烟气-熔盐储热系统动态建模与非线性预测控制

来源：动力工程学报杂志2025年第12期北京时间：

作者：朱晨, 张光明, 朱珂言, 王庆华, 徐进良, 牛玉广, 刘吉臻,

摘要：旨在开发一种非线性模型预测控制(nonlinear model predictive control,NMPC)系统,以解决烟气-熔盐储热过程中存在的热惯性大、参数波动显著和多变量强耦合等控制难题。首先,建立了面向控制系统设计的烟气-熔盐储热系统动态非线性模型,并且分析了系统的动态响应特性。其次,提出了包含扩展卡尔曼滤波器(extended Kalman filter, EKF)环节的NMPC和前馈相结合控制框架(简称NMPC&前馈方案)。其中,NMPC负责实现多回路协同控制,前馈补偿扰动对系统关键参数的影响,EKF提高状态估计精度。仿真结果表明:在跟踪设定值能力方面,NMPC&前馈方案中出口烟气温度的平均绝对误差较PID和PID&前馈方案分别降低96.5%、89.4%,均方根误差分别降低89.8%、67.8%,所提出的方案可以提升系统的快速性和稳定性。鲁棒性方面,在入口烟气温度扰动下,NMPC&前馈方案中出口熔盐温度最大动态偏差较PID和PID&前馈方案分别降低79.1%、86.5%。

关键词：烟气-熔盐换热器,热能存储,非线性数学模型,预测控制,