火电机组SCR脱硝的前馈补偿和扰动抑制控制系统及方法技术方案

本发明专利技术涉及分离技术领域，特别涉及一种火电机组SCR脱硝的前馈补偿和扰动抑制控制系统及方法，其中，系统包括：SCR反应器出口NO

【技术实现步骤摘要】
火电机组SCR脱硝的前馈补偿和扰动抑制控制系统及方法


[0001]本专利技术涉及分离
，特别涉及一种火电机组SCR脱硝的前馈补偿和扰动抑制控制系统及方法。

技术介绍

[0002]随着工业发展和社会的进步，国家对环保的要求越来越严格，对电厂氮氧化物（NOx）不断制定超低排放指标，给火电厂和脱硝控制带来新的难题。在电厂脱硝系统中，由于复杂的锅炉燃烧条件和烟气流动过程，NOx在SCR（Selective Catalytic Reduction，催化还原法）脱硝反应器内往往变化剧烈，存在多种扰动，同时由于NOx分析系统从采样、分析再到将数据反馈到DCS（Distributed Control System，分散控制系统）系统需要较长时间，脱硝系统往往呈现出大惯性、大滞后的特性，对脱硝控制系统的运行质量有很大影响。为达到环保要求，电厂通常会通过提高喷氨量的方式降低出口NOx浓度，而过量喷出的氨不仅会堵塞空预器降低电厂经济效益，更会成为新的污染源污染环境。因此，有必要针对电厂脱硝系统扰动多和测量迟滞大的特点，对电厂脱硝控制系统进行改进，提前预知弥补系统测量延迟造成的大惯性并提高反馈控制器的抗扰性能，以满足机组经济、安全的运行指标。
[0003]相关技术中，现有电厂SCR控制多采用固定摩尔比的方式，虽简单易操作但属于开环控制，极易造成过量喷氨；串级PID控制系统对上述方法的稳定性做出了改进但仍难以克服脱硝回路大迟滞大扰动的问题；现有前馈反馈组合控制方案中前馈信号大多依赖经验，缺乏更为科学和统一的标准；在近几年发展起来的结合机器学习的先进控制方案中，采用双向长短时记忆网络对烟气排放进行预测，作为前馈和反馈控制回路中的参考值，但网络结构复杂，难以写入现场DCS控制回路中；使用广义预测控制器作为反馈控制回路的主控制器，提前调节过程，但依赖脱硝回路系统模型，准确率会随着设备老化等因素下降，难以保证工作稳定。以上控制方案都未解决电厂脱硝控制在现场应用中大迟滞、大扰动的问题，亟待改善。

技术实现思路

[0004]本专利技术提供一种火电机组SCR脱硝的前馈补偿和扰动抑制控制系统及方法，以解决相关技术中：现有电厂SCR控制多采用固定摩尔比的方式，虽简单易操作但属于开环控制，极易造成过量喷氨；串级PID控制系统对上述方法的稳定性做出了改进但仍难以克服脱硝回路大迟滞大扰动的问题；现有前馈反馈组合控制方案中前馈信号大多依赖经验，缺乏更为科学和统一的标准；在近几年发展起来的结合机器学习的先进控制方案中，采用双向长短时记忆网络对烟气排放进行预测，作为前馈和反馈控制回路中的参考值，但网络结构复杂，难以写入现场DCS控制回路中；使用广义预测控制器作为反馈控制回路的主控制器，提前调节过程，但依赖脱硝回路系统模型，准确率会随着设备老化等因素下降，难以保证工作稳定。因此难以解决脱硝回路控制大扰动、大迟滞的问题。
[0005]本专利技术第一方面实施例提供一种火电机组SCR脱硝的前馈补偿和扰动抑制控制系
统，包括：SCR反应器出口NO
X
浓度前馈预测组件，通过筛选火电机组在运行过程中与NOx生成至少一个相关变量，并将其输入至预设ARIMAX模型，得到SCR反应器入口的NOx浓度超前预测值，以计算应喷氨量，生成第一喷氨流量指令；改进抗扰的串级控制组件，所述改进抗扰的串级控制组件包括外环控制器和内环控制器，其中，所述外环控制器采用改进自抗扰控制器，用于根据SCR反应器出口NO
X
浓度实际值与设定值生成第二喷氨流量指令，并且，所述内环控制器，采用PID控制器，根据所述第一喷氨流量指令和所述第二喷氨流量指令得到总喷氨流量指令，用于根据喷氨流量实际值与总喷氨流量指令生成喷氨阀门开度指令。
[0006]可选地，在本专利技术的一个实施例中，所述预设ARIMAX模型的结构为：，其中，为响应序列，为输入序列，为相关变量个数，为延迟算子，为模型偏置量，为第i个输入变量的自回归系数多项式，为第i个输入序列对响应序列影响的延迟阶数，为残差序列的移动平均系数多项式，为第i个输入变量的移动平均系数多项式，为零均值白噪声序列，为残差序列的自回归系数多项式。
[0007]可选地，在本专利技术的一个实施例中，所述第一喷氨流量指令的计算公式为：，其中，为SCR反应器入口NOx浓度的预测值，为SCR反应器出口NOx浓度设定值，为总风量，为根据电厂实际情况计算的氨氮比例系数，为所述第一喷氨流量指令。
[0008]可选地，在本专利技术的一个实施例中，所述至少一个相关变量包括总风量、风煤比、总给煤量和入口氧量中的至少一项。
[0009]可选地，在本专利技术的一个实施例中，所述串级外环控制器采用改进自抗扰控制器，其中，所述改进自抗扰控制器的改进扩张状态观测器的数学表达式为：，其中，为与原系统阶次相关的总状态个数，为根据扰动形式扩张出的扰动信息状态个数，为改进扩张状态观测器对原系统个状态量及个扰动信息状态的估计值，为观测器增益系数，y为系统输出，g为根据扰动类型构造的与时间t和各状态量相关的函数，
所述改进自抗扰控制器的状态反馈控制率的数学表达式为：，其中，为控制率输出的控制量，为参考输入，为状态反馈增益，为所述的第二喷氨流量指令，为原系统增益的估计值。
[0010]本专利技术第二方面实施例提供一种火电机组SCR脱硝的前馈补偿和扰动抑制控制方法，包括以下步骤：获取火电机组在运行过程中与NOx生成的至少一个相关变量，并将至少一个相关变量输入至预设ARIMAX模型，得到SCR反应器入口的NOx浓度超前预测值，以计算应喷氨量，生成第一喷氨流量指令；获取所述SCR反应器出口的NO
X
浓度实际值，并输入至改进抗扰的串级控制系统中的外环控制器，外环控制器采用改进自抗扰控制器，生成第二喷氨流量指令；以及根据所述第一喷氨流量指令和所述第二喷氨流量指令得到总喷氨流量指令，输入至改进抗扰的串级控制系统中的内环控制器，采用PID控制器，根据喷氨流量实际值与总喷氨流量指令生成喷氨阀门开度指令。
[0011]可选地，在本专利技术的一个实施例中，所述预设ARIMAX模型的结构为：，其中，为响应序列，为输入序列，为相关变量个数，为延迟算子，为模型偏置量，为第i个输入变量的自回归系数多项式，为第i个输入序列对响应序列影响的延迟阶数，为残差序列的移动平均系数多项式，为第i个输入变量的移动平均系数多项式，为零均值白噪声序列，为残差序列的自回归系数多项式。
[0012]可选地，在本专利技术的一个实施例中，所述第一喷氨流量指令的计算公式为：，其中，为SCR反应器入口NOx浓度的预测值，为SCR反应器出口NOx浓度设定值，为总风量，为根据电厂实际情况计算的氨氮比例系数，为所述第一喷氨流量指令。
[0013]可选地，在本专利技术的一个实施例中，所述至少一个相关变量包括总风量、总给煤量、风煤比、和入口氧量中的至少一项。
[0014]可选地，在本专利技术的一个实施例中，所述外环控制器，采用改进自抗扰控制器，其中，所述改进自抗扰控制器的改进扩张状态观测器的数学表达式为本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种火电机组SCR脱硝的前馈补偿和扰动抑制控制系统，其特征在于，包括：SCR反应器出口NO
X
浓度前馈预测组件，通过筛选火电机组运行过程中与NOx生成至少一个相关变量，并将其输入至预设ARIMAX模型，得到SCR反应器入口的NOx浓度超前预测值，以计算应喷氨量，生成第一喷氨流量指令；改进抗扰的串级控制组件，所述改进抗扰的串级控制组件包括外环控制器和内环控制器，其中，所述外环控制器采用改进自抗扰控制器，用于根据SCR反应器出口NO
X
浓度实际值与设定值生成第二喷氨流量指令，并且，所述内环控制器采用PID控制器，根据所述第一喷氨流量指令和所述第二喷氨流量指令得到总喷氨流量指令，用于根据喷氨流量实际值与总喷氨流量指令生成喷氨阀门开度指令。2.根据权利要求1所述的火电机组SCR脱硝的前馈补偿和扰动抑制控制系统，其特征在于，所述预设ARIMAX模型的结构为：，其中，为响应序列，为输入序列，为相关变量个数，为延迟算子，为模型偏置量，为第i个输入变量的自回归系数多项式，为第i个输入序列对响应序列影响的延迟阶数，为残差序列的移动平均系数多项式，为第i个输入变量的移动平均系数多项式，为零均值白噪声序列，为残差序列的自回归系数多项式。3.根据权利要求1所述的火电机组SCR脱硝的前馈补偿和扰动抑制控制系统，其特征在于，所述第一喷氨流量指令的计算公式为：，其中，为SCR反应器入口NOx浓度的预测值，为SCR反应器出口NOx浓度设定值，为总风量，为根据电厂实际情况计算的氨氮比例系数，为所述第一喷氨流量前馈指令。4.根据权利要求1所述的火电机组SCR脱硝的前馈补偿和扰动抑制控制系统，其特征在于，所述至少一个相关变量包括总风量、总给煤量、风煤比和入口氧量中的至少一项。5.根据权利要求1所述的火电机组SCR脱硝的前馈补偿和扰动抑制控制系统，其特征在于，所述外环控制器采用改进自抗扰控制器，其中，所述改进自抗扰控制器的改进扩张状态观测器的数学表达式为：，
其中，为与原系统阶次相关的总状态个数，为根据扰动形式扩张出的扰动信息状态个数，为改进扩张状态观测器对原系统个状态量及个扰动信息状态的估计值，为观测器增益系数，y为系统输出，g为根据扰动类型构造的与时间t和各状态量相关的函数，所述改进自抗扰控制器的状态反馈控制率的数学表达式为：，其中，为控制率输出的控制量，为参考输入，为状态反馈增益，为所述的第二喷氨流量指令，为原系统增益的估计值。6.一种火电机组SCR脱硝的前馈补偿和扰动抑制控制方法，其特征在于，采用如权利要求1
‑
5任一项所述的火电机...

【专利技术属性】
技术研发人员：吕涛，禚玉群，汪朝晖，李东海，朱民，胡鹏博，田雄伟，王顺，苏铁柱，储文清，
申请(专利权)人：华能集团技术创新中心有限公司，
类型：发明
国别省市：