一种除氧器水位与凝结水压力的协同解耦控制方法及系统与流程

本发明涉及自适应控制，尤其涉及一种除氧器水位与凝结水压力的协同解耦控制方法及系统。

背景技术：

1、在火力发电、核电等能源生产领域，除氧器是保障机组水汽品质和安全运行的核心设备。其水位与凝结水压力的稳定控制直接影响锅炉给水系统的可靠性，关系到整个能源生产流程的连续性和安全性。

2、现有技术中，除氧器的水位控制和凝结水压力控制多采用独立的单回路 pid控制方案。这种独立控制方式未考虑水位与凝结水压力之间的动态耦合关系，当除氧器处于升负荷、降负荷等变工况运行时，水位变化会通过热力过程和流体力学特性影响凝结水压力，反之凝结水压力波动也会传导至水位控制回路，这种耦合干扰导致控制系统出现调节滞后、超调量大的问题，控制精度不足，同时独立控制的参数无法根据工况变化自适应调整，造成系统动态响应速度慢，难以满足复杂工况下的稳定控制需求。

技术实现思路

1、本发明的主要目的在于提供一种除氧器水位与凝结水压力的协同解耦控制方法。

2、本发明的另一个目的在于提出一种除氧器水位与凝结水压力的协同解耦控制系统。

3、为达上述目的，本发明第一方面实施例提出了一种除氧器水位与凝结水压力的协同解耦控制方法，包括：

4、采集除氧器的水位信号和凝结水压力信号，根据除氧器的采集时序特征构建所述水位信号和所述凝结水压力信号的同步数据集；

5、对除氧器的控制单元进行工况划分，得到不同的运行工况点，基于所述同步数据集分析每个运行工况点的耦合系数矩阵；

6、根据每个运行工况点的历史运行数据和所述耦合系数矩阵确定每个运行工况点的协同解耦因子；

7、根据所述协同解耦因子构建除氧器的自适应解耦控制模型，利用所述自适应解耦控制模型分析除氧器的水位与凝结水压力的协同控制量；

8、将所述协同控制量转换为除氧器的协同控制指令，并根据所述协同控制指令控制除氧器水位与凝结水压力的协同解耦。

9、可选地，所述根据除氧器的采集时序特征构建所述水位信号和所述凝结水压力信号的同步数据集，包括：

10、提取所述水位信号和所述凝结水压力信号的时间戳序列，并根据所述时间戳序列构建时间关系表；

11、基于所述时间关系表对所述水位信号和所述凝结水压力信号的时间序列进行非线性对齐；

12、在预设统一时间基准点上基于对齐后的时间序列对所述水位信号和所述凝结水压力信号进行重新采样，生成时间分辨率一致的同步数据序列；

13、基于预设滑动窗口识别所述同步数据序列中的异常数据点，并通过线性插值对所述异常数据点进行数据修复，得到同步数据集。

14、可选地，所述对除氧器的控制单元进行工况划分，得到不同的运行工况点，包括：

15、在除氧器历史运行数据库中提取除氧器的多维运行参数；

16、基于预设密度聚类算法对所述多维运行参数进行密度分析，得到除氧器运行过程中具有相似运行特征的密集区域；

17、根据所述密集区域将除氧器的运行状态进行划分，得到运行工况类型；

18、构建每种运行工况类型的特征参数空间，并根据预设的工况边界条件及所述特征参数空间构建工况分类器；

19、利用所述工况分类器对所述除氧器的控制单元进行工况划分，得到不同的运行工况点。

20、可选地，所述基于所述同步数据集分析每个运行工况点的耦合系数矩阵，包括：

21、提取所述同步数据集中每个运行工况点的水位-压力数据对，根据所述水位-压力数据对生成工况训练样本集；

22、利用预设遗忘因子递推算法，基于所述工况训练样本集构建水位与压力之间的动态耦合模型；

23、通过所述遗忘因子递推算法的参数更新机制对所述动态耦合模型中的耦合参数进行更新，得到实时更新参数；

24、基于所述实时更新参数确定每个运行工况点的耦合系数矩阵，其中所述耦合系数矩阵表征水位与压力之间的动态相互作用强度。

25、可选地，所述根据每个运行工况点的历史运行数据和所述耦合系数矩阵确定每个运行工况点的协同解耦因子，包括：

26、根据每个运行工况点的历史运行数据计算运行工况下的控制性能指标；

27、根据所述耦合系数矩阵及所述控制性能指标分析水位与压力控制回路之间的耦合程度；

28、基于所述耦合程度确定每个工况点的控制特征和控制目标优先级；

29、通过所述控制特征和所述控制目标优先级确定每个工况点的协同解耦因子。

30、可选地，所述根据所述协同解耦因子构建除氧器的自适应解耦控制模型，包括：

31、根据所述协同解耦因子确定前馈解耦通道和反馈校正通道的权重分配比例；

32、基于所述耦合系数矩阵及所述前馈解耦通道的权重分配比例的解耦策略构建除氧器的前馈解耦数学模型；

33、根据所述反馈校正通道的权重分配比例构建自适应pid反馈控制器；

34、将所述前馈解耦数学模型与所述自适应pid反馈控制器进行并联组合，生成二自由度控制结构；

35、对所述二自由度控制结构进行稳定性分析，得到除氧器的自适应解耦控制模型。

36、可选地，所述利用所述自适应解耦控制模型分析除氧器的水位与凝结水压力的协同控制量，包括：

37、将实时采集的水位信号和凝结水压力信号输入所述自适应解耦控制模型；

38、在所述自适应解耦控制模型的前馈解耦通道中，基于当前耦合系数矩阵和协同解耦因子计算除氧器的水位与凝结水压力的前馈补偿量；

39、在所述自适应解耦控制模型的反馈校正通道中，通过预设自适应pid算法计算除氧器的水位与凝结水压力的反馈控制量；

40、将所述前馈补偿量和所述反馈控制量进行融合，得到除氧器的水位与凝结水压力的协同控制量。

41、可选地，所述将所述协同控制量转换为除氧器的协同控制指令，包括：

42、根据所述协同控制量分离出调节阀开度控制分量和凝结水泵频率控制分量；

43、通过预设执行器特性曲线分别控制所述调节阀开度控制分量和所述凝结水泵频率控制分量转换为对应的执行器指令；

44、对所述执行器指令进行约束处理，并利用预设时序同步机制将约束处理后的执行器指令同时下发至除氧器对应的执行器；

45、通过所述执行器的执行状态反馈验证所述执行器指令，当所述执行器质量符合预设指令条件时，将所述执行器指令确定为除氧器的协同控制指令。

46、可选地，所述根据所述协同控制指令控制除氧器水位与凝结水压力的协同解耦，包括：

47、基于所述协同控制指令的执行状态实时采集除氧器水位和凝结水压力的实际运行数据；

48、计算所述实际运行数据与预设目标值之间的动态偏差指标，其中所述动态偏差指标包括瞬时偏差和累积偏差分量；

49、根据所述动态偏差指标分析除氧器水位与凝结水压力的协同控制指令等级；

50、基于所述协同控制指令等级调整所述协同解耦因子的权重分配，并利用调整后的协同解耦因子优化所述自适应解耦控制模型的结构参数；

51、通过优化后的自适应解耦控制模型重新生成协同控制量，基于重新生成的协同控制量控制除氧器水位与凝结水压力进行协同解耦。

52、为达上述目的，本发明第二方面实施例提出了一种除氧器水位与凝结水压力的协同解耦控制系统，包括：

53、同步数据集构建模块，用于采集除氧器的水位信号和凝结水压力信号，根据除氧器的采集时序特征构建所述水位信号和所述凝结水压力信号的同步数据集；

54、耦合系数矩阵分析模块，用于对除氧器的控制单元进行工况划分，得到不同的运行工况点，基于所述同步数据集分析每个运行工况点的耦合系数矩阵；

55、协同解耦因子确定模块，用于根据每个运行工况点的历史运行数据和所述耦合系数矩阵确定每个运行工况点的协同解耦因子；

56、协同控制量分析模块，用于根据所述协同解耦因子构建除氧器的自适应解耦控制模型，利用所述自适应解耦控制模型分析除氧器的水位与凝结水压力的协同控制量；

57、协同解耦控制模块，用于将所述协同控制量转换为除氧器的协同控制指令，并根据所述协同控制指令控制除氧器水位与凝结水压力的协同解耦。

58、本发明实施例具有以下有益效果：

59、本发明实施例通过采集除氧器的水位信号和凝结水压力信号并构建同步数据集，为后续耦合关系分析提供了高质量数据基础。通过对控制单元进行工况划分并分析各工况点的耦合系数矩阵，精准量化了不同工况下水位与压力的动态耦合强度，克服了现有技术中未分工况、耦合关系模糊的缺陷。基于历史运行数据和耦合系数矩阵确定的协同解耦因子，明确了各工况下的解耦程度和控制优先级。构建的自适应解耦控制模型融合前馈解耦和反馈校正，实现了耦合干扰的主动补偿和控制误差的动态修正，提升了系统的抗干扰能力和控制精度。通过将协同控制量转换为控制指令并进行闭环优化，确保了控制指令的安全执行和控制质量的持续提升，使除氧器在不同运行工况下均能实现水位与凝结水压力的稳定控制，降低了超调量、缩短了调节时间、减小了稳态误差，显著提升了除氧器的运行稳定性和控制效果。因此本发明提出的除氧器水位与凝结水压力的协同解耦控制方法及系统，可以解决进行水位与凝结水压力的协同解耦控制时的精确度较低的问题。