一种二氧化碳超临界压缩过程压力与温度抗干扰控制方法

本发明涉及工程设备控制，特别是涉及一种二氧化碳超临界压缩过程压力与温度抗干扰控制方法。

背景技术：

1、燃气轮机是能源领域和国防建设的战略性装备，具有清洁高效、启停灵活、变负荷迅速的优点，采用“气电调峰”可以更好地平抑可再生能源分钟级的间歇功率波动。燃气轮机排气中携带有中高温的燃气余热，而超临界二氧化碳动力循环在余热回收与燃气轮机底循环应用领域具有良好的发展。与水蒸气和有机工质相比，超临界二氧化碳的热物理性质可更好地匹配燃气余热参数，有效提升联合循环热效率，实现天然气发电的清洁高效供给。因此，以燃气-超临界co2热力循环为消纳电源有利于大规模快速消纳“阴晴不定”的可再生能源电量。

2、随着燃气-超临界co2热力循环快速变负荷参与灵活调峰，负荷的间歇波动特性将随燃气余热参数变化传递给超临界二氧化碳循环。燃气热流密度较低，而超临界二氧化碳热流密度较高，可采用中等热流密度的导热介质间接吸热，以解决换热器内传热-流动过程耦合设计难题。这样，循环快速变负荷过程具有多相能流耦合的异质性特征，其不仅表现为燃气流、中间介质流与co2工质流之间热流密度等物化性质的差异，还体现在二氧化碳物化性质在伪临界区非线性异质突变。

3、以燃气-超临界co2热力循环为消纳电源时，其虽具备快速响应灵活调峰指令的能力，但循环过程具有多相耦合、伪临界非线性和间歇波动的特征，将导致其快速变负荷过程难以协调控制。

技术实现思路

1、本发明目的是针对背景技术中存在的问题，提出一种二氧化碳超临界压缩过程压力与温度抗干扰控制方法，以抗干扰控制(adrc)为精细化调节内回路，提出一种非线性系统的抗扰控制框架，可以为间歇波动下多源干扰的抑制提供动态补偿依据，实现二氧化碳超临界压缩过程的自抗扰，解决压缩过程多源干扰抑制难的问题。

2、本发明的技术方案，针对间歇波动下二氧化碳超临界压缩过程多源干扰抑制问题，为达到精细化调节内回路的目的，采用跟踪微分器、非线性反馈以及扩张状态观测器来抑制扰动：

3、首先通过仿真试验分析不确定、瞬态突变的间歇波动作用于二氧化碳超临界压缩过程时的高频初始误差特征。

4、以动态超调与快速调节为联合优化目标，设计适配于跟踪间歇波动的非线性最速跟踪微分器，同时用非线性反馈对得到的跟踪结果进行非线性组合，从而降低初始阶段控制作用对二氧化碳超临界压缩过程的冲击。

5、其次考虑二氧化碳超临界压缩过程的定量描述特征与不确定外部扰动特性，将该过程瞬态特性与外部扰动划分为可模型描述部分与不可模型描述部分。通过定量关联机理模型与深度神经网络，描述二氧化碳超临界压缩过程的已知特性，采用扩张状态观测器，估计其不可定量描述部分与不确定外扰。

6、扩张状态观测器可以从瞬态响应输出中提炼出系统状态信息和扰动信息，并实时估计间歇波动对二氧化碳超临界压缩过程的扰动作用，为其自抗扰控制提供状态信息。其中，已知特性描述模型的引入，能够减轻瞬态过程扩张状态观测器的负担，提高扩张状态观测器的性能，为循环快速变负荷的实时控制提供基础。

7、随后根据扩张状态观测器的估计结果，探究非线性状态误差反馈控制律，通过动态补偿线性化使二氧化碳超临界压缩过程的非线性控制变为具有纯积分器串联型对象特性的线性控制，实现间歇波动下多源干扰的抑制。

8、最后开展二氧化碳超临界压缩过程抗干扰控制的仿真，利用人工智能寻优方法对控制器参数进行整定，获得扩张状态观测器估计输出对多源干扰的跟踪特性，校验循环多源干扰的抑制效果。

9、与现有技术相比，本发明具有如下有益的技术效果：

10、本发明采用跟踪微分器、非线性反馈以及扩张状态观测器来抑制扰动；以动态超调与快速调节为联合优化目标，设计适配于跟踪间歇波动的非线性最速跟踪微分器，同时用非线性反馈对得到的跟踪结果进行非线性组合，从而降低初始阶段控制作用对二氧化碳超临界压缩过程的冲击；考虑二氧化碳超临界压缩过程的定量描述特征与不确定外部扰动特性，将该过程瞬态特性与外部扰动划分为可模型描述部分与不可模型描述部分，通过定量关联机理模型与深度神经网络，描述二氧化碳超临界压缩过程的已知特性，采用扩张状态观测器，估计其不可定量描述部分与不确定外扰；扩张状态观测器可以从瞬态响应输出中提炼出系统状态信息和扰动信息，并实时估计间歇波动对二氧化碳超临界压缩过程的扰动作用，为其自抗扰控制提供状态信息。

技术特征：

1.一种二氧化碳超临界压缩过程压力与温度抗干扰控制方法，其特征在于，包括以下具体步骤：

2.根据权利要求1所述的一种二氧化碳超临界压缩过程压力与温度抗干扰控制方法，其特征在于，s3中令z1为输入x1的观测值，z2为输入x2的观测值，z3为扩张状态观察器观测到的对“未知扰动”的实时作用量。

3.根据权利要求1所述的一种二氧化碳超临界压缩过程压力与温度抗干扰控制方法，其特征在于，s6中u作为控制量，与输入值工质流量qad、s-co2冷却器空气量qsa、s-co2透平阀门开度cvst、s-co2压缩机转速nsc、t-co2透平调门开度cvtt、t-co2冷凝器lng流量ql、t-co2工质泵转速ntp同时参与超临界二氧化碳热力循环系统。

4.根据权利要求1所述的一种二氧化碳超临界压缩过程压力与温度抗干扰控制方法，其特征在于，扩张状态观测器从瞬态响应输出中提炼出系统状态信息和扰动信息，实时估计间歇波动对二氧化碳超临界压缩过程的扰动作用。

5.根据权利要求1所述的一种二氧化碳超临界压缩过程压力与温度抗干扰控制方法，其特征在于，s7中人工智能寻优算法包括遗传算法、粒子寻优算法、bp神经网络方法。

6.根据权利要求1所述的一种二氧化碳超临界压缩过程压力与温度抗干扰控制方法，其特征在于，通过定量关联机理模型与深度神经网络，建立二氧化碳超临界压缩过程的已知特性描述模型。

7.根据权利要求6所述的一种二氧化碳超临界压缩过程压力与温度抗干扰控制方法，其特征在于，将已知特性描述模型加入扩张状态观测器。

8.一种电子设备，其特征在于，包括存储器和处理器，存储器上存储有在处理器上运行的程序；

9.一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机指令，其特征在于，计算机指令运行时执行权利要求1-7任一项所述的二氧化碳超临界压缩过程压力与温度抗干扰控制方法的步骤。

技术总结
本发明涉及工程设备控制技术领域，特别是涉及一种二氧化碳超临界压缩过程压力与温度抗干扰控制方法；本发明采用跟踪微分器、非线性反馈以及扩张状态观测器来抑制扰动，考虑二氧化碳超临界压缩过程的定量描述特征与不确定外部扰动特性；探究非线性状态误差反馈控制律，通过动态补偿线性化使二氧化碳超临界压缩过程的非线性控制变为具有纯积分器串联型对象特性的线性控制，实现间歇波动下多源干扰的抑制；本发明基于自抗扰控制器(ADRC)来精细化调节内回路，提出一种非线性系统的抗扰控制框架，可以为间歇波动下多源干扰的抑制提供动态补偿依据，实现二氧化碳超临界压缩过程的自抗扰，解决压缩过程多源干扰抑制难的问题。

技术研发人员：曹越,孙韬志,司风琪
受保护的技术使用者：东南大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/12