一种火电厂氮氧化物浓度的控制方法技术

本发明专利技术提供了一种火电厂氮氧化物浓度的控制方法，具体包括：从现场DCS系统中采集#1机组运行数据并依次进行归一化处理、滤波处理及零初始值处理；利用IPSO算法分别辨识出SNCR脱硝控制系统在典型工况170MW和260MW下尿素溶液流量到氮氧化物排放浓度过程的传递函数模型；在电站现场原有单回路PID控制策略基础上，将自适应遗传算法与Smith预估补偿控制法相结合的方法(AGA

【技术实现步骤摘要】
一种火电厂氮氧化物浓度的控制方法


[0001]本专利技术涉及火力发电领域，特别涉及一种火电厂氮氧化物浓度的控制方法。

技术介绍

[0002]电站现场SNCR脱硝控制系统的尿素溶液流量调节回路受控设备为为尿素溶液母管电动调节阀，尿素溶液流量控制采取单回路闭环控制和查表相结合的方式，在表中可查询不同负荷或烟气量对应的尿素溶液的喷射量，将表中查到的值作为单回路闭环控制的前馈值，同时烟气在线监测系统测量得到的NO
x
浓度反馈值对喷入的尿素溶液流量做出修正。
[0003]现有的尿素流量调节控制策略没有考虑到被控对象的大迟延、大惯性等特性，控制效果易产生较大的超调，与此同时为了保证出口NO
x
浓度的实时达标，造成的直接后果是尿素溶液的喷射量过量，引起氨逃逸，逃逸的氨形成铵盐，吸附在锅炉尾部烟道，加剧设备的腐蚀，影响经济效益。因此如何有效地克服被控对象的大延迟及大惯性特性是控制SNCR脱硝控制系统中氮氧化物浓度的关键之处。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的在于克服现有技术中的不足，提供一种火电厂氮氧化物浓度的控制方法。
[0005]为实现上述目的，本专利技术是通过以下技术方案来实现：
[0006]一种火电厂氮氧化物浓度的控制方法，包括以下步骤：
[0007]步骤1：采集机组170MW和260MW工况下的尿素溶液流量x
i
与氮氧化物浓度y
i
数据；
[0008]步骤2：将尿素溶液流量x
i
与氮氧化物浓度y
i
数据依次进行归一化处理、滤波处理及零初始值处理；
[0009]步骤3：基于步骤2处理好的数据，利用IPSO算法对SNCR脱硝控制系统模型中的参数进行辨识，得到170MW和260MW工况下的从尿素溶液流量到氮氧化物浓度的传递函数模型；
[0010]步骤4：在单回路PID控制基础上，引入自适应遗传算法与Smith预估补偿控制法相结合的方法对步骤3得到的传递函数模型进行控制。
[0011]进一步，所述步骤2中归一化处理采用如下公式：
[0012][0013][0014]其中，x
i
为尿素溶液流量，x
min
、x
max
分别为尿素溶液流量的最小值和最大值，x
i1
为尿素溶液流量经归一化处理后得到的值；y
i
为氮氧化物浓度，y
min
、y
max
分别为氮氧化物浓度的最小值和最大值，y
i1
为氮氧化物浓度经归一化处理后得到的值；i＝1,2,3......1800。
[0015]所述步骤2中滤波处理采用如下公式：
[0016]x
i2
＝α1x
i1
+(1
‑
α)x
i1
′
[0017]其中，平滑系数α1∈[0,1]；x
i1
′
为x
i1
的预测值，x
i2
为尿素溶液流量经滤波处理后得到的值；y
i2
为氮氧化物浓度经滤波处理得到的值；i＝1,2,3......1800。
[0018]所述步骤2中零初始值处理采用如下公式：
[0019][0020]其中，x
i3
为尿素溶液流量经零初始值处理后得到的值；y
i3
为氮氧化物浓度经零初始值处理后处理后得到的值；i＝1,2,3......1800；N＝5。
[0021]进一步，所述步骤3中SNCR脱硝系统的模型为：
[0022][0023]其中，K为系统开环增益系数；T1.....T
n
为惯性时间常数；n为系统阶次；τ为纯滞后时间常数。
[0024]进一步，所述步骤3中IPSO算法对SNCR脱硝控制系统模型中参数进行辨识的具体过程为：
[0025]步骤3.1：IPSO算法中参数初始化，包括种群规模D1、迭代次数N1、速度v区间、惯性权重ω区间、学习因子C1、学习因子C2以及SNCR脱硝控制系统模型中开环增益系数K、惯性时间常数T、系统阶次n与纯滞后时间常数τ的取值范围；
[0026]步骤3.2：以均方误差函数的导数作为适应度函数，计算初始种群中各粒子的适应度值，找到初始种群中的个体最优值和群体最优值；
[0027]步骤3.3：比较初始种群中的个体最优值和群体最优值；
[0028]步骤3.4：更新粒子的位置信息和速度信息，获得新种群；
[0029]步骤3.5：再次计算并比较新种群中的个体最优值和群体最优值；
[0030]步骤3.6：当满足最大迭代次数时，寻优结束，输出优化后的K、T、n与τ，否则重复步骤3.2至3.6。
[0031]进一步，所述步骤3.1中种群规模D1＝100，迭代次数N1＝200，速度区间v∈[
‑
1,1]，惯性权重区间ω∈[0.1,0.9]，学习因子C1＝C2＝2.02，开环增益系数K∈[
‑
5,5]，惯性时间常数T∈[1,400]，系统阶次n∈[1,4]，纯滞后时间常数τ∈[0,150]。
[0032]进一步，所述步骤3.4中速度信息按如下公式进行迭代更新：
[0033]V
ij
(t+Δt)＝ωV
ij
(t)+C1R1[X
bestij
‑
X
ij
(t)]+C2R2[X
bestgj
‑
X
ij
(t)][0034]式中X
bestij
为第i行第j列粒子的最佳位置，X
bestgj
为群体最佳位置；C1与C2为学习因子；t为当前时刻，t+
△
t为t时刻经过
△
t时间；R1与R2为随机因子，R1,R2∈[0,1]；X
ij
为第i行第j列粒子的位置，V
ij
为第i行第j列粒子的速度；i＝1,2,3,......,100,j＝1,2,......,4；ω为惯性权重，表达式如下：
[0035][0036]其中ω
max
为最大惯性权值，ω
min
为最小惯性权值，k1为当前迭代次数，k
1max
为最大迭代次数。
[0037]粒子最佳位置由下式确定：
[0038][0039]式中X
besti
为粒子最佳位置；Q
besti
为粒子最佳适应度值；t为当前时刻，t+
△
t为t时刻经过
△
t时间；X
i
为第i个粒子的位置。
[0040]位置信息按如下公式进行迭代更新：
[0041]X
ij
(t+Δt)＝X
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种火电厂氮氧化物浓度的控制方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1：从DCS系统中采集机组170MW和260MW工况下的尿素溶液流量x
i
与氮氧化物浓度y
i
数据；步骤2：将尿素溶液流量x
i
与氮氧化物浓度y
i
数据依次进行归一化处理、滤波处理及零初始值处理；步骤3：基于步骤2处理好的数据，利用IPSO算法对SNCR脱硝控制系统模型中的参数进行辨识，得到170MW和260MW工况下的从尿素溶液流量到氮氧化物浓度的传递函数模型；步骤4：在单回路PID控制基础上，引入自适应遗传算法与Smith预估补偿控制法相结合的方法对步骤3得到的传递函数模型进行控制。2.根据权利要求1所述的一种火电厂氮氧化物浓度的控制方法，其特征在于，所述步骤2中归一化处理采用如下公式：2中归一化处理采用如下公式：其中，x
i
为尿素溶液流量，x
min
、x
max
分别为尿素溶液流量的最小值和最大值，x
i1
为尿素溶液流量经归一化处理后得到的值；y
i
为氮氧化物浓度，y
min
、y
max
分别为氮氧化物浓度的最小值和最大值，y
i1
为氮氧化物浓度经归一化处理后得到的值；i＝1,2,3......1800；所述步骤2中滤波处理采用如下公式：x
i2
＝α1x
i1
+(1
‑
α)x
i1
′
其中，平滑系数α1∈[0,1]；x
i1
′
为x
i1
的预测值，x
i2
为尿素溶液流量经滤波处理后得到的值；y
i2
为氮氧化物浓度经滤波处理得到的值；i＝1,2,3......1800；所述步骤2中零初始值处理采用如下公式：其中，x
i3
为尿素溶液流量经零初始值处理后得到的值；y
i3
为氮氧化物浓度经零初始值处理后处理后得到的值；i＝1,2,3......1800；N＝5。3.根据权利要求1所述的一种火电厂氮氧化物浓度的控制方法，其特征在于，所述步骤3中SNCR脱硝控制系统模型为：其中，K为系统开环增益系数；T1.....T
n
为惯性时间常数；n为系统阶次；τ为纯滞后时间常数。4.根据权利要求1所述的一种火电厂氮氧化物浓度的控制方法，其特征在于，所述步骤3中IPSO算法对SNCR脱硝控制系统模型中参数进行辨识的具体过程为：
步骤3.1：IPSO算法中参数初始化，包括种群规模D1、迭代次数N1、速度v区间、惯性权重ω区间、学习因子C1、学习因子C2以及SNCR脱硝控制系统模型中开环增益系数K、惯性时间常数T、系统阶次n与纯滞后时间常数τ的取值范围；步骤3.2：以均方误差函数的导数作为适应度函数，计算初始种群中各粒子的适应度值，找到初始种群中的个体最优值和群体最优值；步骤3.3：比较初始种群中的个体最优值和群体最优值；步骤3.4：更新粒子的位置信息和速度信息，获得新种群；步骤3.5：再次计算并比较新种群中的个体最优值和群体最优值；步骤3.6：当满足最大迭代次数时，寻优结束，输出优化后的K、T、n与τ，否则重复步骤3.2至3.6。5.根据权利要求4所述的一种火电厂氮氧化物浓度的控制方法，其特征在于，所述步骤3.1中种群规模D1＝100，迭代次数N1＝200，速度区间v∈[
‑
1,1]，惯性权重区间ω∈[0.1,0.9]，学习因子C1＝C2＝2.02，开环增益系数K∈[
‑
5,5]，惯性时间常数T∈[1,400]，系统阶次n∈[1,4]，纯滞后时间常数τ∈[0,150]。6.根据权利要求4所述的一种火电厂氮氧化物浓度的控制方法，其特征在于，所述步骤3.4中速度信息按如下公式进行迭代更新：V
ij
(t+Δt)＝ωV
ij
(t)+C1R1[X
bestij
‑
X
ij
(t)]+C2R2[X
bestgj
‑
X
ij
(t)]式中X
bestij
为第i行第j列粒子的最佳位置，X
bestgj
为群体最佳位置；C1与C2为学习因子；t为当前时刻，t+
△

【专利技术属性】
技术研发人员：孟宏君，王尚尚，张凯奇，白建云，印江，任丹瑜，王泽，
申请(专利权)人：山西大学，
类型：发明
国别省市：