CN108939890A - 一种基于仿人智能控制的scr烟气脱硝控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于仿人智能控制的SCR烟气脱硝控制方法，用于燃煤火电机组烟气脱硝的控制模块。所述方法根据SCR脱硝后烟气中NOx含量及其变化速率来确定喷氨量，其中由于采用了仿人智能控制技术，可根据运行人员的经验选择部分历史数据，合理整定控制器的特征模态和控制模态，具有智能性。本发明的优点在于不需要建立精确的数学模型，可结合实际运行经验和现场情况准确调整控制器各控制模态参数，能够有效克服被控对象的大延迟和时变性。

Description

一种基于仿人智能控制的SCR烟气脱硝控制方法

技术领域

本发明涉及热能系统自动控制领域，尤其涉及一种用于火电机组SCR脱硝优化控制方法。

背景技术

随着目前环境问题日益严重，国家对大气污染物排放的要求更加严格，对火电机组的环保考核标准也越来越高。国家环保部制定的《锅炉大气污染物排放标准》中对各地的新建机组要求NOx排放均低于200mg/m^3，部分地区要求低于50mg/m^3[1]。目前SCR脱销技术对降低烟气NOx含量十分显著，是应用最广对脱销技术之一。

但脱销过程中，氨气的流量是影响脱销效果的关键。目前对于氨气流量的控制主要用PID控制器。但由于机组在负荷改变时对象特性变化，导致PID控制器不能及时适应系统的变化，导致喷氨流量与烟气NOx含量不匹配，使控制效果变差。因此需要一种更加智能的控制方法。

参考文献

[1]尹晓菁.SCR烟气脱硝系统建模及优化控制[D].华北电力大学,2017.

发明内容

技术问题：本发明的目的是提出一种基于仿人智能控制的SCR烟气脱硝控制方法，该方法不需要对象的精确数学模型，易于在线实现，计算量小，控制效果好，在保证NOx浓度不超标的情况下减少了喷氨量，节约成本，且可投入自动控制。

技术方案：针对以上问题，本发明提出一种基于仿人智能控制的SCR烟气脱硝控制方法，该方法用于火电厂的SCR烟气脱硝，包括以下步骤：

步骤S1：按采样时间采集SCR出口和烟囱的NOx浓度，根据烟囱NOx浓度设定值计算偏差以及偏差变化率；

步骤S2：根据当前的偏差和偏差变化率大小从特征模态库中选择符合设定条件的特征状态；

步骤S3：由所述特征状态确定适合的控制模态，再代入当前的NOx浓度、与设定值的偏差和偏差变化率计算出喷氨阀门开度；

步骤S4：满足系统设定的速率约束条件和上下限约束条件后得到喷氨阀门开度指令。

其中：

步骤S1所述的偏差变化率包括偏差的一阶导数和二阶导数，其具体计算为：

式(1)中的e_k为k次采样时的NOx浓度偏差即当前偏差，e_max为最大偏差，为第k次采样的归一化后的偏差，定义为当前偏差与历史最大偏差的比值，范围为0到1之间，当e_k大于e_max时更新e_max，重新计算 为k次采样时的偏差的一阶导数，为k次采样时的偏差的二阶导数，Ts为数据采样系统的采样时间。

步骤S2所述的特征模态库为其中：

其中p₁和p₂为误差较大和较小的分界值，一般取0.8和0.4；将第k次采样计算数据包括：NOx浓度偏差e_k、e_k与e_max的比值NOx浓度偏差一阶导数和二阶导数代入q₁…q₅条件，由不同的条件组合确定控制器的特征模态。

步骤S3所述的控制模态ω＝[ω₁ ω₂ ω₃ ω₄ ω₅ ω₆]为：

其中K_p1～K_p6，K_i3～K_i6，K_d3～K_d6，K_dd4和K_dd6为控制模态参数，进行整定。

所述的整定过程如下：

(3)从运行历史数据中选择符合考核标准的且控制效果较好的喷氨阀门开度和NOx浓度及其与设定值的偏差作为学习样本；

(4)计算式(1)中的参数，将控制模态参数作为未知数，按式(3)中不同的控制模态分别利用最小二乘法对其中的控制模态参数进行辨识；

当由式(3)计算出喷氨阀门开度U后，检验阀门开度变化速率是否超上下限和开度大小是否超上下限，都不超过则输出喷氨阀门开度指令。

有益效果：本发明具有以下优点：

1、本发明不需要对象的精确数学模型，易于在线实现，计算量小，控制效果好，在保证NOx浓度不超标的情况下减少了喷氨量，节约成本，且可投入自动控制；

2、本发明利用仿人智能控制方法，采集SCR出口NOx浓度与设定值偏差以及偏差的变化率，根据历史数据学习得到控制模态参数，增强系统的鲁棒性和自适应能力，同时克服了负荷变化导致的对象特性变化使控制效果变差的问题。

附图说明

图1为本发明控制系统流程图。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明的方法进行详细的描述。具体实施步骤如下：

步骤S1：按采样时间采集SCR出口和烟囱NOx浓度，根据烟囱的NOx浓度设定值计算偏差以及偏差变化率，计算包括：

式(1)中的e_k为k次采样时的NOx浓度偏差即当前偏差，e_max为最大偏差，为第k次采样的归一化后的偏差，定义为当前偏差与历史最大偏差的比值，范围为0到1之间，当e_k大于e_max时更新e_max，重新计算 为k次采样时的偏差的一阶导数，为k次采样时的偏差的二阶导数，Ts为数据采样系统的采样时间,一般为5～10s。

步骤S2：根据当前的偏差和偏差变化率大小从特征模态库中选择符合条件的特征状态；特征模态库为其中：

其中p1和p2为误差较大和较小的分界值，一般取0.8和0.4。将第k次采样计算数据包括：NOx浓度偏差e_k、e_k与e_max的比值NOx浓度偏差一阶导数和二阶导数代入q₁…q₅条件，由不同的条件组合确定控制器的特征模态。

步骤S3：由特征状态确定适合的控制模态，再代入当前的NOx浓度、偏差和偏差变化率计算出喷氨阀门开度，控制模态ω＝[ω₁ ω₂ ω₃ ω₄ ω₅ ω₆]为：

其中K_p1～K_p6，K_i3～K_i6，K_d3～K_d6，K_dd4和K_dd6为控制模态参数，其整定过程如下：

(1)从运行历史数据中选择符合考核标准的且控制效果较好的喷氨阀门开度和NOx浓度及其与设定值的偏差作为学习样本；

(2)计算式(1)中的参数，将控制模态参数作为未知数，按式(3)中不同的控制模态分别利用最小二乘法对其中的控制模态参数进行辨识；

步骤S4：当由式(3)计算出喷氨阀门开度U后，检验阀门开度变化速率是否超上下限和开度大小是否超上下限，都不超过则输出喷氨阀门开度指令。

实施例：

本方法应用于某350MW亚临界机组，分别在80MW负荷点、105MW负荷点和120MW负荷点进行控制性能的测试，喷氨阀门的变化速率上下限限制为ΔU_min＝-1.5％/s，ΔU_max＝1.5％/s，开度上下限为5％-90％，采样周期为5s。设定特征模态集值控制模态集初值：

应用结果表明，在三个负荷点稳定时，烟囱NOx浓度与设定值的稳态偏差从应用前最大12.3mg/Nm³控制在5mg/Nm³以内；在负荷升高时，从80MW到105MW和从105MW到120MW，NOx动态偏差从应用前最大26.9mg/NM³控制在15mg/NM³以内，可以保证在负荷变化过程中满足环保考核的要求。证明本发明所述的方法可以有效克服火力发电机组SCR脱硝过程中对象变化引起控制效果变差的问题，并可得到更高的控制精度。

以上实施例仅用于更加清楚地说明本发明的产品,因此只是作为示例,而不能以此来限制本发明的保护范围。

Claims (5)

1.一种基于仿人智能控制的SCR烟气脱硝控制方法，其特征在于：该方法用于火电厂的SCR烟气脱硝，包括以下步骤：

步骤S1：按采样时间采集SCR出口和烟囱的NOx浓度，根据烟囱NOx浓度设定值计算偏差以及偏差变化率；

步骤S2：根据当前的偏差和偏差变化率大小从特征模态库中选择符合设定条件的特征状态；

步骤S3：由所述特征状态确定适合的控制模态，再代入当前的NOx浓度、与设定值的偏差和偏差变化率计算出喷氨阀门开度；

步骤S4：满足系统设定的速率约束条件和上下限约束条件后得到喷氨阀门开度指令。

2.根据权利要求1所述的SCR烟气脱硝控制方法，其特征在于：步骤S1所述的偏差变化率包括偏差的一阶导数和二阶导数，其具体计算为：

式(1)中的e_k为k次采样时的NOx浓度偏差即当前偏差，e_max为最大偏差，为第k次采样的归一化后的偏差，定义为当前偏差与历史最大偏差的比值，范围为0到1之间，当e_k大于e_max时更新e_max，重新计算 为k次采样时的偏差的一阶导数，为k次采样时的偏差的二阶导数，Ts为数据采样系统的采样时间。

3.根据权利要求1所述的SCR烟气脱硝控制方法，其特征在于：步骤S2所述的特征模态库为其中：

其中p₁和p₂为误差较大和较小的分界值，一般取0.8和0.4；将第k次采样时计算数据包括：e_k、e_k与e_max的比值NOx浓度偏差一阶导数和二阶导数代入q₁…q₅条件，由不同的条件组合确定控制器的特征模态。

4.根据权利要求1所述的SCR烟气脱硝控制方法，其特征在于：步骤S3所述的控制模态ω＝[ω₁ ω₂ ω₃ ω₄ ω₅ ω₆]为：

其中K_p1～K_p6，K_i3～K_i6，K_d3～K_d6，K_dd4和K_dd6为控制模态参数，进行整定。

5.根据权利要求4所述的SCR烟气脱硝控制方法，其特征在于：所述的整定过程如下：

(1)从运行历史数据中选择符合考核标准的且控制效果较好的喷氨阀门开度和NOx浓度及其与设定值的偏差作为学习样本；

(2)计算式(1)中的参数，将控制模态参数作为未知数，按式(3)中不同的控制模态分别利用最小二乘法对其中的控制模态参数进行辨识；

当由式(3)计算出喷氨阀门开度U后，检验阀门开度变化速率是否超上下限和开度大小是否超上下限，都不超过则输出喷氨阀门开度指令。