基于调度信号的自抗扰控制器设计研究

doi:10.3969/j.issn.2097-0706.2022.10.007

综合智慧能源 ›› 2022, Vol. 44 ›› Issue (10): 50-56.doi: 10.3969/j.issn.2097-0706.2022.10.007

基于调度信号的自抗扰控制器设计研究

王佑¹^,²(), 孙立明³(), 薛亚丽¹^,^*()

1. 清华大学能源与动力工程系电力系统国家重点实验室，北京 100084
2. 明阳智慧能源集团股份有限公司，广东中山 528437
3. 匙慧（北京）科技有限公司，北京 102308

收稿日期:2022-07-20 修回日期:2022-08-24 出版日期:2022-10-25 发布日期:2022-12-03
通讯作者: 薛亚丽
作者简介:王佑（1997），男，硕士，从事能源系统控制算法研究，117545@mywind.com.cn
孙立明（1978），男，硕士，从事能源系统控制策略研究，sunlm@163.com
基金资助:
国家自然科学基金项目(51876096)

Active disturbance rejection controller design based on scheduling signal

WANG You¹^,²(), SUN Liming³(), XUE Yali¹^,^*()

1. State Key Lab of Power System，Energy and Power Engineering Department，Tsinghua University，Beijing 100084，China
2. Mingyang Smart Energy Company Limited， Zhongshan 528437，China
3. Shihui （Beijing） Technology Limited，Beijing 102308，China

Received:2022-07-20 Revised:2022-08-24 Online:2022-10-25 Published:2022-12-03
Contact: XUE Yali

摘要/Abstract

摘要：

在我国面向“双碳”目标进行能源结构转型的背景下，火电机组将在保障电力安全、灵活调峰方面发挥重要作用。为了在机组宽负荷频繁调峰时提高对非线性、大惯性热力过程的控制性能，提出了一种基于调度信号的前馈补偿自抗扰控制器设计方法。在自抗扰控制的基础上，通过引入调度信号，并利用被控过程在变工况下的动态模型信息，分别对前馈控制器、反馈控制器、补偿环节和扩张状态观测器进行变参数设计和实时调整，从而形成变参数的前馈补偿自抗扰控制器设计方法，提高自抗扰控制器对系统大惯性和变工况的适应能力。通过某机组主蒸汽压力的控制仿真结果，验证了该方法的可行性和有效性。该方案中所提出的控制器结构简单，便于参数整定和现场实现，具有良好的实际应用前景。

关键词: 自抗扰控制, 调度信号, 前馈控制, 补偿环节, 变参数, “双碳”目标, 能源结构转型

Abstract:

In the process of energy structure transformation and on the way to "dual carbon"，thermal power units play an important role in securing power-supply safety and flexible load regulation.In order to improve the control on the thermodynamic process with large inertia and nonlinear characteristics in the case of frequent wide-load regulations with thermal units，a design of a feedforward compensated active disturbance rejection controller（ADRC） based on scheduling signal is proposed.By introducing the scheduling signal to the ADRC，the information of the dynamic model in the controlled process under off-design working conditions can be taken to set and adjust variable parameters of feedforward controllers，feedback controllers， compensators and extended state observers in real time.The proposed design can improve the adaptability of the feedforward compensated ADRC to large inertia and off-design working conditions.The effectiveness and feasibility of the design is proven by the simulation of a thermal unit’s main steam pressure control.The proposed ADRC is of simple structure and operability of parameter setting and on-site adjustment，showing excellent application prospects.

Key words: active disturbance rejection control, scheduling signal, feedforward control, compensation, variable parameter, "dual carbon" target, energy mix transformation

中图分类号:

TK3：TM621

王佑, 孙立明, 薛亚丽. 基于调度信号的自抗扰控制器设计研究[J]. 综合智慧能源, 2022, 44(10): 50-56.

WANG You, SUN Liming, XUE Yali. Active disturbance rejection controller design based on scheduling signal[J]. Integrated Intelligent Energy, 2022, 44(10): 50-56.

图/表 6

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参考文献 21

[1]	李政, 张东杰, 潘玲颖, 等. “双碳”目标下我国能源低碳转型路径及建议[J]. 动力工程学报, 2021, 41(11):905-909,971.
	LI Zheng, ZHANG Dongjie, PAN Lingying, et al. Low-carbon transition of China's energy sector and suggestions with the carbon-peak and carbon-neutrality target[J]. Journal of Chinese Society of Power Engineering, 2021, 41(11):905-909,971.
[2]	喻小宝, 郑丹丹, 杨康, 等. “双碳”目标下能源电力行业的机遇与挑战[J]. 华电技术, 2021, 43(6):21-32.
	YU Xiaobao, ZHENG Dandan, YANG Kang, et al. Opportunities and challenges faced by energy and power industry with the goal of carbon neutrality and carbon peak[J]. Huadian Technology, 2021, 43(6):21-32
[3]	刘吉臻, 洪烽, 高明明, 等. 循环流化床机组快速变负荷运行控制策略研究[J]. 中国电机工程学报, 2017, 37(14): 4130-4137.
	LIU Jizhen, HONG Feng, GAO Mingming, et al. Research on the control strategy for quick load change of circulating fluidized bed boiler units[J]. Proceedings of CSEE, 2017, 37(14):4130-4137.
[4]	刘文慧, 严博文, 吴江, 等. 基于平行控制理论的循环流化床锅炉床温智能预测模型[J]. 综合智慧能源, 2022, 44(3):50-57. doi: 10.3969/j.issn.2097-0706.2022.03.008
	LIU Wenhui, YAN Bowen, WU Jiang, et al. Intelligent prediction model of CFB boiler bed temperature based on parallel control theory[J]. Integrated Intelligent Energy, 2022, 44(3):50-57. doi: 10.3969/j.issn.2097-0706.2022.03.008
[5]	童家麟, 吴瑞康, 茅建波, 等. 燃煤机组深度调峰瓶颈改善及耦合调峰技术研究[J]. 综合智慧能源, 2022, 44(4): 43-50. doi: 10.3969/j.issn.2097-0706.2022.04.006
	TONG Jialin, WU Ruikang, MAO Jianbo, et al. Improvement of deep peak regulation and comprehensive peak shaving technologies for coal-fired units[J]. Integrated Intelligent Energy, 2022, 44(4):43-50. doi: 10.3969/j.issn.2097-0706.2022.04.006
[6]	张玉琼. 大型火电机组热力过程的低阶自抗扰控制[D]. 北京: 清华大学, 2016.
[7]	雒青, 王伟, 范庆伟, 等. 火电机组快速变负荷的锅炉动态响应分析[J]. 热能动力工程, 2019, 34(6):78-84,99.
	LUO Qing, WANG Wei, FAN Qingwei, et al. Study on the dynamic characteristics of boiler during fast load regulation[J]. Thermal Power Engineering, 2019, 34(6):78-84,99.
[8]	韩京清. 自抗扰控制技术:估计补偿不确定因素的控制技术[M]. 北京: 国防工业出版社, 2008.
[9]	GAO Zhiqiang. Scaling and bandwidth-parameterization based controller tuning[C]// Proceedings of the American Control Conference,Colorado, 2003:4989-4996.
[10]	孙立. 基于不确定性补偿的火电机组二自由度控制循环流化床机组快速变负荷运行控制策略研究[M]. 北京: 清华大学出版社, 2021.
[11]	曹子飞, 杨栋, 吴茂坤, 等. 控制器参数对AGC调节性能的影响[J]. 综合智慧能源, 2022, 44(4):36-42. doi: 10.3969/j.issn.2097-0706.2022.04.005
	CAO Zifeng, YANG Dong, WU Maokun, et al. Influence of controller parameters on AGC regulation performance[J]. Integrated Intelligent Energy, 2022, 44(4):36-42. doi: 10.3969/j.issn.2097-0706.2022.04.005
[12]	荆立坤, 唐宜强, 潘凤萍, 等. 基于鲁棒约束的PI控制器参数多目标优化及应用[J]. 华电技术, 2021, 43(5):1-8.
	JING Likun, TANG Yiqiang, PAN Fengping, et al. Multi-objective optimization of PI controller parameters under robustness constraint and its application[J]. Huadian Technology, 2021, 43(5):1-8.
[13]	WU Z, GAO Z, LI D, et al. On transitioning from PID to ADRC in thermal power plants[J]. Control Theory and Technology, 2021, 19:3-18. doi: 10.1007/s11768-021-00032-4
[14]	蔡涛, 李崇岭, 陈杰. 一种基于自抗扰的反馈-前馈控制器及设计方法:201710860961.3[P]. 2021-04-30.
[15]	孙立明, 吴振龙, 李东海, 等. 一种对一类高阶系统的改进自抗扰控制方法:201810041569.0[P]. 2020-10-09.
[16]	吴振龙. 热力系统鲁棒自抗扰控制研究与设计[D]. 北京: 清华大学, 2020.
[17]	ZHAO S, GAO Z. Modified active disturbance rejection control for time-delay systems[J]. ISA Transactions, 2014, 53(4):882-888. doi: 10.1016/j.isatra.2013.09.013 pmid: 24091193
[18]	王佑, 吴振龙, 薛亚丽, 等. 高阶大惯性系统的线性自抗扰控制器设计[J/OL]. 控制与决策:1-8[2022-07-22].DOI:10.13195/j.kzyjc.2021.1576. doi: 10.13195/j.kzyjc.2021.1576
	WANG You, WU Zhenlong, XUE Yali, et al. Design of linear active disturbance rejection controller for high order large inertia system[J/OL]. Control and Decision:1-8[2022-07-22].DOI:10.13195/j.kzyjc.2021.1576. doi: 10.13195/j.kzyjc.2021.1576
[19]	黄祖毅. 增益调度控制方法及其在热工对象中的应用[D]. 北京: 清华大学, 2004.
[20]	姜川, 吕剑虹. 超临界机组协调系统的模糊增益调度预测控制[J]. 热能动力工程, 2022, 37(1):28-33.
	JIANG Chuan, LV Jianhong. Fuzzy gain scheduling model predictive control for supercritical units coordination system[J]. Journal of Engineering for Thermal Energy and Power, 2022, 37(1):28-33.
[21]	秦海山, 栾丛超, 侯晓宁, 等. 单抽供热机组负荷控制系统的解耦设计及动态响应特性研究[J]. 华电技术, 2021, 43(3):40-47.
	QIN Haishan, LUAN Congchao, HOU Xiaoning, et al. Decoupling design of the load control system in a single-extraction heating unit and its dynamic response characteristics[J]. Huadian Technology, 2021, 43(3):40-47.

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Active disturbance rejection controller design based on scheduling signal

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[1]	屈涛涛, 綦晓, 蒋文珂, 杜鸣, 潘岩. 考虑风电机组虚拟惯量的新型电力系统频率分布式模型预测控制策略[J]. 综合智慧能源, 2022, 44(10): 25-32.
[2]	李朋真, 刘艳红, 吴振龙. 高比例可再生能源的多区域电力系统负荷频率自抗扰控制[J]. 综合智慧能源, 2022, 44(10): 33-41.
[3]	史耕金, 李东海, 丁艳军. 基于概率鲁棒的改进自抗扰控制器设计[J]. 综合智慧能源, 2022, 44(10): 57-64.
[4]	刘会强, 慕腾, 邢华栋, 武海燕, 刘建强, 雷轲, 郭琪. 基于解耦自抗扰控制的光伏并网稳定研究及应用[J]. 华电技术, 2021, 43(8): 11-19.
[5]	吉斌, 孙绘, 梁肖, 刘妍, 李凡. 面向“双碳”目标的碳电市场融合交易探讨[J]. 华电技术, 2021, 43(6): 33-40.
[6]	杨大锚. 变PID参数法在电厂自动发电控制中的应用[J]. 华电技术, 2017, 39(8): 6-9.
[7]	倪新宇. 火电厂脱硝系统控制分析及优化[J]. 华电技术, 2015, 37(2): 65-67.
[8]	李新建. 前馈和积分分离在超临界机组协调控制的应用[J]. 华电技术, 2011, 33(4): 22-25.
[9]	王蕊;宋守信. 协调控制方式下锅炉前馈模型比较[J]. 华电技术, 2009, 31(6): 32-35.