余熱鍋爐與工業(yè)鍋爐發(fā)電協(xié)調(diào)運(yùn)行動(dòng)態(tài)優(yōu)化方法與系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及余熱鍋爐與工業(yè)鍋爐發(fā)電領(lǐng)域，尤其涉及一種余熱鍋爐與工業(yè)鍋爐聯(lián)合發(fā)電系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)優(yōu)化控制方法與系統(tǒng)，系統(tǒng)主要由工業(yè)鍋爐控制子系統(tǒng)、余熱鍋爐控制子系統(tǒng)、透平發(fā)電控制子系統(tǒng)和優(yōu)化管理系統(tǒng)組成，實(shí)現(xiàn)余熱鍋爐與工業(yè)鍋爐發(fā)電過(guò)程的節(jié)能優(yōu)化管理與控制。本發(fā)明針對(duì)余熱鍋爐與工業(yè)鍋爐發(fā)電過(guò)程的特點(diǎn)，建立基于支持向量機(jī)的余熱鍋爐發(fā)電過(guò)程的智能集成預(yù)測(cè)模型，采用兩級(jí)多目標(biāo)優(yōu)化方法，設(shè)計(jì)了基于模糊系統(tǒng)的優(yōu)化協(xié)調(diào)控制，即主蒸汽壓力模糊控制和負(fù)荷前饋模糊控制。通過(guò)各子系統(tǒng)的聯(lián)網(wǎng)和優(yōu)化協(xié)調(diào)控制與管理，使系統(tǒng)能在余熱鍋爐主窯爐負(fù)荷大范圍變化時(shí)余熱發(fā)電系統(tǒng)和低壓蒸汽高效穩(wěn)定運(yùn)行，實(shí)現(xiàn)全線的綜合最優(yōu)控制與管理。該系統(tǒng)經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)工藝流程中應(yīng)用，運(yùn)行穩(wěn)定，具有良好的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益。
【專利說(shuō)明】余熱鍋妒與工業(yè)鍋妒發(fā)電協(xié)調(diào)運(yùn)行動(dòng)態(tài)優(yōu)化方法與系統(tǒng) 技術(shù)領(lǐng)域 本發(fā)明設(shè)及余熱鍋爐與工業(yè)鍋爐發(fā)電領(lǐng)域，尤其設(shè)及一種余熱鍋爐與工業(yè)鍋爐發(fā)電協(xié) 調(diào)運(yùn)行優(yōu)化控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)余熱鍋爐與工業(yè)鍋爐發(fā)電過(guò)程的節(jié)能優(yōu)化管理與控制。 【背景技術(shù)】 節(jié)能減排已成為全國(guó)重點(diǎn)關(guān)注的戰(zhàn)略問(wèn)題，余熱發(fā)電行業(yè)的發(fā)展對(duì)國(guó)家實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排 的目標(biāo)有著顯著的作用，具有良好的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。 近年來(lái)，國(guó)家先后頒布了多項(xiàng)政策來(lái)扶持余熱發(fā)電行業(yè)。而且目前鋼鐵、冶金、化工、玻 璃等高能耗行業(yè)只對(duì)部分高溫余熱進(jìn)行了回收，中低溫廢氣余熱的利用尚處在起步階段， 所W未來(lái)對(duì)運(yùn)些行業(yè)的余熱回收和利用具有十分廣闊的應(yīng)用前景。 余熱發(fā)電實(shí)際上是對(duì)熱能進(jìn)行合理循環(huán)利用。常規(guī)火力發(fā)電廠的蒸汽壓力、溫度、流量 根據(jù)發(fā)電機(jī)的負(fù)荷情況進(jìn)行操作控制，運(yùn)行比較穩(wěn)定，僅受控于發(fā)電站的內(nèi)部因素。而余熱 發(fā)電則必須視工藝生產(chǎn)情況，調(diào)整控制策略。余熱鍋爐產(chǎn)生的蒸汽壓力、溫度及流量等各參 數(shù)隨著生產(chǎn)情況的變化而波動(dòng)，當(dāng)生產(chǎn)出現(xiàn)波動(dòng)或部分設(shè)備停產(chǎn)檢修，透平機(jī)前蒸汽壓力 會(huì)出現(xiàn)較大變化時(shí)，需要適當(dāng)補(bǔ)充蒸汽，維持透平發(fā)電機(jī)的正常工作。 流程企業(yè)基本都建有中低壓蒸汽網(wǎng)管及用戶，如何合理利用余熱鍋爐和工業(yè)鍋爐資 源，保障余熱發(fā)電和蒸汽用戶穩(wěn)定運(yùn)行，是余熱發(fā)電所需解決的問(wèn)題。
【發(fā)明內(nèi)容】
本發(fā)明的目的是提供一種余熱鍋爐與工業(yè)鍋爐聯(lián)合發(fā)電系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)優(yōu)化控制方法與 系統(tǒng)，余熱發(fā)電系統(tǒng)包括余熱鍋爐、中壓工業(yè)鍋爐、集氣缸和透平發(fā)電機(jī)。中壓工業(yè)鍋爐既 可并入余熱發(fā)電廠房的過(guò)熱蒸汽缸進(jìn)行發(fā)電，又可通過(guò)本體減溫減壓直接送入低壓蒸汽管 網(wǎng)，當(dāng)需要它作發(fā)電使用時(shí)，補(bǔ)償余熱鍋爐主爐生產(chǎn)波動(dòng)或部分設(shè)備停產(chǎn)檢修時(shí)余熱鍋爐 蒸汽生產(chǎn)波動(dòng)，保持余熱鍋爐和工業(yè)鍋爐發(fā)電機(jī)組的協(xié)調(diào)穩(wěn)定運(yùn)行。 本發(fā)明在建立余熱鍋爐與工業(yè)鍋爐發(fā)電過(guò)程集成模型的基礎(chǔ)上，綜合考慮余熱鍋爐工 業(yè)鍋爐發(fā)電過(guò)程中能耗、熱效率、排放及設(shè)備運(yùn)行安全等多個(gè)技術(shù)指標(biāo)，W設(shè)備安全、工藝 條件為約束，進(jìn)行余熱鍋爐發(fā)電過(guò)程的多目標(biāo)優(yōu)化，得到多個(gè)關(guān)聯(lián)系統(tǒng)的關(guān)鍵參數(shù)最優(yōu)值， 指導(dǎo)各系統(tǒng)跟蹤模型參數(shù)最優(yōu)值并按其在線控制。 本發(fā)明將針對(duì)余熱鍋爐與工業(yè)鍋爐發(fā)電過(guò)程的特點(diǎn)，采用兩級(jí)多目標(biāo)優(yōu)化方法，即系 統(tǒng)過(guò)程運(yùn)行優(yōu)化管理指導(dǎo)級(jí)化2)^及分布式控制級(jí)化1)，并與廠級(jí)資源管理日3?/^日5化3) 接口。開(kāi)發(fā)不同DCS控制系統(tǒng)通訊程序，實(shí)現(xiàn)整個(gè)系統(tǒng)信息透明訪問(wèn)與公司廠級(jí)資源管理 ERP/MES信息共享。 系統(tǒng)過(guò)程運(yùn)行優(yōu)化管理指導(dǎo)級(jí)化2) W安全運(yùn)行及工藝條件為約束，綜合考慮能耗、熱 效率和發(fā)電量，研究多種優(yōu)化方法及運(yùn)些方法的智能集成，對(duì)余熱鍋爐發(fā)電過(guò)程的工藝參 數(shù)進(jìn)行大范圍的全局優(yōu)化，解決各系統(tǒng)特別是余熱鍋爐主害爐不同生產(chǎn)負(fù)荷情況汽輪機(jī)主 壓力設(shè)定問(wèn)題，指導(dǎo)各子系統(tǒng)優(yōu)化運(yùn)行。 分布式控制級(jí)W鍋爐效率/排放為目標(biāo)，優(yōu)化燃燒過(guò)程。從而實(shí)現(xiàn)余熱鍋爐發(fā)電過(guò)程的 多目標(biāo)協(xié)調(diào)優(yōu)化控制，達(dá)到余熱鍋爐發(fā)電經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的目標(biāo)。 分布式控制級(jí)化1)的鍋爐運(yùn)行優(yōu)化綜合控制子系統(tǒng)，采用模糊系統(tǒng)對(duì)鍋爐特性建模， 并利用尋優(yōu)算法實(shí)現(xiàn)操作參數(shù)的實(shí)時(shí)尋優(yōu)。運(yùn)種方法能夠獲得目前最佳的鍋爐燃燒調(diào)整方 式，對(duì)鍋爐的節(jié)能降耗和降低環(huán)境污染都有重要的意義。 分布式控制級(jí)化1)的透平發(fā)電運(yùn)行優(yōu)化綜合控制子系統(tǒng)，根據(jù)L2級(jí)優(yōu)化設(shè)定，優(yōu)化控 制透平發(fā)電，保證透平子系統(tǒng)優(yōu)化的目標(biāo)。 在余熱鍋爐發(fā)電運(yùn)行優(yōu)化管理與控制系統(tǒng)中，一切緊緊圍繞余熱鍋爐發(fā)電生產(chǎn)控制管 理運(yùn)個(gè)中屯、，將余熱鍋爐發(fā)電生產(chǎn)的所有工藝段都納入該系統(tǒng)的指導(dǎo)管理范圍，實(shí)現(xiàn)全線 的綜合最優(yōu)控制與管理。 余熱鍋爐發(fā)電過(guò)程工藝復(fù)雜、特別是余熱鍋爐熱工部分，影響因素多，僅通過(guò)分析工藝 機(jī)理，很難建立全過(guò)程的解析模型。本發(fā)明通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)長(zhǎng)期運(yùn)行保存了大量的數(shù)據(jù)和操作經(jīng) 驗(yàn)，采用基于統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)的建模方法和智能專家方法相結(jié)合，建立了余熱鍋爐發(fā)電過(guò)程的智 能集成數(shù)學(xué)模型。 支持向量機(jī)（5啡口01~1：￥6(31：0礎(chǔ)曰。11；[]163，簡(jiǎn)稱5\^)是基于統(tǒng)計(jì)學(xué)習(xí)理論的機(jī)器學(xué)習(xí)算 法，針對(duì)解決小樣本、非線性系統(tǒng)的問(wèn)題中有一定的優(yōu)勢(shì)，克服了神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)易陷入局部最 優(yōu)、泛化能力差等缺點(diǎn)。 描敘多元非線性回歸模型一般形式為:y = f(xi，x2,…，XM)，其中二K2，....'v/)表 示支持向量機(jī)回歸預(yù)測(cè)模型的輸入量，y表示模型目標(biāo)輸出量。映射函數(shù)/(Xf；):%" 。使 用核函數(shù)將原始輸入空間的樣本映射到高維特征空間Q中，在特征空間中利用映射函數(shù)對(duì) 樣本數(shù)據(jù)進(jìn)行線性回歸。計(jì)算得出最終回歸估計(jì)函數(shù)為：
(T) 式中：最優(yōu)拉格朗日乘子,Qi ;b為偏置項(xiàng)。K(xi，X)為核函數(shù)，Xi為支持向量，L為支持 向量個(gè)數(shù)。常用的局部核函數(shù)有徑向基函數(shù)，全局核函數(shù)多項(xiàng)式核函數(shù)。其表達(dá)式如下： 徑向基函數(shù):Ki(xi，xj) = e 邱{ Ixi-xj I V。2} (2) 多項(xiàng)式核函數(shù):K2(Xi，Xj) = [(Xi，Xj)+l]q (3) 采用支持向量機(jī)預(yù)測(cè)多臺(tái)余熱鍋爐蒸汽輸出負(fù)荷變化，設(shè)n臺(tái)余熱鍋爐中：Li,k為第i臺(tái) 余熱鍋爐輸出蒸汽流量，單位kg/s; Tpi, k為第i臺(tái)余熱鍋爐鍋筒中水(汽)溫度，單位K;化i, k為 第i臺(tái)余熱鍋爐過(guò)熱器蒸汽出口溫度，單位K;Tyi,k，為第i臺(tái)余熱鍋爐過(guò)熱器煙氣入口溫度， 單位K; Pk為集氣缸當(dāng)前壓力，單位Mp。 構(gòu)造牽俞入變里X二... ,Li,k,Tpl,k, ... ,Tpi,k,Thl,k, ... ,Thi,k,lVl,k, ... ,Tyi,k,lVl,k-l,, Tyi,k-i，Pk]，i = l，…，n，么朽為多臺(tái)鍋爐進(jìn)入集氣缸后的負(fù)荷增量，其中1^-1為前一時(shí)刻值。 根據(jù)歷史和實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，通過(guò)支持向量學(xué)習(xí)得到輸入輸出模型，預(yù)測(cè)多臺(tái)鍋爐進(jìn)入集氣缸后 的負(fù)荷增量A Fx:
(4) 式中K(Xi，X)核函數(shù)取徑向基函數(shù);b為偏置；
31和< 為拉格朗日乘子，Xi為 支持向量，L為支持向量個(gè)數(shù)。 為了實(shí)現(xiàn)余熱鍋爐、工業(yè)鍋爐汽輪機(jī)協(xié)調(diào)控制，當(dāng)多個(gè)余熱鍋爐熱負(fù)荷發(fā)生變化時(shí)，通 過(guò)支持向量機(jī)預(yù)測(cè)模型預(yù)測(cè)蒸汽負(fù)荷的變化A Fx,則工業(yè)鍋爐負(fù)荷增量為： AFb= AFs-AFx (5) 其中為AFs發(fā)電需求蒸汽負(fù)荷的變化，運(yùn)樣通過(guò)工業(yè)鍋爐的負(fù)荷調(diào)節(jié)保證透平發(fā)電的 負(fù)荷需求。 當(dāng)有多臺(tái)工業(yè)鍋爐并網(wǎng)時(shí)，根據(jù)經(jīng)濟(jì)最優(yōu)模式確定負(fù)荷調(diào)節(jié)爐和壓力調(diào)節(jié)爐，負(fù)荷增 量按等耗量微增率法確定分配給各負(fù)荷爐。當(dāng)只有一臺(tái)工業(yè)鍋爐可調(diào)節(jié)時(shí)，負(fù)荷調(diào)節(jié)和壓 力調(diào)節(jié)由一臺(tái)爐承擔(dān)。 在保證鍋爐和汽輪機(jī)各子系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行的前提下，本發(fā)明設(shè)計(jì)了基于模糊系統(tǒng)的優(yōu)化 協(xié)調(diào)控制，根據(jù)控制器的給煤操作調(diào)度指令，實(shí)時(shí)調(diào)節(jié)工業(yè)鍋爐的給煤量，來(lái)協(xié)調(diào)余熱鍋爐 供汽，使主蒸汽壓力穩(wěn)定在一定的范圍內(nèi)，從而使余熱發(fā)電機(jī)組穩(wěn)定運(yùn)行。模糊控制系統(tǒng)由 兩部分組成，既主蒸汽壓力模糊控制和負(fù)荷前饋模糊控制。 主蒸汽壓力模糊控制： 設(shè)蒸汽壓力偏差為ep，ep = es-ex，其中es為蒸汽壓力需求（即蒸汽壓力設(shè)定值），ex為蒸 汽壓力實(shí)際值。主蒸汽壓力模糊控制器的輸入量eP(蒸汽壓力偏差)和ecp(蒸汽壓力偏差的 導(dǎo)數(shù)）的論域?yàn)閇-2,2]，增量控制輸出量A U的論域?yàn)閇-2,2]。壓力模糊控制器的輸入輸出 隸屬度函數(shù)都采用簡(jiǎn)單的=角隸屬函數(shù)，如圖2所示。模糊子集都分成負(fù)大、負(fù)小、零、正小、 正大五個(gè)等級(jí)，符號(hào)表示為：{NB，NS，ZE，PS，PB}。 表1蒸汽壓力的模糊規(guī)則
負(fù)荷前饋模糊控制： 根據(jù)工業(yè)鍋爐過(guò)程特性，模糊前饋控制器有兩個(gè)輸入量，一個(gè)輸出量。輸入1:主蒸汽壓 力模糊控制輸出A U，輸入2:當(dāng)前負(fù)荷需求增量A機(jī)，兩個(gè)變量共同決定前饋爐排轉(zhuǎn)速增量 A Uf變化的大小。 負(fù)荷前饋模糊控制器的輸入量A U和A Fb的論域?yàn)閇-2,2]，它們的模糊子集均由5個(gè)語(yǔ) 言變量值組成，即憤大，負(fù)小，零，正小，正大}，一般用英文縮寫為陽(yáng)B，NS，ZE，PS，PB}。增量 控制輸出量Uf的論域?yàn)閇-3,3]，模糊子集均由7個(gè)語(yǔ)言變量值組成，即{負(fù)大，負(fù)中，負(fù)小， 零，正小，正中，正大}，一般用英文縮寫為陽(yáng)B，醒，NS，ZE，PS，PM，PB}。模糊前饋控制器的輸 入輸出隸屬度函數(shù)都采用簡(jiǎn)單的=角隸屬函數(shù)，如圖3所示。 表一九一一年一月四日2負(fù)荷前饋模糊控制規(guī)則
表1、表2的25條模糊控制的控制規(guī)則都是由實(shí)際工程經(jīng)驗(yàn)總結(jié)而來(lái)的。爐排轉(zhuǎn)速最后 輸出： Uf,k = Uf,k-i+ A Uf (6) 整個(gè)系統(tǒng)運(yùn)行步驟如下： Stepl:根據(jù)多目標(biāo)優(yōu)化的算法得到各個(gè)參數(shù)優(yōu)化設(shè)定值； Step2:根據(jù)預(yù)測(cè)模型公式(4)得到余熱鍋爐的負(fù)荷增量； Step3:根據(jù)發(fā)電蒸汽負(fù)荷需求公式巧)確定工業(yè)鍋爐的負(fù)荷增量； Step4:由主蒸汽壓力模糊控制和負(fù)荷前饋模糊控制得到爐排最后轉(zhuǎn)速輸出（公式(6)) 對(duì)工業(yè)鍋爐進(jìn)行調(diào)節(jié)； StepS:返回step2
【附圖說(shuō)明】 為了更清楚地說(shuō)明本申請(qǐng)實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對(duì)實(shí)施例或現(xiàn)有技 術(shù)描述中所需要使用的附圖作簡(jiǎn)單地介紹。 圖1是本發(fā)明余熱鍋爐與工業(yè)鍋爐發(fā)電協(xié)調(diào)優(yōu)化運(yùn)行管理控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖； 圖2是主蒸汽壓力模糊控制器的輸入輸出隸屬度函數(shù)； 圖3是負(fù)荷前饋模糊控制器的輸入輸出隸屬度函數(shù)。
【具體實(shí)施方式】： 為了使本技術(shù)領(lǐng)域人員更好地理解本發(fā)明方案，下面結(jié)合附圖和實(shí)施方式對(duì)本發(fā)明進(jìn) 行詳細(xì)的說(shuō)明。 首先，對(duì)本發(fā)明的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)進(jìn)行簡(jiǎn)單的介紹 本發(fā)明的目的是提供一種余熱鍋爐與工業(yè)鍋爐聯(lián)合發(fā)電系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)優(yōu)化控制方法與 系統(tǒng)，余熱發(fā)電系統(tǒng)包括余熱鍋爐、中壓工業(yè)鍋爐、集氣缸和透平發(fā)電機(jī)。中壓工業(yè)鍋爐既 可并入余熱發(fā)電廠房的過(guò)熱蒸汽缸進(jìn)行發(fā)電，又可通過(guò)本體減溫減壓直接送入低壓蒸汽管 網(wǎng)，當(dāng)需要它作發(fā)電使用時(shí)，補(bǔ)償余熱鍋爐主爐生產(chǎn)波動(dòng)或部分設(shè)備停產(chǎn)檢修時(shí)余熱鍋爐 蒸汽生產(chǎn)波動(dòng)，保持余熱鍋爐和工業(yè)鍋爐發(fā)電機(jī)組的協(xié)調(diào)穩(wěn)定運(yùn)行。 本發(fā)明余熱鍋爐與工業(yè)鍋爐發(fā)電協(xié)調(diào)優(yōu)化運(yùn)行管理控制系統(tǒng)主要由工業(yè)鍋爐控制子 系統(tǒng)、余熱鍋爐控制子系統(tǒng)、透平發(fā)電控制子系統(tǒng)和優(yōu)化管理系統(tǒng)組成。余熱鍋爐、工業(yè)鍋 爐W及透平發(fā)電控制子系統(tǒng)所采用的集散控制系統(tǒng)不同，包括余熱鍋爐橫河CS3000、工業(yè) 鍋爐和利時(shí)MACS等系列，透平發(fā)電機(jī)西口子S7PLC等，采用采用立層網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu):現(xiàn)場(chǎng)儀表和 執(zhí)行器通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)總線與各自的化C、DCS控制相連;各化C、DCS監(jiān)控站和控制器都裝有OPC月良 務(wù)器軟件，通過(guò)OPC和工業(yè)W太網(wǎng)與優(yōu)化管理系統(tǒng)和公司資源管理ERP/MES進(jìn)行互聯(lián)，實(shí)現(xiàn) 整個(gè)系統(tǒng)信息透明訪問(wèn)與廠級(jí)資源管理ERP/MES的信息共享。 在分析余熱鍋爐與工業(yè)鍋爐發(fā)電過(guò)程工藝機(jī)理的基礎(chǔ)上，針對(duì)負(fù)荷分配及各鍋爐熱工 參數(shù)對(duì)余熱鍋爐透平發(fā)電系統(tǒng)不同的影響方式及影響程度，采用智能集成建模的理論與方 法，建立余熱鍋爐聯(lián)合工業(yè)鍋爐發(fā)電過(guò)程的智能集成模型。 本發(fā)明在建立余熱鍋爐與工業(yè)鍋爐發(fā)電過(guò)程集成模型的基礎(chǔ)上，綜合考慮余熱鍋爐工 業(yè)鍋爐發(fā)電過(guò)程中能耗、熱效率、排放及設(shè)備運(yùn)行安全等多個(gè)技術(shù)指標(biāo)，W設(shè)備安全、工藝 條件為約束，進(jìn)行余熱鍋爐發(fā)電過(guò)程的多目標(biāo)優(yōu)化，得到多個(gè)關(guān)聯(lián)系統(tǒng)的關(guān)鍵參數(shù)最優(yōu)值， 指導(dǎo)各系統(tǒng)跟蹤模型參數(shù)最優(yōu)值并按其在線控制。 下面對(duì)本發(fā)明的控制過(guò)程進(jìn)行說(shuō)明。 1) 根據(jù)多目標(biāo)優(yōu)化的算法得到各個(gè)參數(shù)優(yōu)化設(shè)定值： W工業(yè)鍋爐作為主要調(diào)節(jié)手段，采用兩級(jí)多目標(biāo)優(yōu)化方法。 第一層優(yōu)化管理指導(dǎo)設(shè)定級(jí)化2) W安全運(yùn)行及工藝條件為約束，綜合考慮能耗、熱效 率和發(fā)電量，對(duì)余熱鍋爐發(fā)電過(guò)程的工藝參數(shù)進(jìn)行全局優(yōu)化，解決各系統(tǒng)特別是余熱鍋爐 主害爐不同生產(chǎn)負(fù)荷情況汽輪機(jī)主壓力設(shè)定問(wèn)題。 第二層分布式控制級(jí)化1) W鍋爐效率/排放為目標(biāo)，優(yōu)化燃燒過(guò)程。余熱鍋爐負(fù)荷預(yù) ，動(dòng)態(tài)規(guī)劃與模糊推理實(shí)現(xiàn)操作指導(dǎo)，從而實(shí)現(xiàn)余熱鍋爐發(fā)電過(guò)程的多目標(biāo)協(xié)調(diào)優(yōu)化管 理與控制。 集成采用傳統(tǒng)優(yōu)化算法、進(jìn)化算法與專家推理方法，從整個(gè)發(fā)電廠的角度進(jìn)行在線性 能計(jì)算和能損偏差分，計(jì)算出各系統(tǒng)級(jí)性能指標(biāo)和考核指標(biāo)的實(shí)時(shí)值，同時(shí)計(jì)算單元機(jī)組 在各種工況下的理想目標(biāo)值，尋找使能耗、發(fā)電量、設(shè)備安全達(dá)到綜合最優(yōu)的工藝參數(shù)設(shè)優(yōu) 化定值。 2) 根據(jù)預(yù)測(cè)模型得到余熱鍋爐的負(fù)荷增量： 采用支持向量機(jī)預(yù)測(cè)多臺(tái)余熱鍋爐蒸汽輸出負(fù)荷變化，設(shè)n臺(tái)余熱鍋爐中：Li,k為第i臺(tái) 余熱鍋爐輸出蒸汽流量，單位kg/s; Tpi, k為第i臺(tái)余熱鍋爐鍋筒中水(汽)溫度，單位K;化i, k為 第i臺(tái)余熱鍋爐過(guò)熱器蒸汽出口溫度，單位K;Tyi,k，為第i臺(tái)余熱鍋爐過(guò)熱器煙氣入口溫度， 單位K; Pk為集氣缸壓力，單位Mp。
[0023]構(gòu)造輸入變里X 二[Li,k,... ,l^i,k,Tpl,k,... ,Tpi,k,Thl,k,... ,Thi,k,Tyl,k,... ,Tyi,k, Tyl,k-l，…，Tyi,k-l，Pk]，i = l，…，n，AFx為多臺(tái)鍋爐進(jìn)入集氣缸后的負(fù)荷增量，其中k-l為前 一時(shí)刻值。根據(jù)歷史和實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，通過(guò)支持向量學(xué)習(xí)得到輸入輸出模型，預(yù)測(cè)多臺(tái)鍋爐進(jìn)入 集氣缸后的負(fù)荷增量A Fx:
(1) 式中K(xi，x)核函數(shù)取徑向基函數(shù);b為偏置;巧=a,-a;，ai和若為拉格朗日乘子，Xi為 支持向量，L為支持向量個(gè)數(shù)。 3) 根據(jù)發(fā)電蒸汽負(fù)荷需求確定工業(yè)鍋爐的負(fù)荷增量： 為了實(shí)現(xiàn)余熱鍋爐、工業(yè)鍋爐汽輪機(jī)協(xié)調(diào)控制，當(dāng)多個(gè)余熱鍋爐熱負(fù)荷發(fā)生變化時(shí)，通 過(guò)支持向量機(jī)預(yù)測(cè)模型預(yù)測(cè)蒸汽負(fù)荷的變化A Fx，則工業(yè)鍋爐負(fù)荷增量為：A Fb= A Fs- A Fx (2) 其中為AFs發(fā)電需求蒸汽負(fù)荷的變化，運(yùn)樣通過(guò)工業(yè)鍋爐的負(fù)荷調(diào)節(jié)保證透平發(fā)電的 負(fù)荷需求。 當(dāng)有多臺(tái)工業(yè)鍋爐并網(wǎng)時(shí)，根據(jù)經(jīng)濟(jì)最優(yōu)模式確定負(fù)荷調(diào)節(jié)爐和壓力調(diào)節(jié)爐，負(fù)荷增 量按微增法確定分配給各負(fù)荷爐。當(dāng)只有一臺(tái)工業(yè)鍋爐可調(diào)節(jié)時(shí)，負(fù)荷調(diào)節(jié)和壓力調(diào)節(jié)由 一臺(tái)爐承擔(dān)。 4)由主蒸汽壓力模糊控制和負(fù)荷前饋模糊控制得到爐排最后轉(zhuǎn)速輸出對(duì)工業(yè)鍋爐進(jìn) 行調(diào)節(jié)： 在保證鍋爐和汽輪機(jī)各子系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行的前提下，本發(fā)明設(shè)計(jì)了基于模糊系統(tǒng)的優(yōu)化 協(xié)調(diào)控制，根據(jù)控制器的給煤操作調(diào)度指令，實(shí)時(shí)調(diào)節(jié)工業(yè)鍋爐的給煤量，來(lái)協(xié)調(diào)余熱鍋爐 供汽，使主蒸汽壓力穩(wěn)定在一定的范圍內(nèi)，從而使余熱發(fā)電機(jī)組穩(wěn)定運(yùn)行。模糊控制系統(tǒng)由 兩部分組成，既主蒸汽壓力模糊控制和負(fù)荷前饋模糊控制。 主蒸汽壓力模糊控制： 設(shè)蒸汽壓力偏差為ep，ep = es-ex，其中es為蒸汽壓力需求（即蒸汽壓力設(shè)定值），ex為蒸 汽壓力實(shí)際值。主蒸汽壓力模糊控制器的輸入量eP(蒸汽壓力偏差)和ecp(蒸汽壓力偏差的 導(dǎo)數(shù)）的論域?yàn)閇-2,2]，增量控制輸出量A U的論域?yàn)閇-2,2]。壓力模糊控制器的輸入輸出 隸屬度函數(shù)都采用簡(jiǎn)單的=角隸屬函數(shù)，如圖2所示。模糊子集都分成負(fù)大、負(fù)小、零、正小、 正大五個(gè)等級(jí)，符號(hào)表示為：{NB，NS，ZE，PS，PB}。 表1蒸汽壓力的模糊?面Il
負(fù)荷前饋模糊控制： 負(fù)荷前饋模糊控制器的輸入量A U和A Fb的論域?yàn)閇-2,2]，它們的模糊子集均由5個(gè)語(yǔ) 言變量值組成，即憤大，負(fù)小，零，正小，正大}，一般用英文縮寫為陽(yáng)B，NS，ZE，PS，PB}。增量 控制輸出量Uf的論域?yàn)閇-3,3]，模糊子集均由7個(gè)語(yǔ)言變量值組成，即{負(fù)大，負(fù)中，負(fù)小， 零，正小，正中，正大}，一般用英文縮寫為陽(yáng)B，醒，NS，ZE，PS，PM，PB}。模糊前饋控制器的輸 入輸出隸屬度函數(shù)都采用簡(jiǎn)單的=角隸屬函數(shù)，如圖3所示。 表2負(fù)荷前饋模糊控制規(guī)則
5)返回上述2)步驟，循環(huán)優(yōu)化控制。 本發(fā)明優(yōu)化管理系統(tǒng)集成集成VB語(yǔ)言、數(shù)據(jù)庫(kù)、智能控制算法和OPC技術(shù)，從整個(gè)發(fā)電 廠的角度進(jìn)行在線性能計(jì)算和能損偏差分，計(jì)算出各系統(tǒng)級(jí)性能指標(biāo)和考核指標(biāo)的實(shí)時(shí) 值，同時(shí)計(jì)算單元機(jī)組在各種工況下的理想目標(biāo)值，尋找使能耗、發(fā)電量、設(shè)備安全達(dá)到綜 合最優(yōu)的工藝參數(shù)設(shè)優(yōu)化定值。 本發(fā)明采用余熱鍋爐與工業(yè)鍋爐發(fā)電協(xié)調(diào)優(yōu)化運(yùn)行管理控制，通過(guò)各子系統(tǒng)的聯(lián)網(wǎng)和 優(yōu)化協(xié)調(diào)控制與管理，充分利用工業(yè)鍋爐的雙重作用，使系統(tǒng)能在余熱鍋爐主害爐負(fù)荷大 范圍變化時(shí)余熱發(fā)電系統(tǒng)和低壓蒸氣高效穩(wěn)定運(yùn)行。 本發(fā)明通過(guò)余熱鍋爐與工業(yè)鍋爐發(fā)電協(xié)調(diào)優(yōu)化運(yùn)行管理控制，使各系統(tǒng)處于優(yōu)化穩(wěn)定 運(yùn)行狀態(tài)，一是為余熱鍋爐主爐生產(chǎn)解除后顧之憂，提高了生產(chǎn)產(chǎn)量，進(jìn)一步降低了生產(chǎn)成 本。二是提高余熱利用率，增加余熱發(fā)電量。 該系統(tǒng)經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)工藝流程中應(yīng)用，運(yùn)行穩(wěn)定，效果良好。 本發(fā)明的實(shí)施，節(jié)約了人力、提高了效率，降低了工人勞動(dòng)強(qiáng)度，每年多發(fā)電，可實(shí)現(xiàn)節(jié) 約標(biāo)煤，相當(dāng)于減少溫室氣體二氧化碳排放，減少二氧化硫排放，具有良好的社會(huì)效益。 當(dāng)然，本發(fā)明還可有其他多種實(shí)施方法，在不背離本發(fā)明精神及其實(shí)質(zhì)的情況下，熟悉 本領(lǐng)域的技術(shù)人員可根據(jù)本發(fā)明做出各種相應(yīng)的改變和變形，但運(yùn)些相應(yīng)的改變和變形都 應(yīng)屬于本發(fā)明的權(quán)利要求的保護(hù)范圍。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種余熱鍋爐與工業(yè)鍋爐聯(lián)合發(fā)電系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)優(yōu)化方法與系統(tǒng)，其特征在于，該系 統(tǒng)建立基于支持向量機(jī)的余熱鍋爐發(fā)電過(guò)程的智能集成預(yù)測(cè)模型和工業(yè)鍋爐負(fù)荷協(xié)調(diào)控 制方法。 所述支持向量機(jī)是基于統(tǒng)計(jì)學(xué)習(xí)理論的機(jī)器學(xué)習(xí)算法，具體特征在于： 描敘多元非線性回歸模型一般形式為:y = f (χι，χ2，···，xm)，其中λ e W = 1.2…Λ/)表 示支持向量機(jī)回歸預(yù)測(cè)模型的輸入量，y表示模型目標(biāo)輸出量。映射函數(shù)f (xi) 4:Ω。使 用核函數(shù)將原始輸入空間的樣本映射到高維特征空間Ω中，在特征空間中利用映射函數(shù)對(duì) 樣本數(shù)據(jù)進(jìn)行線性回歸。計(jì)算得出最終回歸估計(jì)函數(shù)為：(1) 式中：最優(yōu)拉格朗日乘子V i，ai;b為偏置項(xiàng)。K(Xi，x)為核函數(shù)，Xi為支持向量，L為支持 向量個(gè)數(shù)。常用的局部核函數(shù)有徑向基函數(shù)，全局核函數(shù)多項(xiàng)式核函數(shù)。其表達(dá)式如下： 徑向基函數(shù):Ki(xi，xj) = exp{ |xi_xj |2/〇2} (2) 多項(xiàng)式核函數(shù):K2(xi，xj) = [(xi，x」)+l]q (3) 采用支持向量機(jī)預(yù)測(cè)多臺(tái)余熱鍋爐蒸汽輸出負(fù)荷變化，設(shè)η臺(tái)余熱鍋爐中：L1>k為第i臺(tái) 余熱鍋爐輸出蒸汽流量，單位kg/s; Tpi,k為第i臺(tái)余熱鍋爐鍋筒中水(汽)溫度，單位K; Thi,k為 第i臺(tái)余熱鍋爐過(guò)熱器蒸汽出口溫度，單位K;Tyl,k，為第i臺(tái)余熱鍋爐過(guò)熱器煙氣入口溫度， 單位K; Pk為集氣缸當(dāng)前壓力，單位Mp。 構(gòu)造輸入變里X = [Li,k，…，Li,k，Tpl,k，…，Tpi,k，Thl,k，…，Thi,k，Tyl,k，…，Tyi,k，Tyl,k-1，…， Tyi.k-^PkLizl，…，n，AFX為多臺(tái)鍋爐進(jìn)入集氣缸后的負(fù)荷增量，其中k-1為前一時(shí)刻值。 根據(jù)歷史和實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，通過(guò)支持向量學(xué)習(xí)得到輸入輸出模型，預(yù)測(cè)多臺(tái)鍋爐進(jìn)入集氣缸后 的負(fù)荷增量AF x: Μ) ?Η式中K(Xl，x)核函數(shù)取徑向基函數(shù);b為偏置4 和 <為拉格朗日乘子，^為 支持向量，L為支持向量個(gè)數(shù)。 為了實(shí)現(xiàn)余熱鍋爐、工業(yè)鍋爐汽輪機(jī)協(xié)調(diào)控制，當(dāng)多個(gè)余熱鍋爐熱負(fù)荷發(fā)生變化時(shí)，通 過(guò)支持向量機(jī)預(yù)測(cè)模型預(yù)測(cè)蒸汽負(fù)荷的變化A Fx，則工業(yè)鍋爐負(fù)荷增量為： AFb= AFs-AFx (5) 其中為A Fs發(fā)電需求蒸汽負(fù)荷的變化，這樣通過(guò)工業(yè)鍋爐的負(fù)荷調(diào)節(jié)保證透平發(fā)電的 負(fù)荷需求。2. 根據(jù)權(quán)利要求1余熱鍋爐與工業(yè)鍋爐聯(lián)合發(fā)電系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)優(yōu)化方法與系統(tǒng)，其特征 在于，該系統(tǒng)設(shè)計(jì)了基于模糊系統(tǒng)的優(yōu)化協(xié)調(diào)控制方法，即主蒸汽壓力模糊控制和負(fù)荷前 饋模糊控制。 所述主蒸汽壓力模糊控制，其特征在于，設(shè)蒸汽壓力偏差為eP，eP = es-ex，其中es為蒸汽 壓力需求（即蒸汽壓力設(shè)定值），ex為蒸汽壓力實(shí)際值。主蒸汽壓力模糊控制器的輸入量ep (蒸汽壓力偏差)和ecp(蒸汽壓力偏差的導(dǎo)數(shù))的論域?yàn)閇_2,2]，增量控制輸出量Au的論域 為[_2,2]。壓力模糊控制器的輸入輸出隸屬度函數(shù)都采用簡(jiǎn)單的三角隸屬函數(shù)，如圖2所 示。模糊子集都分成負(fù)大、負(fù)小、零、正小、正大五個(gè)等級(jí)，符號(hào)表示為：{NB，NS，ZE，PS，PB}。 表1蒸汽壓力的模糊規(guī)則所述負(fù)荷前饋模糊控制，其特征在于，根據(jù)工業(yè)鍋爐過(guò)程特性，模糊前饋控制器有兩個(gè) 輸入量，一個(gè)輸出量。輸入1:集氣缸蒸汽壓力模糊控制輸出A u，輸入2:當(dāng)前負(fù)荷需求增量 A Fb，兩個(gè)變量共同決定前饋爐排轉(zhuǎn)速增量△ uf變化的大小。 負(fù)荷前饋模糊控制器的輸入量A u和△ Fb的論域?yàn)閇_2,2]，它們的模糊子集均由5個(gè)語(yǔ) 言變量值組成，即{負(fù)大，負(fù)小，零，正小，正大}，一般用英文縮寫為{NB，NS，ZE，PS，PB}。增量 控制輸出量Uf的論域?yàn)閇_3，3]，模糊子集均由7個(gè)語(yǔ)言變量值組成，即{負(fù)大，負(fù)中，負(fù)小， 零，正小，正中，正大}，一般用英文縮寫為{NB，匪，NS，ZE，PS，PM，PB}。模糊前饋控制器的輸 入輸出隸屬度函數(shù)都采用簡(jiǎn)單的三角隸屬函數(shù)。 表2負(fù)荷前饋模糊控制規(guī)則表1、表2的25條模糊控制的控制規(guī)則都是由實(shí)際工程經(jīng)驗(yàn)總結(jié)而來(lái)的。爐排轉(zhuǎn)速最后 輸出： Uf,k = Uf,k-i+ a Uf (6) 〇3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的余熱鍋爐與工業(yè)鍋爐聯(lián)合發(fā)電系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)優(yōu)化方法與系統(tǒng)， 其特征在于，整個(gè)系統(tǒng)運(yùn)行步驟如下： Stepl:根據(jù)多目標(biāo)優(yōu)化的算法得到各個(gè)參數(shù)優(yōu)化設(shè)定值； Step2:根據(jù)預(yù)測(cè)模型公式(4)得到余熱鍋爐的負(fù)荷增量； Step3:根據(jù)發(fā)電蒸汽負(fù)荷需求公式(5)確定工業(yè)鍋爐的負(fù)荷增量； Step4:由主蒸汽壓力模糊控制和負(fù)荷前饋模糊控制得到爐排最后轉(zhuǎn)速輸出（公式(6)) 對(duì)工業(yè)鍋爐進(jìn)行調(diào)節(jié)； Step5:返回step2 〇4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的余熱鍋爐與工業(yè)鍋爐聯(lián)合發(fā)電系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)優(yōu)化方法與系統(tǒng)， 其特征在于，余熱鍋爐與工業(yè)鍋爐發(fā)電協(xié)調(diào)優(yōu)化運(yùn)行管理控制系統(tǒng)主要由工業(yè)鍋爐控制子 系統(tǒng)、余熱鍋爐控制子系統(tǒng)、透平發(fā)電控制子系統(tǒng)和優(yōu)化管理系統(tǒng)組成。余熱鍋爐、工業(yè)鍋 爐以及透平發(fā)電控制子系統(tǒng)所采用的集散控制系統(tǒng)不同，采用采用三層網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu):現(xiàn)場(chǎng)儀 表和執(zhí)行器通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)總線與各自的PLC、DCS控制相連；各PLC、DCS監(jiān)控站和控制器都裝有 OPC服務(wù)器軟件，通過(guò)OPC和工業(yè)以太網(wǎng)與優(yōu)化管理系統(tǒng)和公司資源管理ERP/MES進(jìn)行互聯(lián)， 實(shí)現(xiàn)整個(gè)系統(tǒng)信息透明訪問(wèn)與廠級(jí)資源管理ERP/MES的信息共享。5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的余熱鍋爐與工業(yè)鍋爐聯(lián)合發(fā)電系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)優(yōu)化方法與系統(tǒng)， 其特征在于，優(yōu)化管理系統(tǒng)集成集成VB語(yǔ)言、數(shù)據(jù)庫(kù)、智能控制算法和OPC技術(shù)，從整個(gè)發(fā)電 廠的角度進(jìn)行在線性能計(jì)算和能損偏差分，計(jì)算出各系統(tǒng)級(jí)性能指標(biāo)和考核指標(biāo)的實(shí)時(shí) 值，同時(shí)計(jì)算單元機(jī)組在各種工況下的理想目標(biāo)值，尋找使能耗、發(fā)電量、設(shè)備安全達(dá)到綜 合最優(yōu)的工藝參數(shù)設(shè)優(yōu)化定值。
【文檔編號(hào)】G05B19/418GK105955210SQ201610281543
【公開(kāi)日】2016年9月21日
【申請(qǐng)日】2016年4月29日
【發(fā)明人】秦斌, 王欣
【申請(qǐng)人】湖南工業(yè)大學(xué)