CN112016754A - 基于神经网络的电站锅炉排烟温度超前预测系统及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明是一种锅炉排烟温度超前预测系统及方法,属于电站锅炉技术领域,目的是为了解决排烟温度很难通过建立机理模型准确地实时估计、无法超前预测等现有技术存在的问题。该系统包括模型建立模块、选取模块、模型训练模块和预测模块;模型建立模块负责建立人工神经网络模型;选取模块负责选出节点并求取节点数;模型训练模块负责将负责采集历史数据从而训练模型;预测模块负责判断训练后的模型参数实现超前预测排烟温度,利用历史数据分析进行过程参数预测及在线模型校正,并实现对排烟温度的动态超前预测;其次,可以实现对壁温超前动态预测,保证了机组运行状态偏离预警,大大提高了机组运行水准。
Description
技术领域
本发明是一种锅炉排烟温度超前预测系统及方法,属于电站锅炉技术领域。
背景技术
目前,火电仍然是我国占比最大的发电方式,其中锅炉技术历经十几年的发展,通过不断改进、总结和完善,目前已经非常成熟。而随着社会发展和进步,对电站锅炉改善和优化运行效率、深度节能减排提出了更高的要求。
其中,排烟温度是电站锅炉中影响运行经济性的关键参数,必须控制在规定范围内。然而,排烟温度主要受到漏风、制粉系统运行状况、受热面积灰、环境大气温度高等多种因素的影响;同时由于大容量锅炉机组经常处于深度调峰大幅变工况运行,排烟温度是一个典型的非线性、大惯性、大时延的被控对象。因此,排烟温度很难通过建立机理模型准确地实时估计,更不用说超前预测。
发明内容
为了解决排烟温度很难通过建立机理模型准确地实时估计、无法超前预测等现有技术存在的问题,本发明提出一种基于神经网络的电站锅炉排烟温度超前预测系统,具体的技术方案如下:
方案一:该系统包括模型建立模块、选取模块、模型训练模块和预测模块;
模型建立模块负责建立人工神经网络模型;
选取模块负责选出节点并求取节点数;
模型训练模块负责将负责采集历史数据从而训练模型;
预测模块负责判断训练后的模型参数实现超前预测排烟温度。
方案二:基于神经网络的电站锅炉排烟温度超前预测方法,是根据上述的系统为基础而实现的,具体方法步骤如下:
步骤一:所述的模型建立模块负责建立人工神经网络模型;确定预测模型输入输出及关键模型参数;
步骤二:所述的选取模块负责选取输入层节点和输出层节点,求取隐含层节点数;
步骤三:所述的模型训练模块用于采集历史数据从而训练模型;
步骤四:所述的预测模块负责判断训练后的模型参数,实现超前预测排烟温度。
进一步地,步骤一中所述的模型建立人工神经网络模型:具体步骤如下:
步骤一一,所述的人工神经网络具有一个输入层、一个输出层和一个隐含层,其中,输入包括影响壁温的总煤量、总风量、主给水流量、锅炉给水阀入口压力、锅炉给水阀入口温度、末级过热器出口压力、末级过热器出口温度、再热器出口压力、再热器出口温度和二次风调节挡板位置,将这些变量作为模型因子;;
步骤一二,根据上述影响壁温的十个因子以及排烟温度当前时刻测量值作为神经网络模型输入层,排烟温度从当前时刻开始未来一段时间的动态变化作为神经网络模型输出层,
步骤一三,所述输出层与输入层之间的关系可以用下式来表示:
其中,x(t)表示的是神经网络的输入层中影响因素的历史数据;Δt是DCS采用周期;y(t)表示的是神经网络的排烟温度;xt-pΔt表示能影响当前时刻输出层的最早时刻输入层,p值的大小由运行人员结合操作经验确定;yt+qΔt表示神经网络期望超前预测的最后时刻输出值,q值的大小由运行人员根据经验和控制要求确定。
进一步地,步骤二中,所述的选取模块选取输入层节点和输出层节点,求取隐含层节点数;
进一步地,步骤三中,所述的模型训练模块用于采集历史数据从而训练模型,其原理是利用电站DCS采集的历史数据训练预测模型,迭代更新权值直至拟合误差符合要求范围;
进一步地,步骤四中,所述的预测模块负责判断训练后的模型参数,通过各个迭代计算得到的权值基础上,超前预测排烟温度。
本发明的有益效果体现在:
采用该神经网络,综合考虑了锅炉系统所有对排烟温度产生影响的因素和排烟温度历史数据对未来一段时间排烟温度的影响,实现对壁温超前动态预测,为运行人员对超温进行处置提供了时间;
利用历史数据分析进行过程参数预测及在线模型校正,并实现对排烟温度的动态超前预测;其次,可以实现对壁温超前动态预测,保证了机组运行状态偏离预警,大大提高了机组运行水准。
附图说明
图1是电站锅炉排烟温度预测神经网络模型结构示意图;
图2是电站锅炉排烟温度预测流程示意图
图3是排烟温度预测结果示意图。
具体实施方式
具体实施方式一:结合附图1-3的描述,基于神经网络的电站锅炉排烟温度超前预测系统,包括电站锅炉排烟温度超前预测系统包括模型建立模块、选取模块、模型训练模块和预测模块;模型建立模块负责建立人工神经网络模型;选取模块负责选出节点并求取节点数;模型训练模块负责将负责采集历史数据从而训练模型;预测模块负责判断训练后的模型参数实现超前预测排烟温度。
具体实施方式二:结合附图1-3的描述,基于神经网络的电站锅炉排烟温度超前预测方法,具体实施步骤如下:
步骤1,建立人工神经网络,确定预测模型输入输出及关键模型参数。
所述人工神经网络具有一个输入层、一个输出层和一个隐含层。其中,输入包括总煤量、总风量、主给水流量、锅炉给水阀入口压力、锅炉给水阀入口温度、末级过热器出口压力、末级过热器出口温度、再热器出口压力、再热器出口温度、二次风调节挡板位置,上述影响壁温的十个因素以及排烟温度当前时刻测量值作为神经网络模型输入层。排烟温度从当前时刻开始未来一段时间的动态变化作为神经网络模型输出层。
所述输出层与输入层之间的关系可以用下式来表示:
其中,x(t)表示的是神经网络的输入层中影响因素的历史数据;Δt是DCS采用周期;y(t)表示的是神经网络的排烟温度;xt-pΔt表示能影响当前时刻输出层的最早时刻输入层,p值的大小由运行人员结合操作经验确定;yt+qΔt表示神经网络期望超前预测的最后时刻输出值,q值的大小由运行人员根据经验和控制要求确定。
步骤2,并选取输入层节点和输出层节点,求取隐含层节点数;
步骤3,利用电站DCS采集的历史数据训练预测模型,迭代更新权值直至拟合误差符合要求范围;
步骤4,在各个迭代计算得到的权值基础上,超前预测排烟温度。
具体实施方式三:结合附图1-3的描述,基于神经网络的电站锅炉排烟温度超前预测方法,以某电厂具体预测过程为例,实施例如下:
某电厂600MW煤粉锅炉,采用一次中间再热,尾部双烟道结构。综合分析某点的屏过温度影响因素包括总煤量、总风量、主给水流量、锅炉给水阀入口压力、锅炉给水阀入口温度、末级过热器出口压力、末级过热器出口温度、再热器出口压力、再热器出口温度、二次风调节挡板位置,上述十个影响因素作为神经网络模型输入。经验系数p和q均选择为10。输入层包含101个节点;输出层节点个数为20,即需预测排烟温度;隐含层的节点个数由公式确定,其中m为输入层节点个数,n为输出层节点个数,a为1-10之间的常数,a选择为2,m为100,n为10,则隐含层节点个数为13;所设置的神经网络结构为101-13-20;选取某电厂历史数据共2000组作为训练数据训练神经网络,并把预测值与实际值的偏差作为个体适应度值。用该电厂历史数据共700组作为测试数据对排烟温度进行预测,验证结果表明,可以实现对排烟温度一个采样周期(60s)的超前动态预测,预测误差绝对值在5℃以内,预测结果如图3所示。
以上实施例只是对本专利的示例性说明,并不限定它的保护范围,本领域技术人员还可以对其局部进行改变,只要没有超出本专利的精神实质,都在本专利的保护范围内。
Claims (6)
1.基于神经网络的电站锅炉排烟温度超前预测系统,其特征在于:电站锅炉排烟温度超前预测系统包括模型建立模块、选取模块、模型训练模块和预测模块;
模型建立模块负责建立人工神经网络模型;
选取模块负责选出节点并求取节点数;
模型训练模块负责将负责采集历史数据从而训练模型;
预测模块负责判断训练后的模型参数实现超前预测排烟温度。
2.基于神经网络的电站锅炉排烟温度超前预测方法,是根据权利要求1所述的系统为基础而实现的,其特征在于:具体方法步骤如下:
步骤一:所述的模型建立模块负责建立人工神经网络模型;确定预测模型输入输出及关键模型参数;
步骤二:所述的选取模块负责选取输入层节点和输出层节点,求取隐含层节点数;
步骤三:所述的模型训练模块用于采集历史数据从而训练模型;
步骤四:所述的预测模块负责判断训练后的模型参数,实现超前预测排烟温度。
3.根据权利要求2所述的基于神经网络的电站锅炉排烟温度超前预测方法,其特征在于:步骤一中所述的模型建立人工神经网络模型:具体步骤如下:
步骤一一,所述的人工神经网络具有一个输入层、一个输出层和一个隐含层,其中,输入包括影响壁温的总煤量、总风量、主给水流量、锅炉给水阀入口压力、锅炉给水阀入口温度、末级过热器出口压力、末级过热器出口温度、再热器出口压力、再热器出口温度和二次风调节挡板位置,将这些变量作为模型因子;
步骤一二,根据上述影响壁温的十个因子以及排烟温度当前时刻测量值作为神经网络模型输入层,排烟温度从当前时刻开始未来一段时间的动态变化作为神经网络模型输出层,
步骤一三,所述输出层与输入层之间的关系可以用下式来表示:
其中,x(t)表示的是神经网络的输入层中影响因素的历史数据;Δt是DCS采用周期;y(t)表示的是神经网络的排烟温度;xt-pΔt表示能影响当前时刻输出层的最早时刻输入层,p值的大小由运行人员结合操作经验确定;yt+qΔt表示神经网络期望超前预测的最后时刻输出值,q值的大小由运行人员根据经验和控制要求确定。
5.根据权利要求4所述的基于神经网络的电站锅炉排烟温度超前预测方法,其特征在于:步骤三中,所述的模型训练模块用于采集历史数据从而训练模型,其原理是利用电站DCS采集的历史数据训练预测模型,迭代更新权值直至拟合误差符合要求范围。
6.根据权利要求5所述的基于神经网络的电站锅炉排烟温度超前预测方法,其特征在于:步骤四中,所述的预测模块负责判断训练后的模型参数,通过各个迭代计算得到的权值基础上,超前预测排烟温度。
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