一种用于脱硝控制的信息物理融合系统及其控制方法技术方案

本发明专利技术公开一种用于脱硝控制的信息物理融合系统及其控制方法，所述系统包括预测模型变量选取模块、氮氧化物预测计算模块和控制模块；所述方法包括：步骤1：所述DCS系统将火电厂现场的氮氧化物含量数据实时发送给预测模型变量选取模块；步骤2：所述氮氧化物预测计算模块先使用预测模型变量选取模块中计算出各个变量之间的时滞；步骤3：所述DCS系统根据所述SCR脱硝系统入口、出口氮氧化物含量实现对脱硝系统的控制。本发明专利技术能够克服NOx含量测量速度慢，无法及时提供给脱硝系统反馈信息，导致难以控制的问题。

【技术实现步骤摘要】
一种用于脱硝控制的信息物理融合系统及其控制方法
本专利技术涉及脱硝控制
，具体来说，涉及一种用于脱硝控制的信息物理融合系统及其控制方法。
技术介绍
随着中国对环境污染和节能的日益关注，燃煤的清洁与高效利用已成为一个重要问题，中国对于燃煤机组NOx的排放浓度限制极其严格为50mg/m3,远高于美国的135mg/m3和欧盟的200mg/m3，因此对燃煤机组进行NOx的快速精确排放控制十分重要，快速精确排放控制的基础是快速、精确的测量，为控制系统提供有效的反馈，目前广泛使用的烟气自动监护系统(CEMS)中存在许多不足，CEMS需要定期离线维护，成本较高，所需测量时间较长，而且实际运行中不能持续测量，因此难以准确的实现对NOx排放浓度的精确控制。近年来，随着工业4.0的推进，信息物理系统(CPS)逐渐应用于各个领域。信息物理系统是集通信、计算、控制于一体的新型控制系统，它的优势在于可以将智能计算和传统控制结合，克服传统控制的不足，基于如上契机，本专利技术提供一种用于脱硝控制的信息物理融合系统及其控制方法。
技术实现思路
本专利技术提供一种用于脱硝控制的信息物理融合系统及其控制方法，能够克服NOx含量测量速度慢，无法及时提供给脱硝系统反馈信息，导致难以控制的问题。为达到上述目的，本专利技术采用以下技术方案：一种用于脱硝控制的信息物理融合系统，包括预测模型变量选取模块、氮氧化物预测计算模块和控制模块：所述预测模型变量选取模块能够接收火电厂现场的实时数据并能够计算出电场测点的变量之间的时滞；所述氮氧化物预测计算模块能够使所述变量的时滞信息统一并能够对氮氧化物的含量进行预测；所述控制模块用于控制SCR脱硝系统；通信模块，所述预测模型变量选取模块和所述氮氧化物预测计算模块通过所述通信模块连接于所述控制模块，所述预测模型变量选取模块还连接于所述氮氧化物预测计算模块。进一步地，所述控制模块为DCS系统。进一步地，所述预测模型变量选取模块包括历史数据存储模块、变量选取计算模块、变量时滞计算模块，其中，所述历史数据存储模块连接于所述变量选取计算模块，所述变量选取计算模块连接于所述变量时滞计算模块。进一步地，所述氮氧化物预测计算模块包括变量时滞统一模块、机器学习预测模块，其中，所述变量时滞统一模块连接于所述机器学习预测模块。本专利技术还提供一种用于脱硝控制的信息物理融合系统的控制方法，包括如下步骤：步骤1：所述DCS系统将火电厂现场的氮氧化物含量数据实时发送给预测模型变量选取模块、并储存到历史数据储存模块中，通过变量选取计算模块使用历史数据计算并选择出能够作为预测模块的输入并有效输出的变量以供后续的预测、通过变量时滞计算模块使用历史数据计算出各个变量之间的时滞以供后续的时滞统一；步骤2：所述氮氧化物预测计算模块先使用预测模型变量选取模块中计算出各个变量之间的时滞，通过变量时滞统一模块统一时滞，之后使用预测模型变量选取模块中计算并选择出变量，通过机器学习预测模块进行预测，最后将预测得到的SCR脱硝系统入口、出口氮氧化物含量发送给控制模块；步骤3：所述DCS系统根据所述SCR脱硝系统入口、出口氮氧化物含量实现对脱硝系统的控制。进一步地，步骤1中，首先将DCS发送过来的变量进行二值化其中，xi是i时刻的原始变量的值，|xi-xi-1|为绝对值，δ为可变参数，是二值化之后j时刻的值，根据公式(1)可将原始值二值化；将变量两两配对，计算之间的因果效应，定义一个变量为x，一个为y；为查找变量之间的时滞关系，设计了参数τ；其中，为第n个，其参数为k的新数组，为第n个，其参数为l的新数组；本专利技术考虑到系统的非马可夫性质，将这对变量做如下改变：为或逻辑，意思是如果数组从i到n中有1，则全部为1，如果没有1，全部为0，之后计算这对变量之间的其中，为参数为k，l时，从变量y到x的因果关系，Σ为求和号，为xn,的联合密度函数，是条件概率密度函数，条件为已知，是条件概率密度函数，条件为已知；同样的，从变量x到y的因果关系为：根据公式(2)可知，随着参数τ的变化而变化，通过改变τ分别寻找和最大的数值，作为变量之间的传递关系CY→X、CX→Y；接下来，筛选合适的辅助变量；记被预测的变量为Y，DCS中其他变量为X1，X2，……，Xn，其中，n为其他变量的数量；根据之前的描述两两求取传递关系，构成传递函数初始矩阵：根据之前的描述两两求取传递关系，构成被预测变量的传递函数初始向量：通过如下公式迭代至收敛最终得到其他变量的选取指数选取前10的变量作为辅助变量。与现有技术相比，本专利技术的优越效果在于：本专利技术所述的用于脱硝控制的信息物理融合系统及其控制方法，通过预测模型变量选取模块、氮氧化物预测计算模块和控制模块的配合设置，实现脱硝系统的数字化，能够实时的将NOx含量提供预测值矫正；通过得到的预测值提供给控制系统，实现高度自动化的控制系统，大大减少工作人员的操作，还能够适用不同的工况。附图说明图1是本专利技术实施例中的所述用于脱硝控制的信息物理融合系统结构示意图。具体实施方式为了能够更清楚地理解本专利技术的上述目的、特征和优点，下面结合附图和具体实施方式对本专利技术进行进一步的详细描述，需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请的实施例及实施例中的特征可以相互组合。实施例如图1所示，一种用于脱硝控制的信息物理融合系统，包括预测模型变量选取模块、氮氧化物预测计算模块和控制模块：所述预测模型变量选取模块能够接收火电厂现场的实时数据并能够计算出电场测点的变量之间的时滞，其中，所述预测模型变量选取模块包括历史数据存储模块、变量选取计算模块、变量时滞计算模块，其中，所述历史数据存储模块连接于所述变量选取计算模块，所述变量选取计算模块连接于所述变量时滞计算模块，所述电场测点的变量包括SCR反应器喷氨量和一次风量；所述氮氧化物预测计算模块能够使所述变量的时滞信息统一并能够对氮氧化物的含量进行预测，其中，所述氮氧化物预测计算模块包括变量时滞统一模块、机器学习预测模块，其中，所述变量时滞统一模块连接于所述机器学习预测模块；所述控制模块用于控制SCR脱硝系统，所述SCR脱硝系统用于把烟气中的NOx通过催化剂转化成对人体没有危害的N2和H2O，其中，所述控制模块为DCS系统，所述DCS系统由过程控制级和过程监控级组成的以通信网络为纽带的多级计算机系统，综合了计算机，通信、显示和控制等技术，其核心思想是分散控制、集中操作、分级管理、配置灵活及组态方便；通信模块，所述预测模型变量选取模块和所述氮氧化物预测计算模块通过所述通信模块连接于所述控制模块，所述预测模型变量选取模块还连接于所述氮氧化物预测计算模块。本专利技术中用于脱硝控制的信息物理融合系统的控制方法包括如下步骤：步骤1：所述DCS系统将火电厂现场的氮氧化物含量数据实时发送给预测模型变量选取模块、并储存到历史数据储存模块中，通过变量选取计算模块使用历史数据计算并选择出能够作为预测模块的输入并有效输出的变量以供后续的预测、通过变量时滞计算模块使用历史数据计算出各个变量之间的时滞以供后续的时滞统一；步骤2：所述氮氧化物预测计算模块先使用预测模型变量选取模块中计算出各个变量之间的时滞，通过变量时滞统一模块统一时滞，之后使用预测模型变量选取模块中计算并选择出合适的变量，通过本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于脱硝控制的信息物理融合系统，包括预测模型变量选取模块、氮氧化物预测计算模块和控制模块，其特征在于：所述预测模型变量选取模块能够接收火电厂现场的实时数据并能够计算出电场测点的变量之间的时滞；所述氮氧化物预测计算模块能够使所述变量的时滞信息统一并能够对氮氧化物的含量进行预测；所述控制模块用于控制SCR脱硝系统；通信模块，所述预测模型变量选取模块和所述氮氧化物预测计算模块通过所述通信模块连接于所述控制模块，所述预测模型变量选取模块还连接于所述氮氧化物预测计算模块。

【技术特征摘要】
1.一种用于脱硝控制的信息物理融合系统，包括预测模型变量选取模块、氮氧化物预测计算模块和控制模块，其特征在于：所述预测模型变量选取模块能够接收火电厂现场的实时数据并能够计算出电场测点的变量之间的时滞；所述氮氧化物预测计算模块能够使所述变量的时滞信息统一并能够对氮氧化物的含量进行预测；所述控制模块用于控制SCR脱硝系统；通信模块，所述预测模型变量选取模块和所述氮氧化物预测计算模块通过所述通信模块连接于所述控制模块，所述预测模型变量选取模块还连接于所述氮氧化物预测计算模块。2.根据权利要求1所述的用于脱硝控制的信息物理融合系统，其特征在于，所述控制模块为DCS系统。3.根据权利要求1所述的用于脱硝控制的信息物理融合系统，其特征在于，所述预测模型变量选取模块包括历史数据存储模块、变量选取计算模块、变量时滞计算模块，其中，所述历史数据存储模块连接于所述变量选取计算模块，所述变量选取计算模块连接于所述变量时滞计算模块。4.根据权利要求1所述的用于脱硝控制的信息物理融合系统，其特征在于，所述氮氧化物预测计算模块包括变量时滞统一模块、机器学习预测模块，其中，所述变量时滞统一模块连接于所述机器学习预测模块。5.一种用于脱硝控制的信息物理融合系统的控制方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤1：所述DCS系统将火电厂现场的氮氧化物含量数据实时发送给预测模型变量选取模块、并储存到历史数据储存模块中，通过变量选取计算模块使用历史数据计算并选择出能够作为预测模块的输入并有效输出的变量以供后续的预测、通过变量时滞计算模块使用历史数据计算出各个变量之间的时滞以供后续的时滞统一；步骤2：所述氮氧化物预测计算模块先使用预测模型变量选取模块中计算出各个变量...

【专利技术属性】
技术研发人员：金秀章，左梓诺，翟永杰，赵文杰，仝卫国，丁续达，李奕颖，景昊，李京，
申请(专利权)人：华北电力大学保定，
类型：发明
国别省市：河北,13