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微型燃气轮机冷热电联供系统辨识与多变量预测控制的研究

耿健  
【摘要】:作为分布式能源最佳工作方式之一的微型燃气轮机冷热电联供系统(MGT-CCHP系统),可以同时产生冷热电负荷,实现能源的梯级利用,具有显著的经济与环境效益。然而,MGT-CCHP系统具有多变量、强耦合、非线性、参数时变等诸多复杂的特性,常规控制方法难以满足控制要求。把具有大范围寻优性能优良的蝙蝠算法和粒子群算法,通过协同进化思想与禁忌搜索策略结合起来,将改进的混合蝙蝠算法应用到MGT-CCHP系统辨识中。采用集中式控制策略,创新性的将多变量DMC预测控制应用于MGT-CCHP系统的控制系统设计。本文为解决MGT-CCHP系统单元机组的辨识建模和多变量控制研究提供了一个崭新的思路。在分析基本蝙蝠算法行为原理和寻优特点的基础上,以协同进化为改进蝙蝠算法的基本框架,规定禁忌搜索的参数、特赦准则和终止准则,各个信息要素之间的交流方式被重新建立,蝙蝠群体与粒子群体相互借鉴对方的优良粒子要素,达到全局寻优的最佳效果。通过对多个测试函数寻优、简单和复杂热工过程系统辨识仿真实验,得出改进蝙蝠算法比基本蝙蝠算法等其他智能算法有更优秀的寻优特性和辨识能力。对MGT-CCHP系统的控制目标和特点进行分析,明确控制任务以及对象,深入理解了冷热电负荷的控制难点。确定燃料量、回热阀开度、高压冷剂阀开度为系统的输入量,微型燃气轮机转速、冷冻水出口温度、生活热水出口温度为系统的输出量,通过对MGT-CCHP系统工作特点、机理和热工过程特性分析,确定了系统的传递函数模型结构。从而运用改进蝙蝠算法进行过程参数辨识,结果表明辨识出的传递函数模型能够有效的反应出MGT-CCHP系统工作运行特性,符合工程实际应用需求。运用改进ERGA配对规则对各个输入输出量的关联性做了评价,确定了各输出量的主控因素。创新性的将多变量预测控制应用在MGT-CCHP系统控制中。从单变量DMC出发,引入了多变量DMC预测控制方法,设计出多变量预测控制系统,细致的分析了关键控制参数对控制性能的影响。通过给定值扰动、内扰、外扰和参数时变扰动影响下的控制性能结果分析,本文设计的多变量预测控制系统比常规PID控制有更迅速的控制速度,更小的超调量以及优良的抗干扰能力,冷热电负荷输出也更加平稳,完全符合MGT-CCHP系统实际应用控制要求。


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