一种基于专家模糊的脱硝系统分层优化自适应智能控制方法技术方案

本发明专利技术属于火电厂脱硝系统NOX脱除自动控制技术领域，解决了脱硝系统长期以来不能实现自动控制以及经济运行的问题。针对火电厂脱硝系统被控对象具有大迟延、大惯性等特点，以及多种干扰因素导致所建模型准确度无法保证的问题，设计了一种基于专家模糊的脱硝系统分层优化自适应智能控制方法。该控制方法包括的主要步骤有：数据的预处理、基于专家经验的区间控制、基于专家经验的稳态优化、基于解耦规则的前馈控制、基于专家经验的动态叠加、基于模糊的还原剂低限/高限保护、基于专家经验的还原剂低限保护自适应控制、基于模糊的被控量NOX快速保护。该控制方法与DCS系统相结合实现了火电厂脱硝系统的稳定及经济运行。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于火电厂脱硝系统NOX脱除自动控制方法
，具体涉及一种基于专家模糊的脱硝系统分层优化自适应智能控制方法。
技术介绍
在国内外，大多学者对大型火力发电机组脱硝系统的相关研究主要集中在氮氧化物控制机理和工艺的研究上，还有少部分学者对火力发电机组脱硝系统控制的研究集中在控制方法的设计和仿真，但是在设计时并没有考虑到实际运行中的各种复杂多变的因素，从而所设计的控制方法不适用于现场实施。加之火力发电机组脱硝系统脱除过程的大迟延、大惯性、多因素耦合等特性常规控制方法无法满足其控制要求，而一些先进控制因不能建立较准确的模型等问题也很难在现场实际中实施，因此加大了在生产现场实现脱硝系统自动控制的难度,导致了现有的火力发电机组脱硝系统多为运行人员手动进行调节，而手动调节带来的问题为一是运行人员工作量大，同时NOX也容易超环保指标，二是还原剂消耗量大，与此同时氨逃逸量也大。
技术实现思路
本专利技术的目的是解决现有火电厂脱硝系统NOX脱除自动控制方法存在无法满足控制要求的技术问题，提供一种基于专家模糊的脱硝系统分层优化自适应智能控制方法。为解决上述技术问题，本专利技术采用的技术方案为：一种基于专家模糊的脱硝系统分层优化自适应智能控制方法，包括以下步骤：1)数据的预处理：将生产现场测量回来的带有随机扰动的被控量NOX、负荷、氧量、煤粉炉炉膛温度、循环流化床锅炉石灰石的测量值及其微分进行滤波处理，来消除干扰对控制的影响；2)基于专家经验的区间控制：设定一个区域范围或者死区范围，忽略被控量NOX在区域范围或者死区范围内的变化，增强鲁棒性：当被控量NOX测量值在所设定区域范围或者死区范围内时，则还原剂设定值不进行调整，当被控量NOX测量值不在所设定区域范围或者死区范围内时，还原剂设定值则按偏离区域的程度采取相应的专家算法来进行调整；3)基于专家经验的稳态优化：如果被控量NOX在所设定区域范围或者死区范围内且NOX设定值大于NOX测量值时，对还原剂设定值进行微调，进一步减少还原剂消耗量，被控量NOX测量值在所设定区域范围或者死区范围内的条件下，最终使被控量NOX设定值小于NOX测量值；4)基于解耦规则的前馈控制：当负荷、氧量、煤粉炉炉膛温度或循环流化床锅炉石灰石的任一项或几项测量值发生变化时，通过专家经验算法得到所需的还原剂量，提前喷入还原剂进行超前调节，从而抑制被控制量NOX的升高或降低；当负荷测量值变化时，氧量、煤粉炉炉膛温度、循环流化床锅炉石灰石量的测量值也随之发生变化，针对彼此之间的耦合关系，对其进行了解耦；5)基于专家经验的动态叠加：将步骤2)、3)、4)中每次脉冲信号发出后触发的还原剂计算值在原来还原剂设定值动态平衡的基础上进行一次叠加，最后得到还原剂的设定值；6)基于模糊的还原剂低限/高限保护：在步骤5)的基础上，选取负荷和氧量信号作为模糊输入，根据历史数据以及运行人员的经验分别建立了模糊规则，根据输入的数值、模糊规则库分别计算出还原剂的低限值和还原剂的高限值；7)基于专家经验的还原剂低限保护自适应控制：在步骤6)的基础上，当还原剂量为当前工况下对应还原剂的的低限值且被控量NOX设定值大于被控量NOX测量值5mg/Nm3以上时，经过一段时间的判断，如果这种情况一直没有变化，则此时在还原剂低限值的基础上进一步减少还原剂量，然后再进行判断，直到被控量NOX测量值大于被控量NOX设定值2mg/Nm3以上时，逐步恢复到原来的还原剂的低限值；8)基于模糊的被控量NOX快速保护：当被控量NOX超过设定的上限值时，将步骤6)的程序出口自动切换至基于模糊的被控量NOX快速保护方法，取被控量NOX测量值和被控量NOX变化率作为模糊块的输入，根据历史数据以及运行人员的经验建立模糊规则，根据输入的大小来计算出NOX所需的还原剂保护量。本专利技术采用以上技术方案，与
技术介绍
相比，本专利技术具有以下优点：1)作为一种经过实践检验的智能控制方法，解决了火力发电机组脱硝系统不能实现自动控制的问题，弥补了火电厂在脱硝系统自动控制方面的空白；2)解决了因NOX突然大幅升高而出现环保数据超标的问题，使NOX排放得到了有效控制；3)不仅减少了运行人员的工作量，而且减少了还原剂消耗量，同时氨逃逸大幅下降，即提高了经济性，又减少了氨逃逸带来的环保问题，为火电厂的节能降耗的做出了贡献。附图说明附图是本专利技术的控制流程图。具体实施方式如附图所示，本实施例中的一种基于专家模糊的脱硝系统分层优化自适应智能控制方法，包括以下步骤：1)数据的预处理：由于现场测量回来的数据往往带有随机的扰动，可以通过滤波来消除干扰对控制的影响，考虑到控制方法中需要用到的测量信号，选取了将生产现场测量回来的带有随机扰动的被控量NOX、负荷、氧量、煤粉炉炉膛温度、循环流化床锅炉石灰石的测量值及其微分进行滤波处理，来消除干扰对控制的影响；实际组态中可以通过调节微分时间或加入惯性环节实现滤波，同时需要设置合适的参数，将随机扰动导致的数值变化与NOX、负荷和氧量等是否确实发生变化区分出来；在数据处理时，对参数进行调整，将NOX、负荷和氧量等随机干扰导致的变化率限制在±0.1之内，即±0.1之内时认为是随机干扰导致的波动，超过±0.1时，认为NOX、负荷和氧量等确实发生了变化；2)基于专家经验的区间控制：设定一个区域范围或者死区范围，忽略被控量NOX在区域范围或者死区范围内的变化，增强鲁棒性：当被控量NOX测量值在所设定区域范围或者死区范围内时，则还原剂设定值不进行调整，当被控量NOX测量值不在所设定区域范围或者死区范围内时，还原剂设定值则按偏离区域的程度采取相应的专家算法来进行调整：①当被控量NOX超过所设区域范围或者死区范围时，还原剂调节量的多少按照一定的专家经验算法确定，具体计算方法如下：ΔY＝K1X1+K2X2+K3X3+K4X4 (1)其中，ΔY-控制器的叠加值，X1-负荷，X2-氧量，X3-NOX偏差，X4-NOX变化率，K1，K2，K3，K4-权重，根据负荷、氧量、NOX偏差值、NOX变化率的变化来决定增减控制器指令的多少；②当被控量NOX超过区域范围或者死区范围时，将会判断是否应该进行控制量的增减，具体判断方法如下：当被控量NOX变化率大于-0.1且NOX偏差大于正死区时进行指令的累加，当NOX变化率小于0.1且NOX偏差小于负死区时进行指令的递减；当满足这些增减条件时，将会发一个扫描周期的脉冲来增减由式(1)计算得到的还原剂量，给其喷入的还原剂一定的反应时间，经过一段时间反应后再次进行判定来决定是否增减还原剂量；3)基于专家经验的稳态优化：为了使还原剂消耗量较少，在到达NOX设定区间的情况下，进一步对还原剂消耗量进行优化，如果被控量NOX在所设定区域范围或者死区范围内且NOX设定值大于NOX测量值时，对还原剂设定值进行微调，进一步减少还原剂消耗量，被控量NOX测量值在所设定区域范围或者死区范围内的条件下，最终使被控量NOX设定值小于NOX测量值时停止调节；具体调节规则如下：①将负荷经函数F(x)折算成所需要的还原剂量；②当NOX实测值在所设定区域范围或者死区范围内时，并且NOX没有上升趋势即NOX变化率小于0.1时，则经过判断减少由式(1)计算得到的还原剂本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于专家模糊的脱硝系统分层优化自适应智能控制方法，其特征在于：包括以下步骤：1)数据的预处理：将生产现场测量回来的带有随机扰动的被控量NOX、负荷、氧量、煤粉炉炉膛温度、循环流化床锅炉石灰石的测量值及其微分进行滤波处理，来消除干扰对控制的影响；2)基于专家经验的区间控制：设定一个区域范围或者死区范围，忽略被控量NOX在区域范围或者死区范围内的变化，增强鲁棒性：当被控量NOX测量值在所设定区域范围或者死区范围内时，则还原剂设定值不进行调整，当被控量NOX测量值不在所设定区域范围或者死区范围内时，还原剂设定值则按偏离区域的程度采取相应的专家算法来进行调整；3)基于专家经验的稳态优化：如果被控量NOX在所设定区域范围或者死区范围内且NOX设定值大于NOX测量值时，对还原剂设定值进行微调，进一步减少还原剂消耗量，被控量NOX测量值在所设定区域范围或者死区范围内的条件下，最终使被控量NOX设定值小于NOX测量值；4)基于解耦规则的前馈控制：当负荷、氧量、煤粉炉炉膛温度或循环流化床锅炉石灰石的任一项或几项测量值发生变化时，通过专家经验算法得到所需的还原剂量，提前喷入还原剂进行超前调节，从而抑制被控制量NOX的升高或降低；当负荷测量值变化时，氧量、煤粉炉炉膛温度、循环流化床锅炉石灰石量的测量值也随之发生变化，针对彼此之间的耦合关系，对其进行了解耦；5)基于专家经验的动态叠加：将步骤2)、3)、4)中每次脉冲信号发出后触发的还原剂计算值在原来还原剂设定值动态平衡的基础上进行一次叠加，最后得到还原剂的设定值；6)基于模糊的还原剂低限/高限保护：在步骤5)的基础上，选取负荷和氧量信号作为模糊输入，根据历史数据以及运行人员的经验分别建立了模糊规则，根据输入的数值、模糊规则库分别计算出还原剂的低限值和还原剂的高限值；7)基于专家经验的还原剂低限保护自适应控制：在步骤6)的基础上，当还原剂量为当前工况下对应还原剂的的低限值且被控量NOX设定值大于被控量NOX测量值5mg/Nm3以上时，经过一段时间的判断，如果这种情况一直没有变化，则此时在还原剂低限值的基础上进一步减少还原剂量，然后再进行判断，直到被控量NOX测量值大于被控量NOX设定值2mg/Nm3以上时，逐步恢复到原来的还原剂的低限值；8)基于模糊的被控量NOX快速保护：当被控量NOX超过设定的上限值时，将步骤6)的程序出口自动切换至基于模糊的被控量NOX快速保护方法，取被控量NOX测量值和被控量NOX变化率作为模糊块的输入，根据历史数据以及运行人员的经验建立模糊规则，根据输入的大小来计算出NOX所需的还原剂保护量。...

【技术特征摘要】
1.一种基于专家模糊的脱硝系统分层优化自适应智能控制方法，其特征在于：包括以下步骤：1)数据的预处理：将生产现场测量回来的带有随机扰动的被控量NOX、负荷、氧量、煤粉炉炉膛温度、循环流化床锅炉石灰石的测量值及其微分进行滤波处理，来消除干扰对控制的影响；2)基于专家经验的区间控制：设定一个区域范围或者死区范围，忽略被控量NOX在区域范围或者死区范围内的变化，增强鲁棒性：当被控量NOX测量值在所设定区域范围或者死区范围内时，则还原剂设定值不进行调整，当被控量NOX测量值不在所设定区域范围或者死区范围内时，还原剂设定值则按偏离区域的程度采取相应的专家算法来进行调整；3)基于专家经验的稳态优化：如果被控量NOX在所设定区域范围或者死区范围内且NOX设定值大于NOX测量值时，对还原剂设定值进行微调，进一步减少还原剂消耗量，被控量NOX测量值在所设定区域范围或者死区范围内的条件下，最终使被控量NOX设定值小于NOX测量值；4)基于解耦规则的前馈控制：当负荷、氧量、煤粉炉炉膛温度或循环流化床锅炉石灰石的任一项或几项测量值发生变化时，通过专家经验算法得到所需的还原剂量，提前喷入还原剂进行超前调节，从而抑制被控制量NOX的升高或降低；当负荷测量值变化时，氧量、煤粉炉炉膛温度、循环流化床锅炉石灰石量的...

【专利技术属性】
技术研发人员：白建云，朱竹军，
申请(专利权)人：山西大学，山西平朔煤矸石发电有限责任公司，
类型：发明
国别省市：山西;14