单位阶跃响应作为递推最小二乘估计的初始参数,仿真结果表明其有效性。

关键词：隐式广义预测控制自校正热工对象

基于Elman网络的过热汽温隐式广义预测控制

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计算技术与自动化 2003年第1期22卷 27-30页

作者：周洪煜张坚重庆大学动力工程学院重庆400044

过热蒸汽温度具有时变、大迟延、大惯性的特点,使用传统的PID控制器很难取得满意的效果。针对这一问题,提出了基于Elman网络的过热汽温隐式广义预测控制系统。采用Elman网络作为被控对象的预测模型,在求解最优控制增量时直接辩识控制器... 详细信息

过热蒸汽温度具有时变、大迟延、大惯性的特点,使用传统的PID控制器很难取得满意的效果。针对这一问题,提出了基于Elman网络的过热汽温隐式广义预测控制系统。采用Elman网络作为被控对象的预测模型,在求解最优控制增量时直接辩识控制器的参数,使得对象的建模方便而且控制系统的在线计算量小。仿真结果表明,此控制系统具有优良的控制性能。

关键词： Elman网络隐式广义预测控制锅炉过热器汽温控制 PID控制器电站

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基于改进粒子群算法的约束隐式广义预测控制

浙江理工大学学报（自然科学版） 2014年第3期31卷 301-305页

作者：吴密密戴文战浙江理工大学机械与自动控制学院杭州310018 浙江工商大学信息与电子工程学院杭州310018

针对大多数工业系统的控制输入输出都存在约束的情况,提出了一种基于改进粒子群算法的广义预测控制算法。广义预测控制算法采用隐式算法,用最小二乘法直接辨识控制增量表达式中的参数,避免求解丢番图方程;为避免粒子群算法陷入早熟,提... 详细信息

针对大多数工业系统的控制输入输出都存在约束的情况,提出了一种基于改进粒子群算法的广义预测控制算法。广义预测控制算法采用隐式算法,用最小二乘法直接辨识控制增量表达式中的参数,避免求解丢番图方程;为避免粒子群算法陷入早熟,提高精度,在广义预测控制算法的滚动优化环节采用速度变异的粒子群优化算法,克服了受约束优化问题处理的缺陷,更快更准确地寻到最优目标函数值。仿真结果表明了该方法的有效性和良好的控制性能。

关键词：隐式广义预测控制粒子群算法滚动优化