專利名稱：閉環(huán)燃燒優(yōu)化控制系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及火力發(fā)電廠燃煤鍋爐的優(yōu)化控制系統(tǒng)，尤其是涉及一種 閉環(huán)燃燒優(yōu)化控制系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
電站煤粉鍋爐的燃燒問題涉及到風(fēng)煤比、磨煤機(jī)組合方式、燃燒器擺角 等數(shù)十個控制參數(shù)，且隨時受到煤質(zhì)、環(huán)境溫度、設(shè)備性能等邊界條件變化 的影響，是一個復(fù)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(zhì)變化頻繁，進(jìn)一步增大了燃燒優(yōu)化控制的難度和必 要性。傳統(tǒng)的燃燒調(diào)整優(yōu)化試驗(yàn)和基于專家經(jīng)驗(yàn)的優(yōu)化系統(tǒng)，僅僅憑借有限 的試驗(yàn)數(shù)據(jù)和歷史經(jīng)驗(yàn)，已經(jīng)越來越無法滿足燃煤鍋爐燃燒優(yōu)化控制的要 求。因此，必須借助先進(jìn)的數(shù)學(xué)手段和計(jì)算機(jī)軟、硬件技術(shù)來代替?zhèn)鹘y(tǒng)的經(jīng) 驗(yàn)調(diào)整。隨著計(jì)算機(jī)軟硬件技術(shù)和自動控制技術(shù)的快速發(fā)展，以及各種先進(jìn)的機(jī) 器學(xué)習(xí)算法、參數(shù)尋優(yōu)算法等人工智能技術(shù)的不斷完善，研究與開發(fā)具有自 學(xué)習(xí)能力、能夠適應(yīng)煤質(zhì)等邊界條件頻繁變化的閉環(huán)燃燒優(yōu)化系統(tǒng)已成為可 能。實(shí)用新型內(nèi)容本實(shí)用新型的目的是提供一種閉環(huán)燃燒優(yōu)化控制系統(tǒng)，將燃燒控制由 傳統(tǒng)的經(jīng)驗(yàn)控制變?yōu)閷?shí)時精確人工智能控制，可綜合實(shí)現(xiàn)提高鍋爐效率、降 低NOX排放濃度以及協(xié)調(diào)汽溫控制等優(yōu)化目標(biāo)，且能夠自適應(yīng)煤質(zhì)和環(huán)境 等其他邊界條件的變化，保持鍋爐長期穩(wěn)定運(yùn)行在最佳狀態(tài)下，實(shí)現(xiàn)真正意 義上的實(shí)時燃燒優(yōu)化。本實(shí)用新型的技術(shù)方案是 一種閉環(huán)燃燒優(yōu)化控制系統(tǒng)，它包括有分布 式控制系統(tǒng)、數(shù)據(jù)校驗(yàn)與重構(gòu)單元、數(shù)據(jù)歸一化處理單元、燃燒優(yōu)化單元所 構(gòu)成的閉環(huán)系統(tǒng)；所述分布式控制系統(tǒng)連接用以對原始運(yùn)行數(shù)據(jù)進(jìn)行可靠性校驗(yàn)的數(shù)據(jù)校驗(yàn)與重構(gòu)單元，數(shù)據(jù)校驗(yàn)與重構(gòu)單元連接用以將經(jīng)可靠性校驗(yàn) 的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化成燃燒優(yōu)化單元能夠識別的形式的數(shù)據(jù)歸一化處理單元，數(shù)據(jù)歸 一化處理單元連接用以將歸一化處理后的運(yùn)行數(shù)據(jù)輸入燃燒優(yōu)化模型，得出 優(yōu)化結(jié)果的燃燒優(yōu)化單元，燃燒優(yōu)化單元連接分布式控制系統(tǒng)，用以將所述 優(yōu)化結(jié)果以控制參數(shù)的偏置的形式返回到分布式控制系統(tǒng)。它還包括有為適應(yīng)設(shè)備老化、外部環(huán)境和煤質(zhì)變化而實(shí)現(xiàn)燃燒優(yōu)化模型 在線更新的輔助線程系統(tǒng)。所述輔助線程系統(tǒng)包括有與所述分布式控制系統(tǒng)連接的用以判斷機(jī)組 運(yùn)行狀態(tài)是否穩(wěn)定的機(jī)組運(yùn)行狀態(tài)判斷單元，機(jī)組運(yùn)行狀態(tài)判斷單元連接數(shù) 據(jù)校驗(yàn)與重構(gòu)單元，數(shù)據(jù)校驗(yàn)與重構(gòu)單元連接數(shù)據(jù)歸一化處理單元，數(shù)據(jù)歸 一化處理單元連接用以將歸一化處理后的新樣本替代樣本庫中距離當(dāng)前時 間最久遠(yuǎn)的樣本，實(shí)現(xiàn)樣本庫更新的樣本庫更新單元，樣本庫更新單元連接 依據(jù)所述新樣本庫訓(xùn)練出的用以替換燃燒優(yōu)化單元中原有優(yōu)化模型的新優(yōu) 化模型的模型在線訓(xùn)練單元，模型在線訓(xùn)練單元連接燃燒優(yōu)化單元。上述涉及的一些結(jié)構(gòu)單元的進(jìn)一步說明-分布式控制系統(tǒng)， 一種設(shè)備自動運(yùn)行控制系統(tǒng)，是目前火力發(fā)電廠的標(biāo) 準(zhǔn)配置。數(shù)據(jù)校驗(yàn)與重構(gòu)單元，負(fù)責(zé)原始運(yùn)行數(shù)據(jù)的可靠性校驗(yàn)。對于錯誤數(shù)據(jù)， 不重要的舍棄，重要的依據(jù)參數(shù)的時序性、關(guān)聯(lián)性等重構(gòu)。數(shù)據(jù)歸一化處理單元，將運(yùn)行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化成燃燒優(yōu)化單元能夠識別的形式。燃燒優(yōu)化單元，將歸一化處理后的運(yùn)行數(shù)據(jù)送入到燃燒優(yōu)化模型，得出 優(yōu)化結(jié)果，優(yōu)化結(jié)果以"控制參數(shù)的偏置"的形式，返回到分布式控制系統(tǒng)。機(jī)組運(yùn)行狀態(tài)判斷單元，通過一段時間內(nèi)(如30分鐘)發(fā)電機(jī)有功功 率的變化率，判斷機(jī)組的運(yùn)行狀態(tài)(穩(wěn)定或不穩(wěn)定)。樣本庫更新單元，將歸一化處理后的一段時間(如30分鐘)運(yùn)行數(shù)據(jù) 的平均值(即一個新的樣本)存入樣本庫，并舍棄樣本庫中距離當(dāng)前時間最 久遠(yuǎn)的樣本，保持樣本總數(shù)量的不變，從而組成新的樣本庫，以用于模型在 線訓(xùn)練。模型在線訓(xùn)練單元，利用新的樣本庫對燃燒優(yōu)化模型進(jìn)行在線訓(xùn)練，得到最新的燃燒優(yōu)化模型。本實(shí)用新型的優(yōu)點(diǎn)是1. 本實(shí)用新型的閉環(huán)燃燒優(yōu)化控制系統(tǒng)，通過先進(jìn)的小生境遺傳算法 實(shí)現(xiàn)控制參數(shù)的優(yōu)化，將燃燒控制由傳統(tǒng)的經(jīng)驗(yàn)控制變?yōu)閷?shí)時精確人工智能 控制，可綜合實(shí)現(xiàn)提高鍋爐效率、降低NOx排放濃度以及協(xié)調(diào)汽溫控制等 優(yōu)化目標(biāo)，且能夠自適應(yīng)煤質(zhì)和環(huán)境等其他邊界條件的變化，保持鍋爐長期 穩(wěn)定運(yùn)行在最佳狀態(tài)下。2. 本實(shí)用新型的閉環(huán)燃燒優(yōu)化控制系統(tǒng)，采用了支持向量機(jī)(SVM， Support Vector Machine)作為建立鍋爐整體燃燒數(shù)學(xué)模型的工具，以高效 的小生境遺傳算法(GA， Genetic Algrithm)為參數(shù)尋優(yōu)工具，依據(jù)OPC、 TCP/IP、 Modubus等各種工業(yè)通訊協(xié)議，實(shí)現(xiàn)與DCS的雙向通訊，從而構(gòu) 建完整的燃煤鍋爐閉環(huán)燃燒優(yōu)化控制系統(tǒng)。


以下結(jié)合附圖和實(shí)施例對本實(shí)用新型作進(jìn)一步的描述-圖1為本實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)示意圖。其中1分布式控制系統(tǒng)；2數(shù)據(jù)校驗(yàn)與重構(gòu)單元；3數(shù)據(jù)歸一化處 理單元；4燃燒優(yōu)化單元；5機(jī)組運(yùn)行狀態(tài)判斷單元；6樣本庫更新單元； 7模型在線訓(xùn)練單元。
具體實(shí)施方式
實(shí)施例如圖l所示， 一種閉環(huán)燃燒優(yōu)化控制系統(tǒng)，它包括有分布式控 制系統(tǒng)l、數(shù)據(jù)校驗(yàn)與重構(gòu)單元2、數(shù)據(jù)歸一化處理單元3、燃燒優(yōu)化單元4 所構(gòu)成的閉環(huán)系統(tǒng)；以及還包括有為適應(yīng)設(shè)備老化、外部環(huán)境和煤質(zhì)變化而 實(shí)現(xiàn)燃燒優(yōu)化模型在線更新的輔助線程系統(tǒng)。分布式控制系統(tǒng)1連接用以對原始運(yùn)行數(shù)據(jù)進(jìn)行可靠性校驗(yàn)的數(shù)據(jù)校 驗(yàn)與重構(gòu)單元2;數(shù)據(jù)校驗(yàn)與重構(gòu)單元2連接用以將經(jīng)可靠性校驗(yàn)的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化成燃燒優(yōu)化單元能夠識別的形式的數(shù)據(jù)歸一化處理單元3;數(shù)據(jù)歸一化處理單元3連接用以將歸一化處理后的運(yùn)行數(shù)據(jù)輸入燃燒優(yōu)化模型，得出優(yōu)化結(jié)果的燃燒優(yōu)化單元4;燃燒優(yōu)化單元4將所述優(yōu)化結(jié)果以控制參數(shù)的偏置的形式，返回到分布式控制系統(tǒng)l。輔助線程系統(tǒng)包括有與所述分布式控制系統(tǒng)1連接的用以判斷機(jī)組運(yùn) 行狀態(tài)是否穩(wěn)定的機(jī)組運(yùn)行狀態(tài)判斷單元5,機(jī)組運(yùn)行狀態(tài)判斷單元5連接 數(shù)據(jù)校驗(yàn)與重構(gòu)單元2，數(shù)據(jù)校驗(yàn)與重構(gòu)單元2連接數(shù)據(jù)歸一化處理單元3， 數(shù)據(jù)歸一化處理單元3連接用以將歸一化處理后的新樣本替代樣本庫中距 離當(dāng)前時間最久遠(yuǎn)的樣本，實(shí)現(xiàn)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(jù)所述新樣本庫訓(xùn)練出的用以替換燃燒優(yōu)化單元中原有優(yōu) 化模型的新優(yōu)化模型的模型在線訓(xùn)練單元7，模型在線訓(xùn)練單元7連接燃燒 優(yōu)化單元4。本實(shí)施例的閉環(huán)燃燒優(yōu)化系統(tǒng)共有兩條線程。主線程的邏輯關(guān)系如圖1中實(shí)線所示。主線程每20秒進(jìn)行一次。首先， 從分布式控制系統(tǒng)1讀取"前20秒內(nèi)原始運(yùn)行數(shù)據(jù)的平均值"，經(jīng)過數(shù)據(jù)校 驗(yàn)與重構(gòu)單元2進(jìn)行數(shù)據(jù)的可靠性校驗(yàn)及重要錯誤數(shù)據(jù)重構(gòu)后，得到"可靠 的運(yùn)行數(shù)據(jù)"，然后將"可靠的運(yùn)行數(shù)據(jù)"送入數(shù)據(jù)歸一化處理單元3，輸 出燃燒優(yōu)化單元4能夠識別的數(shù)據(jù)，最終的優(yōu)化結(jié)果以"控制參數(shù)的偏置" 的形式返回到分布式控制系統(tǒng)1，通過分布式控制系統(tǒng)1自身的執(zhí)行機(jī)構(gòu)來 調(diào)節(jié)送、引風(fēng)機(jī)擋板開度、給煤機(jī)出力等參數(shù)，以實(shí)現(xiàn)燃煤鍋爐的閉環(huán)燃燒 優(yōu)化。輔助線程的邏輯關(guān)系如圖1中虛線所示。輔助線程的作用是實(shí)現(xiàn)燃燒優(yōu) 化模型的在線更新，以適應(yīng)設(shè)備老化、外部環(huán)境和煤質(zhì)的變化。本實(shí)施例中輔助線程每30分鐘進(jìn)行一次。來自分布式控制系統(tǒng)1的"前 30分鐘的原始運(yùn)行數(shù)據(jù)"序列首先進(jìn)入機(jī)組運(yùn)行狀態(tài)判斷單元5，判斷機(jī)組 當(dāng)時的運(yùn)行狀態(tài)。如果機(jī)組處于非穩(wěn)定運(yùn)行狀態(tài)，則退出輔助線程，等待下 一個周期的來臨(30分鐘以后)；如果機(jī)組處于穩(wěn)定運(yùn)行狀態(tài)，將"前30 分鐘原始運(yùn)行數(shù)據(jù)的平均值"經(jīng)數(shù)據(jù)校驗(yàn)與重構(gòu)單元2與數(shù)據(jù)歸一化處理單 元3處理后，送入樣本庫更新單元6，以替代樣本庫中距離當(dāng)前時間最久遠(yuǎn) 的樣本，實(shí)現(xiàn)樣本庫的更新。模型在線訓(xùn)練單元依據(jù)"新的樣本庫"，訓(xùn)練 出"新的優(yōu)化模型"，送入燃燒優(yōu)化單元4，替代原有的優(yōu)化模型，實(shí)現(xiàn)優(yōu) 化模型的在線學(xué)習(xí)與更新。輔助線程在燃燒優(yōu)化系統(tǒng)投用期間，按照固定的時間間隔對鍋爐運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行自動判別，當(dāng)主要參數(shù)的波動小于某個范圍，則認(rèn)為鍋爐處于穩(wěn)定運(yùn) 行階段，保存相關(guān)參數(shù)到數(shù)據(jù)庫中，作為新的樣本。當(dāng)新的樣本積累到一定 數(shù)量，系統(tǒng)自動使用新樣本對優(yōu)化模型進(jìn)行修正訓(xùn)練，使得系統(tǒng)能夠適應(yīng)煤 質(zhì)、環(huán)境、負(fù)荷等外部條件的變化，從而準(zhǔn)確映射輸入?yún)?shù)和輸出參數(shù)之間 的關(guān)系。應(yīng)當(dāng)指出，對于經(jīng)充分說明的本實(shí)用新型來說，還可具有多種變換及改 型的實(shí)施方案，并不局限于上述實(shí)施方式的具體實(shí)施例。上述實(shí)施例僅僅作 為本實(shí)用新型的說明，而不是對本實(shí)用新型的限制?？傊?，本實(shí)用新型的保 護(hù)范圍應(yīng)包括那些對于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來說顯而易見的變換或替代以 及改型。
權(quán)利要求1.一種閉環(huán)燃燒優(yōu)化控制系統(tǒng)，其特征在于它包括有分布式控制系統(tǒng)(1)、數(shù)據(jù)校驗(yàn)與重構(gòu)單元(2)、數(shù)據(jù)歸一化處理單元(3)、燃燒優(yōu)化單元(4)所構(gòu)成的閉環(huán)系統(tǒng)；所述分布式控制系統(tǒng)(1)連接用以對原始運(yùn)行數(shù)據(jù)進(jìn)行可靠性校驗(yàn)的數(shù)據(jù)校驗(yàn)與重構(gòu)單元(2)，數(shù)據(jù)校驗(yàn)與重構(gòu)單元(2)連接用以將經(jīng)可靠性校驗(yàn)的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化成燃燒優(yōu)化單元(4)能夠識別的形式的數(shù)據(jù)歸一化處理單元(3)，數(shù)據(jù)歸一化處理單元(3)連接用以將歸一化處理后的運(yùn)行數(shù)據(jù)輸入燃燒優(yōu)化模型，得出優(yōu)化結(jié)果的燃燒優(yōu)化單元(4)，燃燒優(yōu)化單元(4)連接分布式控制系統(tǒng)(1)。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的閉環(huán)燃燒優(yōu)化控制系統(tǒng)，其特征在于它還 包括有為適應(yīng)設(shè)備老化、外部環(huán)境和煤質(zhì)變化而實(shí)現(xiàn)燃燒優(yōu)化模型在線更新 的輔助線程系統(tǒng)。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的閉環(huán)燃燒優(yōu)化控制系統(tǒng)，其特征在于所述輔助線程系統(tǒng)包括有與所述分布式控制系統(tǒng)(1)連接的用以判斷機(jī)組運(yùn)行狀態(tài)是否穩(wěn)定的機(jī)組運(yùn)行狀態(tài)判斷單元(5)，機(jī)組運(yùn)行狀態(tài)判斷單元(5)連接數(shù)據(jù)校驗(yàn)與重構(gòu)單元(2)， 數(shù)據(jù)校驗(yàn)與重構(gòu)單元(2)連接數(shù)據(jù)歸一化處理單元(3)， 數(shù)據(jù)歸一化處理單元(3)連接用以將歸一化處理后的新樣本替代樣本庫中距離當(dāng)前時間最久遠(yuǎn)的樣本，實(shí)現(xiàn)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(jù)所述新樣本庫訓(xùn)練出的用以替換燃燒優(yōu)化單元中原有優(yōu)化模型的新優(yōu)化模型的模型在線訓(xùn)練單元(7)， 模型在線訓(xùn)練單元(7)連接燃燒優(yōu)化單元(4)。
專利摘要本實(shí)用新型公開一種閉環(huán)燃燒優(yōu)化控制系統(tǒng)，包括有分布式控制系統(tǒng)(1)，分布式控制系統(tǒng)(1)連接用以對原始運(yùn)行數(shù)據(jù)進(jìn)行可靠性校驗(yàn)的數(shù)據(jù)校驗(yàn)與重構(gòu)單元(2)，數(shù)據(jù)校驗(yàn)與重構(gòu)單元(2)連接用以將經(jīng)可靠性校驗(yàn)的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化成燃燒優(yōu)化單元能夠識別的形式的數(shù)據(jù)歸一化處理單元(3)，數(shù)據(jù)歸一化處理單元(3)連接用以將歸一化處理后的運(yùn)行數(shù)據(jù)輸入燃燒優(yōu)化模型，得出優(yōu)化結(jié)果的燃燒優(yōu)化單元(4)，燃燒優(yōu)化單元(4)將所述優(yōu)化結(jié)果以控制參數(shù)的偏置的形式，返回到分布式控制系統(tǒng)(1)。它還包括實(shí)現(xiàn)燃燒優(yōu)化模型在線更新的輔助線程系統(tǒng)。本實(shí)用新型將燃燒控制由傳統(tǒng)經(jīng)驗(yàn)控制變?yōu)閷?shí)時精確人工智能控制，保持鍋爐長期穩(wěn)定運(yùn)行在最佳狀態(tài)。
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(yōu)先權(quán)日2008年12月31日
發(fā)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(fā)電技術(shù)有限公司