基于模型预测控制的绝热压缩空气储能优化研究OA

针对绝热压缩空气储能系统在并网功率调度与自动发电控制调频指令跟踪中存在响应速度要求高、压力温度耦合强、运行安全约束多等问题,提出一种考虑多重运行约束的非线性模型预测控制(NMPC)功率跟踪策略。构建包含压缩机、透平机、储气室、储热系统和换热器等主要部件的动态模型,选取储气室压力、储气室温度和储热罐温度作为状态变量,以空气质量流量作为统一控制输入,建立适用于滚动优化的离散状态空间预测模型。以并网功率跟踪精度和控制输入平滑度为主要优化目标,综合考虑储气室压力、温度、质量流量和输入变化率等安全运行约束,构建压缩空气储能功率跟踪NMPC控制器,并引入终端压力代价和压力约束松弛变量以提高复杂工况下优化问题的可行性和储能状态调节能力。在求解实现方面,利用符号建模与自动微分工具构建非线性优化问题,并采用内点法求解器进行滚动优化求解。参考实际压缩空气储能电站设计参数,在Matlab中搭建仿真模型,并通过阶跃功率、爬坡功率和自动发电控制指令跟踪场景验证所提方法的有效性。结果表明,与传统比例-积分-微分控制相比,所提NMPC策略能够显著降低功率跟踪误差,改善动态响应性能,并在压力、温度及执行器约束范围内保持系统稳定运行,为绝热压缩空气储能系统参与电网调频与灵活调控提供可靠的控制方案。