閉環燃燒優化控制系統的製作方法

2024-02-15 01:36:15 1

專利名稱：閉環燃燒優化控制系統的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及火力發電廠燃煤鍋爐的優化控制系統，尤其是涉及一種 閉環燃燒優化控制系統。
背景技術：
電站煤粉鍋爐的燃燒問題涉及到風煤比、磨煤機組合方式、燃燒器擺角 等數十個控制參數，且隨時受到煤質、環境溫度、設備性能等邊界條件變化 的影響，是一個複雜而又有些混沌的多變量控制過程。近年來，電力用煤趨 緊，煤價大幅上漲，煤質變化頻繁，進一步增大了燃燒優化控制的難度和必 要性。傳統的燃燒調整優化試驗和基於專家經驗的優化系統，僅僅憑藉有限 的試驗數據和歷史經驗，已經越來越無法滿足燃煤鍋爐燃燒優化控制的要 求。因此，必須藉助先進的數學手段和計算機軟、硬體技術來代替傳統的經 驗調整。隨著計算機軟硬體技術和自動控制技術的快速發展，以及各種先進的機 器學習算法、參數尋優算法等人工智慧技術的不斷完善，研究與開發具有自 學習能力、能夠適應煤質等邊界條件頻繁變化的閉環燃燒優化系統已成為可 能。實用新型內容本實用新型的目的是提供一種閉環燃燒優化控制系統，將燃燒控制由 傳統的經驗控制變為實時精確人工智慧控制，可綜合實現提高鍋爐效率、降 低NOX排放濃度以及協調汽溫控制等優化目標，且能夠自適應煤質和環境 等其他邊界條件的變化，保持鍋爐長期穩定運行在最佳狀態下，實現真正意 義上的實時燃燒優化。本實用新型的技術方案是 一種閉環燃燒優化控制系統，它包括有分布 式控制系統、數據校驗與重構單元、數據歸一化處理單元、燃燒優化單元所 構成的閉環系統；所述分布式控制系統連接用以對原始運行數據進行可靠性校驗的數據校驗與重構單元，數據校驗與重構單元連接用以將經可靠性校驗 的數據轉化成燃燒優化單元能夠識別的形式的數據歸一化處理單元，數據歸 一化處理單元連接用以將歸一化處理後的運行數據輸入燃燒優化模型，得出 優化結果的燃燒優化單元，燃燒優化單元連接分布式控制系統，用以將所述 優化結果以控制參數的偏置的形式返回到分布式控制系統。它還包括有為適應設備老化、外部環境和煤質變化而實現燃燒優化模型 在線更新的輔助線程系統。所述輔助線程系統包括有與所述分布式控制系統連接的用以判斷機組 運行狀態是否穩定的機組運行狀態判斷單元，機組運行狀態判斷單元連接數 據校驗與重構單元，數據校驗與重構單元連接數據歸一化處理單元，數據歸 一化處理單元連接用以將歸一化處理後的新樣本替代樣本庫中距離當前時 間最久遠的樣本，實現樣本庫更新的樣本庫更新單元，樣本庫更新單元連接 依據所述新樣本庫訓練出的用以替換燃燒優化單元中原有優化模型的新優 化模型的模型在線訓練單元，模型在線訓練單元連接燃燒優化單元。上述涉及的一些結構單元的進一步說明-分布式控制系統， 一種設備自動運行控制系統，是目前火力發電廠的標 準配置。數據校驗與重構單元，負責原始運行數據的可靠性校驗。對於錯誤數據， 不重要的捨棄，重要的依據參數的時序性、關聯性等重構。數據歸一化處理單元，將運行數據轉化成燃燒優化單元能夠識別的形式。燃燒優化單元，將歸一化處理後的運行數據送入到燃燒優化模型，得出 優化結果，優化結果以"控制參數的偏置"的形式，返回到分布式控制系統。機組運行狀態判斷單元，通過一段時間內(如30分鐘)發電機有功功 率的變化率，判斷機組的運行狀態(穩定或不穩定)。樣本庫更新單元，將歸一化處理後的一段時間(如30分鐘)運行數據 的平均值(即一個新的樣本)存入樣本庫，並捨棄樣本庫中距離當前時間最 久遠的樣本，保持樣本總數量的不變，從而組成新的樣本庫，以用於模型在 線訓練。模型在線訓練單元，利用新的樣本庫對燃燒優化模型進行在線訓練，得到最新的燃燒優化模型。本實用新型的優點是1. 本實用新型的閉環燃燒優化控制系統，通過先進的小生境遺傳算法 實現控制參數的優化，將燃燒控制由傳統的經驗控制變為實時精確人工智慧 控制，可綜合實現提高鍋爐效率、降低NOx排放濃度以及協調汽溫控制等 優化目標，且能夠自適應煤質和環境等其他邊界條件的變化，保持鍋爐長期 穩定運行在最佳狀態下。2. 本實用新型的閉環燃燒優化控制系統，採用了支持向量機(SVM， Support Vector Machine)作為建立鍋爐整體燃燒數學模型的工具，以高效 的小生境遺傳算法(GA， Genetic Algrithm)為參數尋優工具，依據OPC、 TCP/IP、 Modubus等各種工業通訊協議，實現與DCS的雙向通訊，從而構 建完整的燃煤鍋爐閉環燃燒優化控制系統。


以下結合附圖和實施例對本實用新型作進一步的描述-圖1為本實用新型的結構示意圖。其中1分布式控制系統；2數據校驗與重構單元；3數據歸一化處 理單元；4燃燒優化單元；5機組運行狀態判斷單元；6樣本庫更新單元； 7模型在線訓練單元。
具體實施方式
實施例如圖l所示， 一種閉環燃燒優化控制系統，它包括有分布式控 制系統l、數據校驗與重構單元2、數據歸一化處理單元3、燃燒優化單元4 所構成的閉環系統；以及還包括有為適應設備老化、外部環境和煤質變化而 實現燃燒優化模型在線更新的輔助線程系統。分布式控制系統1連接用以對原始運行數據進行可靠性校驗的數據校 驗與重構單元2;數據校驗與重構單元2連接用以將經可靠性校驗的數據轉化成燃燒優化單元能夠識別的形式的數據歸一化處理單元3;數據歸一化處理單元3連接用以將歸一化處理後的運行數據輸入燃燒優化模型，得出優化結果的燃燒優化單元4;燃燒優化單元4將所述優化結果以控制參數的偏置的形式，返回到分布式控制系統l。輔助線程系統包括有與所述分布式控制系統1連接的用以判斷機組運 行狀態是否穩定的機組運行狀態判斷單元5,機組運行狀態判斷單元5連接 數據校驗與重構單元2，數據校驗與重構單元2連接數據歸一化處理單元3， 數據歸一化處理單元3連接用以將歸一化處理後的新樣本替代樣本庫中距 離當前時間最久遠的樣本，實現樣本庫更新的樣本庫更新單元6，樣本庫更 新單元6連接依據所述新樣本庫訓練出的用以替換燃燒優化單元中原有優 化模型的新優化模型的模型在線訓練單元7，模型在線訓練單元7連接燃燒 優化單元4。本實施例的閉環燃燒優化系統共有兩條線程。主線程的邏輯關係如圖1中實線所示。主線程每20秒進行一次。首先， 從分布式控制系統1讀取"前20秒內原始運行數據的平均值"，經過數據校 驗與重構單元2進行數據的可靠性校驗及重要錯誤數據重構後，得到"可靠 的運行數據"，然後將"可靠的運行數據"送入數據歸一化處理單元3，輸 出燃燒優化單元4能夠識別的數據，最終的優化結果以"控制參數的偏置" 的形式返回到分布式控制系統1，通過分布式控制系統1自身的執行機構來 調節送、引風機擋板開度、給煤機出力等參數，以實現燃煤鍋爐的閉環燃燒 優化。輔助線程的邏輯關係如圖1中虛線所示。輔助線程的作用是實現燃燒優 化模型的在線更新，以適應設備老化、外部環境和煤質的變化。本實施例中輔助線程每30分鐘進行一次。來自分布式控制系統1的"前 30分鐘的原始運行數據"序列首先進入機組運行狀態判斷單元5，判斷機組 當時的運行狀態。如果機組處於非穩定運行狀態，則退出輔助線程，等待下 一個周期的來臨(30分鐘以後)；如果機組處於穩定運行狀態，將"前30 分鐘原始運行數據的平均值"經數據校驗與重構單元2與數據歸一化處理單 元3處理後，送入樣本庫更新單元6，以替代樣本庫中距離當前時間最久遠 的樣本，實現樣本庫的更新。模型在線訓練單元依據"新的樣本庫"，訓練 出"新的優化模型"，送入燃燒優化單元4，替代原有的優化模型，實現優 化模型的在線學習與更新。輔助線程在燃燒優化系統投用期間，按照固定的時間間隔對鍋爐運行狀態進行自動判別，當主要參數的波動小於某個範圍，則認為鍋爐處於穩定運 行階段，保存相關參數到資料庫中，作為新的樣本。當新的樣本積累到一定 數量，系統自動使用新樣本對優化模型進行修正訓練，使得系統能夠適應煤 質、環境、負荷等外部條件的變化，從而準確映射輸入參數和輸出參數之間 的關係。應當指出，對於經充分說明的本實用新型來說，還可具有多種變換及改 型的實施方案，並不局限於上述實施方式的具體實施例。上述實施例僅僅作 為本實用新型的說明，而不是對本實用新型的限制。總之，本實用新型的保 護範圍應包括那些對於本領域普通技術人員來說顯而易見的變換或替代以 及改型。
權利要求1.一種閉環燃燒優化控制系統，其特徵在於它包括有分布式控制系統(1)、數據校驗與重構單元(2)、數據歸一化處理單元(3)、燃燒優化單元(4)所構成的閉環系統；所述分布式控制系統(1)連接用以對原始運行數據進行可靠性校驗的數據校驗與重構單元(2)，數據校驗與重構單元(2)連接用以將經可靠性校驗的數據轉化成燃燒優化單元(4)能夠識別的形式的數據歸一化處理單元(3)，數據歸一化處理單元(3)連接用以將歸一化處理後的運行數據輸入燃燒優化模型，得出優化結果的燃燒優化單元(4)，燃燒優化單元(4)連接分布式控制系統(1)。
2. 根據權利要求1所述的閉環燃燒優化控制系統，其特徵在於它還 包括有為適應設備老化、外部環境和煤質變化而實現燃燒優化模型在線更新 的輔助線程系統。
3. 根據權利要求2所述的閉環燃燒優化控制系統，其特徵在於所述輔助線程系統包括有與所述分布式控制系統(1)連接的用以判斷機組運行狀態是否穩定的機組運行狀態判斷單元(5)，機組運行狀態判斷單元(5)連接數據校驗與重構單元(2)， 數據校驗與重構單元(2)連接數據歸一化處理單元(3)， 數據歸一化處理單元(3)連接用以將歸一化處理後的新樣本替代樣本庫中距離當前時間最久遠的樣本，實現樣本庫更新的樣本庫更新單元(6)， 樣本庫更新單元(6)連接依據所述新樣本庫訓練出的用以替換燃燒優化單元中原有優化模型的新優化模型的模型在線訓練單元(7)， 模型在線訓練單元(7)連接燃燒優化單元(4)。
專利摘要本實用新型公開一種閉環燃燒優化控制系統，包括有分布式控制系統(1)，分布式控制系統(1)連接用以對原始運行數據進行可靠性校驗的數據校驗與重構單元(2)，數據校驗與重構單元(2)連接用以將經可靠性校驗的數據轉化成燃燒優化單元能夠識別的形式的數據歸一化處理單元(3)，數據歸一化處理單元(3)連接用以將歸一化處理後的運行數據輸入燃燒優化模型，得出優化結果的燃燒優化單元(4)，燃燒優化單元(4)將所述優化結果以控制參數的偏置的形式，返回到分布式控制系統(1)。它還包括實現燃燒優化模型在線更新的輔助線程系統。本實用新型將燃燒控制由傳統經驗控制變為實時精確人工智慧控制，保持鍋爐長期穩定運行在最佳狀態。
文檔編號G05B19/418GK201368471SQ20082023837
公開日2009年12月23日 申請日期2008年12月31日 優先權日2008年12月31日
發明者宋玉寶, 牛國平, 王曉冰, 趙俊武, 敏 陳, 陳寶康 申請人:蘇州華瑞能泰發電技術有限公司