一種鍋爐燃燒優(yōu)化控制方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種電站鍋爐燃燒系統(tǒng)的優(yōu)化運(yùn)行技術(shù)，特別涉及一種在線增量學(xué)習(xí) 模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的電站鍋爐燃燒優(yōu)化控制方法，屬于熱工自動(dòng)控制技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002] 燃燒優(yōu)化是提升電站鍋爐效率、降低污染物排放的重要手段。目前的燃燒優(yōu)化技 術(shù)多采用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)或支持向量機(jī)等學(xué)習(xí)算法離線建立鍋爐燃燒效率和放模型，對(duì)燃 燒優(yōu)化目標(biāo)值采用遺傳算法等智能搜索算法進(jìn)行優(yōu)化，獲得鍋爐燃燒優(yōu)化的操控變量。
[0003] 研宄表明，鍋爐具有很大的時(shí)變特性，隨著時(shí)間的推移以及鍋爐運(yùn)行工況的變化， 鍋爐燃燒過(guò)程的學(xué)習(xí)模型將會(huì)出現(xiàn)較大誤差，離線建立的模型不能適應(yīng)這種變化，從而導(dǎo) 致模型失配。模型的在線校正需要較長(zhǎng)的計(jì)算時(shí)間，使得獲得操控變量的過(guò)程復(fù)雜，電站鍋 爐的性能調(diào)節(jié)實(shí)時(shí)性不高，影響燃燒優(yōu)化的性能。
[0004] 鍋爐燃燒過(guò)程的非線性、大滯后等特點(diǎn)，給鍋爐燃燒優(yōu)化控制工作帶來(lái)了一定的 困難。模型預(yù)測(cè)控制（MPC)本質(zhì)上是一類基于優(yōu)化的控制方法，它基于預(yù)測(cè)模型、滾動(dòng)優(yōu)化 和反饋校正三大特征，能夠有效解決大遲延對(duì)象的控制問(wèn)題。預(yù)測(cè)模型的精度和滾動(dòng)優(yōu)化 策略是影響MPC性能的關(guān)鍵。其中非線性滾動(dòng)優(yōu)化的解很難求取，一般只能采用數(shù)值尋優(yōu) 求解。
[0005] 因此，有必要尋找一種新的方法來(lái)完成電站鍋爐燃燒優(yōu)化的非線性模型預(yù)測(cè)控制 問(wèn)題，解決上述提到的兩大難點(diǎn)，即在線實(shí)時(shí)建立較為準(zhǔn)確的非線性預(yù)測(cè)模型并獲取滾動(dòng) 時(shí)域目標(biāo)函數(shù)下的最優(yōu)控制量。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 發(fā)明目的：針對(duì)上述現(xiàn)有技術(shù)存在的問(wèn)題和不足，本發(fā)明的目的是提供一種在線 增量學(xué)習(xí)模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的電站鍋爐燃燒優(yōu)化控制方法，可以在線辨識(shí)鍋爐燃燒過(guò)程模型， 采用粒子群算法求解預(yù)測(cè)控制中的非線性優(yōu)化問(wèn)題，從而提高鍋爐燃燒優(yōu)化控制的實(shí)時(shí) 性。
[0007] 技術(shù)方案：為實(shí)現(xiàn)上述發(fā)明目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案為：
[0008] -種鍋爐燃燒優(yōu)化控制方法，其特征在于，包括如下步驟：
[0009] (1)對(duì)鍋爐燃燒非線性系統(tǒng)進(jìn)行采樣，得到當(dāng)前時(shí)刻的輸入/輸出數(shù)據(jù)；
[0010] (2)使用在線增量學(xué)習(xí)模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)對(duì)實(shí)時(shí)采樣得到的輸入/輸出數(shù)據(jù)進(jìn)行訓(xùn) 練，建立鍋爐燃燒非線性系統(tǒng)的在線增量學(xué)習(xí)預(yù)測(cè)模型；
[0011] (3)對(duì)所述在線增量學(xué)習(xí)預(yù)測(cè)模型使用非線性預(yù)測(cè)控制算法，實(shí)現(xiàn)對(duì)鍋爐燃燒過(guò) 程的優(yōu)化控制。
[0012] 步驟（1)中，所述輸入數(shù)據(jù)為鍋爐運(yùn)行操控參數(shù)，所述輸出數(shù)據(jù)為鍋爐效率以及 煙氣排放N0X。
[0013] 述的鍋爐運(yùn)行操控參數(shù)包括負(fù)荷、給煤量、總空氣量、燃料風(fēng)門(mén)開(kāi)度、二次風(fēng)門(mén)開(kāi) 度以及燃盡風(fēng)門(mén)開(kāi)度。
[0014] 步驟⑵中，所述在線增量學(xué)習(xí)預(yù)測(cè)模型為：
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種鍋爐燃燒優(yōu)化控制方法，其特征在于，包括如下步驟： (1) 對(duì)鍋爐燃燒非線性系統(tǒng)進(jìn)行采樣，得到當(dāng)前時(shí)刻的輸入/輸出數(shù)據(jù)； (2) 使用在線增量學(xué)習(xí)模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)對(duì)實(shí)時(shí)采樣得到的輸入/輸出數(shù)據(jù)進(jìn)行訓(xùn)練，建 立鍋爐燃燒非線性系統(tǒng)的在線增量學(xué)習(xí)預(yù)測(cè)模型； (3) 對(duì)所述在線增量學(xué)習(xí)預(yù)測(cè)模型使用非線性預(yù)測(cè)控制算法，實(shí)現(xiàn)對(duì)鍋爐燃燒過(guò)程的 優(yōu)化控制。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的鍋爐燃燒優(yōu)化控制方法，其特征在于，步驟（1)中，所述輸入 數(shù)據(jù)為鍋爐運(yùn)行操控參數(shù)，所述輸出數(shù)據(jù)為鍋爐效率以及煙氣排放N0X。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的鍋爐燃燒優(yōu)化控制方法，其特征在于，所述的鍋爐運(yùn)行操控 參數(shù)包括負(fù)荷、給煤量、總空氣量、燃料風(fēng)門(mén)開(kāi)度、二次風(fēng)門(mén)開(kāi)度以及燃盡風(fēng)門(mén)開(kāi)度。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的鍋爐燃燒優(yōu)化控制方法，其特征在于，步驟（2)中，所述在線 增量學(xué)習(xí)預(yù)測(cè)模型為：
其中，u(k) = (1^00,1^00, ???，!!_"(k))表示鍋爐燃燒優(yōu)化系統(tǒng)的控制量，y(k)= (yjkhyjk)，…，yn(k))表示鍋爐燃燒狀態(tài)的目標(biāo)輸出量，d表示鍋爐燃燒系統(tǒng)的輸出延 遲，P和q表示鍋爐燃燒過(guò)程非線性系統(tǒng)的輸入/輸出階次。
5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的鍋爐燃燒優(yōu)化控制方法，其特征在于，步驟（2)中，所述在線 增量學(xué)習(xí)模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)共四層： 輸入層，本層中的每個(gè)神經(jīng)元代表在線增量學(xué)習(xí)預(yù)測(cè)模型的一個(gè)輸入變量，其中用&，X2，…，X1?依次表示鍋爐各運(yùn)行操控量u(k)以及相關(guān)聯(lián)的前p階次輸出y(k); 隸屬函數(shù)層，每個(gè)輸入變量乂1有u個(gè)隸屬函數(shù)Au(j= 1，2…，u)，其均為高斯隸屬函 數(shù)：
其中Uij是Xi的第j個(gè)隸屬度函數(shù)，Ci#P〇u分別為Xi的第j個(gè)高斯函數(shù)的中心和 寬度，U是隸屬函數(shù)的數(shù)量； 模糊規(guī)則層，第j個(gè)規(guī)則&的輸出是：
輸出層，每個(gè)節(jié)點(diǎn)代表一個(gè)輸入信號(hào)加權(quán)和的輸出變量：
其中y為表征鍋爐燃燒狀態(tài)的優(yōu)化目標(biāo)輸出值，％為結(jié)果參數(shù)。
6. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的鍋爐燃燒優(yōu)化控制方法，其特征在于，步驟（3)中，所述優(yōu)化 控制的方法為： (31)通過(guò)所述在線增量學(xué)習(xí)預(yù)測(cè)模型獲得鍋爐燃燒非線性系統(tǒng)輸出值的修正量： 在當(dāng)前采樣時(shí)刻k，通過(guò)鍋爐燃燒非線性系統(tǒng)過(guò)去的輸入/輸出和當(dāng)前輸入u(k)由所 建在線增量學(xué)習(xí)預(yù)測(cè)模型得到鍋爐燃燒非線性系統(tǒng)的輸出估計(jì)值+ 由待優(yōu)化的鍋爐燃燒非線性系統(tǒng)輸入U(xiǎn)(k+1)和過(guò)去的輸入/輸出，可得到鍋爐燃燒非 線性系統(tǒng)的輸出估計(jì)值j>(/c+<i+l) ?， 設(shè)k時(shí)刻的預(yù)測(cè)偏差為
，用偏差修正j>〇t+ ^ +l)獲得修正
(32)對(duì)鍋爐燃燒費(fèi)線性系統(tǒng)的輸入進(jìn)行優(yōu)化： 根據(jù)鍋爐燃燒優(yōu)化控制量u確定鍋爐燃燒優(yōu)化控制量u的目標(biāo)函數(shù)為：
其中為第i個(gè)鍋爐燃燒特征狀態(tài)輸出量的參考軌跡，通過(guò)求解鍋爐燃燒優(yōu)化的經(jīng)濟(jì) 目標(biāo)函數(shù)而得到，yip為對(duì)應(yīng)的第i個(gè)鍋爐燃燒特征狀態(tài)輸出量經(jīng)反饋校正后的預(yù)測(cè)輸出， m和n分別為輸入和輸出的維數(shù)，qJPA^為加權(quán)系數(shù)； 通過(guò)粒子群算法在線實(shí)時(shí)滾動(dòng)優(yōu)化獲得上述目標(biāo)函數(shù)的最小值，得到最優(yōu)控制量u(k+1)，將最優(yōu)控制量u(k+1)作用于鍋爐燃燒非線性系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化控制。
【專利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種鍋爐燃燒優(yōu)化控制方法，其特征在于，包括如下步驟：對(duì)鍋爐燃燒非線性系統(tǒng)進(jìn)行采樣，得到當(dāng)前時(shí)刻的輸入/輸出數(shù)據(jù)；使用在線增量學(xué)習(xí)模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)對(duì)實(shí)時(shí)采樣得到的輸入/輸出數(shù)據(jù)進(jìn)行訓(xùn)練，建立鍋爐燃燒非線性系統(tǒng)的在線增量學(xué)習(xí)預(yù)測(cè)模型；對(duì)所述在線增量學(xué)習(xí)預(yù)測(cè)模型使用非線性預(yù)測(cè)控制算法，實(shí)現(xiàn)對(duì)鍋爐燃燒過(guò)程的優(yōu)化控制。本發(fā)明的一種在線增量學(xué)習(xí)模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的電站鍋爐燃燒優(yōu)化控制方法，通過(guò)鍋爐燃燒優(yōu)化模型的在線辨識(shí)，利用粒子群優(yōu)化算法求解預(yù)測(cè)控制算法中的非線性優(yōu)化問(wèn)題，可以實(shí)現(xiàn)鍋爐燃燒過(guò)程的實(shí)時(shí)優(yōu)化與控制。
【IPC分類】F23N5-00
【公開(kāi)號(hào)】CN104776446
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510176385
【發(fā)明人】林祥, 劉西陲, 吳嘯, 李益國(guó), 沈炯, 潘蕾
【申請(qǐng)人】東南大學(xué)
【公開(kāi)日】2015年7月15日
【申請(qǐng)日】2015年4月14日