发电过程非线性模型预测控制

本书从非线性模型预测控制存在的固有问题入手，阐述非线性模型预测控制的优化求解方法，完整构造基于输入输出反馈线性化的非线性模型预测控制策略，针对发电过程的复杂动态特性深入开展非线性模型预测控制的应用研究。全书共7章，第1章综述非线性模型预测控制的发展及其在发电过程控制中的应用；第2章全面讨论非线性模型预测控制的优化求解方法，包括经典的二次规划方法、现代启发式优化算法，以及近年来兴起的数据驱动方法；第3章详细构造基于反馈线性化的非线性模型预测控制；第4章运用输入输出反馈线性化构造双馈风力发电机组的非线性模型预测控制；第5章针对160MW燃油火电机组，构造基于模糊模型的非线性模型预测迭代学习控制，进而针对1000MW超超临界机组，构造基于模糊神经网络的分级递阶非线性模型预测控制；第6章深入研究火力发电系统的经济模型预测控制；第7章在深入研究“堆跟机”模式下核反应堆控制系统特性的基础上，构造核电机组蒸汽发生器水位的准最小优选模糊模型预测控制和重水堆空间功率分散预测控制。本书是作者对二十年来在电力工程预测控制领域研究工作的梳理和总结，可供高等院校的教师和研究生、科研机构的研究人员以及电力企业的工程师参考。

第1章绪论1
1.1模型预测控制的发展历程1
1.2非线性模型预测控制3
1.2.1非线性模型预测控制存在的固有问题3
1.2.2准确优化法与近似优化法4
1.2.3非线性模型预测控制的有效方法5
1.2.4非线性模型预测控制的稳定性问题10
1.3智能发电厂模型预测控制11
1.3.1发电厂模型预测控制的背景与挑战11
1.3.2发电厂模型预测控制的研究现状15
第2章非线性模型预测控制的理论基础——非线性约束优化方法18
2.1非线性模型预测控制的优化问题18
2.2无约束的优化问题23
2.2.1解析法23
2.2.2直接法43
2.3带约束的优化问题54
2.3.1带等式约束的优化问题55
2.3.2带不等式约束的优化问题58
2.3.3带混合约束的优化问题66
2.3.4模型预测控制中基本的优化问题求解81
2.4现代启发式优化算法83
2.4.1模拟退火算法84
2.4.2遗传算法87
2.4.3蚁群优化算法93
2.4.4粒子群优化算法98
2.5本章小结102
第3章基于反馈线性化的非线性模型预测控制103
3.1准确反馈线性化105
3.1.1单输入单输出系统准确反馈线性化105
3.1.2多输入多输出系统准确反馈线性化107
3.2线性控制结构110
3.3约束处理112
3.3.1非线性约束的展开113
3.3.2迭代QP算法113
3.3.3算法步骤115
3.4仿真结果116
3.4.1数字例子116
3.4.2搅拌反应器118
3.5本章小结121
第4章风力发电系统高效非线性模型预测控制122
4.1双馈风力发电机组的非线性模型预测控制123
4.1.1双馈风力发电机组控制的研究背景123
4.1.2电网平衡情况下双馈风力发电机非线性模型预测控制125
4.1.3电网不平衡情况下双馈风力发电机非线性模型预测控制140
4.2永磁同步电机高效非线性模型预测控制154
4.2.1永磁同步电机控制背景154
4.2.2PMSM非线性模型建立155
4.2.3PMSM状态反馈线性化156
4.2.4PMSM的约束模型预测控制策略158
4.2.5仿真结果163
4.3本章小结168
第5章火力发电机组的非线性模型预测控制169
5.1基于模糊模型的非线性模型预测迭代学习控制169
5.1.1T-S过程模型的描述170
5.1.2NMPILC控制律求解172
5.1.3NMPILC系统收敛性分析175
5.1.4锅炉-汽轮机系统仿真研究177
5.2超超临界机组的分级递阶非线性模型预测控制185
5.2.1研究背景185
5.2.2超超临界机组的控制问题186
5.2.3USC系统的分级递阶非线性模型预测控制188
5.2.4仿真结果195
5.3本章小结204
第6章火力发电系统的经济模型预测控制205
6.1火电机组稳定模糊经济模型预测控制206
6.1.1锅炉-汽轮机模糊模型206
6.1.2模糊经济模型预测控制器设计208
6.1.3仿真研究213
6.2基于深度神经网络的超超临界机组经济模型预测控制219
6.2.1超超临界机组模型219
6.2.2经济模型预测控制220
6.2.3仿真研究226
6.3本章小结232
第7章核电机组的非线性模型预测控制233
7.1基于离线不变集的水位模糊预测控制233
7.1.1蒸汽发生器水位控制系统234
7.1.2水位模糊系统238
7.1.3水位准最小优选模糊预测控制240
7.1.4数值仿真研究245
7.2重水堆空间功率分散模糊预测控制248
7.2.1反应堆功率控制系统249
7.2.2模糊建模252
7.2.3分散模糊预测控制255
7.2.4仿真结果257
7.3本章小结263
参考文献265