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专利号: 2021107645197
申请人: 山西大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
更新日期:2026-06-16
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

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xi与氮氧化物浓度yi数据;

步骤2:将尿素溶液流量xi与氮氧化物浓度yi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:

其中,xi为尿素溶液流量,xmin、xmax分别为尿素溶液流量的最小值和最大值,xi1为尿素溶液流量经归一化处理后得到的值;yi为氮氧化物浓度,ymin、ymax分别为氮氧化物浓度的最小值和最大值,yi1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:xi2=α1xi1+(1‑α)xi1′其中,平滑系数α1∈[0,1];xi1′为xi1的预测值,xi2为尿素溶液流量经滤波处理后得到的值;yi2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,xi3为尿素溶液流量经零初始值处理后得到的值;yi3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.....Tn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:Vij(t+Δt)=ωVij(t)+C1R1[Xbestij‑Xij(t)]+C2R2[Xbestgj‑Xij(t)]式中Xbestij为第i行第j列粒子的最佳位置,Xbestgj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];Xij为第i行第j列粒子的位置,Vij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:

其中ωmax为最大惯性权值,ωmin为最小惯性权值,k1为当前迭代次数,k1max为最大迭代次数;

粒子最佳位置由下式确定:

式中Xbesti为粒子最佳位置;Qbesti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;Xi为第i个粒子的位置;

所述位置信息按如下公式进行迭代更新:Xij(t+Δt)=Xij(t)+Vij(t+Δt)式中t为当前时刻,t+△t为t时刻经过△t时间;Xij为第i行第j列粒子的位置,Vij为第i行第j列粒子的速度;i=1,2,3,......,100,j=1,2,......,4。

7.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170MW工况下尿素溶液流量到氮氧化物浓度的传递函数模型为:

260MW工况下尿素溶液流量到氮氧化物浓度的传递函数模型为:

8.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

4中自适应遗传算法具体包括以下步骤:步骤4.1:初始化种群,包括PID控制器中Kp、Ki、Kd三个参数的取值范围、种群规模D2、迭代次数N2、染色体长度L、交叉概率Pc以及变异概率Pm;

步骤4.2:采用实数编码与线性插值的方式对步骤4.1中的参数进行编码;

步骤4.3:选取适应度函数Q(x),计算出每个个体的适应度值;

步骤4.4:采用轮盘赌法选择出满足预先设定的相对适应度值指标的个体;

步骤4.5:将步骤4.4选出的个体进行遗传操作,遗传操作公式如下:式中A、B为采取轮盘赌法选出的个体,A′、B′为经遗传操作产生的新个体,α,β为常数,α,β∈[0,1];

步骤4.6:采用逆转法对步骤4.4与4.5所产生的个体进行变异操作;

步骤4.7:经选择、遗传、变异操作后获得新种群;

步骤4.8:对新种群进行参数解码,包括PID控制器中Kp、Ki、Kd三个参数、种群规模D2、迭代次数N2、染色体长度L、交叉概率Pc以及变异概率Pm;

步骤4.9:当满足最大迭代次数时,输出优化后的Kp、Ki、Kd,否则重复步骤4.4至4.9。

9.根据权利要求8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

4.1中Kp∈[‑8,8],Ki∈[1,10],Kd∈[0,100],种群规模D2=50,迭代次数N2=100,染色体长度L=20,交叉概率Pc∈[0.4,0.9],表达式如下:式中Pcmax、Pcmin分别为交叉概率的最大值和最小值;k2为当前迭代次数,k2max为最大迭代次数;

变异概率Pm表达式如下:

Pm=0.2‑[1:N2]*0.04/N2所述步骤4.3中适应度函数Q(x)表达式如下:式中ω1、ω2、ω3为常数,且ω1+ω2+ω3=1,e(t)为偏差,ts为调节时间,σ为超调量。

10.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4中Smith预估补偿控制法是在原有单回路PID控制回路基础上,在PID控制器上反向并联Smith预估补偿器,且以SNCR脱硝控制系统模型作为Smith预估补偿器的模型。