CN112036088A - 一种基于多新息随机梯度优化的过热汽温预测方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种基于多新息随机梯度优化的过热汽温预测方法,包括以下步骤:1)按机组负荷划分工况,并将各工况下机组正常运行时的末级过热器入口汽温和末级过热器出口汽温数据作为训练样本TX;2)对训练样本TX进行预处理,使其各变量的均值为0,得到输入矩阵;3)构建过热汽温预测Hammerstein非线性辨识模型并确定需要辨识的模型参数;4)采用多新息随机梯度辨识方法对需要辨识的模型参数进行辨识;5)将待预测末级过热器入口汽温数据输入到参数辨识后的过热汽温预测Hammerstein非线性辨识模型中得到末级过热器出口汽温预测数据,完成过热汽温的预测。与现有技术相比,本发明具有预测精度高、适应于大惯性和高度非线性数据等优点。
Description
技术领域
本发明涉及发电机组运行控制技术领域,尤其是涉及一种基于多新息随机梯度优化的过热汽温预测方法。
背景技术
过热汽温是发电机组运行过程中非常重要的控制参数,其稳定性对机组安全经济运行有着重要影响。当前燃煤机组向着高参数、大容量方向发展,过热汽温的大惯性和高度非线性等特征愈加明显,增加了过热汽温的控制难度,传统的串级 PID往往不能很好的对汽温进行控制,因此需要一种考虑过热汽温的大惯性和高度非线性特征的过热汽温预测方法。
而且,目前主要的参数估计方法包括基于智能优化算法的辨识方法、基于辅助模型的辨识方法以及基于随机梯度的辨识方法等,但是在过热汽温预测中,智能优化算法收敛速度慢,容易陷入局部最优解,导致辨识得到的参数不够精确,随机梯度算法利用梯度搜索原理进行参数估计,但是计算量小,但是收敛速度慢,针对上述问题,也需要提高预测模型的辨识速度和精度。
发明内容
本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种基于多新息随机梯度优化的过热汽温预测方法。
本发明的目的可以通过以下技术方案来实现:
一种基于多新息随机梯度优化的过热汽温预测方法,包括以下步骤:
1)按机组负荷划分工况,并将各工况下机组正常运行时的末级过热器入口汽温和末级过热器出口汽温数据作为训练样本TX;
2)对训练样本TX进行预处理,使其各变量的均值为0,得到输入矩阵X∈RN×n (即用以训练过热汽温预测Hammerstein非线性辨识模型的输入u(t)和输出y(t));
3)构建过热汽温预测Hammerstein非线性辨识模型并确定需要辨识的模型参数;
4)采用多新息随机梯度辨识方法对需要辨识的模型参数进行辨识;
5)将待预测末级过热器入口汽温数据输入到参数辨识后的过热汽温预测Hammerstein非线性辨识模型中得到末级过热器出口汽温预测数据,完成过热汽温的预测。
所述的步骤1)中,选择满负荷的20%作为负荷段选取原则,从满负荷的45%~100%区间内确定3个典型工况,并获取对应工况下的末级过热器入口汽温和末级过热器出口汽温数据。
所述的步骤2)具体包括以下步骤:
其中,TXi为训练样本中的第i个样本数值,N为样本数值总数;
22)进行零均值化处理,则有:
所述的步骤3)中,过热汽温预测Hammerstein非线性辨识模型的数据处理过程为:
33)将白噪声v(t)经噪声子模块变换生成噪声输出w(t);
34)最后将中间变量x(t)和噪声输出w(t)经过求和运算后得到模型输出y(t),即末级过热器出口汽温。
其中,c1、c2、...、cm为非线性部分的参数,即需要辨识的参数,m为非线性部分项数。
所述的步骤32)中,中间变量x(t)的表达式为:
其中,z-1为单位延迟算子,且满足z-1y(t)=y(t-1),A(z-1)、B(z-1)分别为单位延迟算子z-1的常数多项式。
所述的步骤33)中,噪声输出w(t)的表达式为:
所述的步骤34)中,模型输出y(t)的表达式为:
所述的过热汽温预测Hammerstein非线性辨识模型的表达式为:
ψ0(t)=[-y(t-1),-y(t-2),…,-y(t-n)]T∈Rn
ψj(t)=[f1(u(t-j)),f2(u(t-j)),…,fm(u(t-j))]T∈Rm,j=1,2,…,n
θ=[aT,b1cT,b2cT,…,bncT]T∈Rn+mn
a=[a1,a2,…,an]T∈Rn
c=[c1,c2,…,cm]T∈Rm
其中,为信息向量,ψ0(t)为信息向量中的第1个参数,ψj(t)为信息向量中的第j个参数,θ为参数向量,a1、a2、...、an和b1、b2、...、bn以及c1、c2、...、cm均为需要辨识的参数,n为模型阶次,t、t-1...t-j、t-n均表示时间变量。
所述的步骤4)包括以下步骤:
41)多新息随机梯度的辨识算法的初始化;
42)将预处理后的末级过热器入口蒸汽温度作为输入数据,出口蒸汽温度作为输出数据;
43)令时间变量t=1,并给定各参数的初始值;
Y(p,t)=[y(t),y(t-1),…,y(t-p+1)]T
其中,p为新息长度;
45)计算新息向量E(p,t)和步长的倒数r(t),则有:
46)更新参数估计;
与现有技术相比,本发明具有以下优点:
本发明设计的基于多新息随机梯度优化的过热汽温预测模型的辨识精度高,参数收敛速度快,辨识计算准确,能够预测出汽温变化趋势,便于对过热汽温进行更好的控制,使机组处于安全稳定的运行环境中。
附图说明
图1为本发明的整体流程图。
图2为本发明中多新息随机梯度辨识方法具体流程图。
图3为过热汽温预测Hammerstein非线性模型示意图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。
实施例
如图1所示,本发明提供一种基于多新息随机梯度优化的过热汽温预测方法,具体包括以下步骤:
(1)按机组负荷划分工况,选择满负荷的20%作为负荷段选取原则,从满负荷的45%~100%间确定3个典型工况;
(2)从DCS历史库中读取各个负荷工况下正常运行时末级过热器入口汽温和末级过热器出口汽温作为训练样本TX,采样时间为60s;
(3)对训练样本TX进行预处理,使其各变量的均值为0,得到输入矩阵X∈RN×n;具体步骤如下:
其中,TX为训练样本,n为变量数,N为训练样本数,本例中,对过热汽温预测模型的输入输出数据进行零均值化处理,有利于提高辨识精度;
(4)建立过热汽温预测Hammerstein非线性辨识模型,确定需要辨识的参数,具体步骤如下:
(4-1)建立过热汽温预测Hammerstein非线性辨识模型:设定模型的输入u(t) 经输入非线性子模块变换后形成线性子模块的输入如式(1);再根据式(2) 将经线性子模块变换形成中间变量x(t),根据式(3)将白噪声v(t)经噪声子模块变换形成噪声输出w(t);最后将x(t)和w(t)经过求和运算后得到模型输出y(t),如图3 所示,如式(4),
上述公式中各符号的含义:t表示时间变量;u(t)为模型的输入,即t时刻末级过热器入口蒸汽温度;y(t)为模型的输出,即t时刻末级过热器出口蒸汽温度;x(t)为中间变量;w(t)为不可测的中间信号;v(t)是一个均值为0、方差为σ2的白噪声;
其中,式(1)中的cn,{n=1,2,…,m}是非线性部分的参数;z-1为单位延迟算子,满足z-1y(t)=y(t-1),A(z-1)、B(z-1)为z-1的常数多项式,具体定义为: A(z-1)=1+a1z-1+a2z-2+…+anz-n,B(z-1)=b1z-1+b2z-2+…+bnz-n,其中,多项式系数ai,bi是需要估计的未知参数,假定模型阶次n已知;式(1)表示静态非线性部分,式(2) 表示动态线性部分,式(3)表示噪声输出部分。
(4-2)将式(4)的两边乘以A(z-1),则式(4)可以改写为:
(4-3)根据式(6)建立过热汽温预测Hammerstein非线性辨识模型的输出y(t):
其中,多项式系数ai,bi,ci是需要估计的未知参数,假定模型阶次n已知。
(4-4)根据式(7)得到过热汽温预测Hammerstein非线性辨识模型:
进一步:
ψ0(t)=[-y(t-1),-y(t-2),…,-y(t-n)]T∈Rn
ψj(t)=[f1(u(t-j)),f2(u(t-j)),…,fm(u(t-j))]T∈Rm,j=1,2,…,n
θ为系统的参数向量,表示为:
θ=[aT,b1cT,b2cT,…,bncT]T∈Rn+mn
进一步:
a=[a1,a2,…,an]T∈Rn
c=[c1,c2,…,cm]T∈Rm
(5)构建多新息随机梯度的辨识流程来获得模型参数,如图2所示,具体包括以下步骤:
(5-2)采集预处理过的末级过热器入口蒸汽温度作为输入数据,出口蒸汽温度为输出数据,对输入输出数据{u(t),y(t)}进行存储;
(5-3)令时间变量t=1,给定各参数初始值;
具体为:
其中,ψ0(t)=[-y(t-1),-y(t-2),…,-y(t-n)]T∈Rn
ψj(t)=[f1(u(t-j)),f2(u(t-j)),…,fm(u(t-j))]T∈Rm,j=1,2,…,n
Y(p,t)=[y(t),y(t-1),…,y(t-p+1)]T (9)
(5-5)计算E(p,t)、r(t),其中E(p,t)表示新息向量,1/r(t)表示步长;
具体为:
根据式(11)计算E(p,t),根据式(12)计算r(t);
(5-6)根据式(13)更新参数估计;
步骤(5)中各变量的定义如下:
定义t为时间变量;定义为信息向量,Y(p,t)为堆积输出向量,Φ(p,t)为信息矩阵,E(p,t)为新息向量;定义L为最大数据长度;定义输入量为u(t),输出量为y(t);定义θ为参数向量;定义为t时刻参数θ的估计值;
(6)将待预测末级过热器入口汽温数据输入到参数辨识后的热汽温预测Hammerstein非线性辨识模型中得到末级过热器出口汽温预测数据,完成过热汽温的预测。
以上所述为本发明的一种较佳实施方式,不能以此来限定本发明之权力范围,因此依本发明权利要求所作的等同变化,仍属本发明所涵盖的范围。
Claims (10)
1.一种基于多新息随机梯度优化的过热汽温预测方法,其特征在于,包括以下步骤:
1)按机组负荷划分工况,并将各工况下机组正常运行时的末级过热器入口汽温和末级过热器出口汽温数据作为训练样本TX;
2)对训练样本TX进行预处理,使其各变量的均值为0,得到输入矩阵X∈RN×n;
3)构建过热汽温预测Hammerstein非线性辨识模型并确定需要辨识的模型参数;
4)采用多新息随机梯度辨识方法对需要辨识的模型参数进行辨识;
5)将待预测末级过热器入口汽温数据输入到参数辨识后的过热汽温预测Hammerstein非线性辨识模型中得到末级过热器出口汽温预测数据,完成过热汽温的预测。
2.根据权利要求1所述的一种基于多新息随机梯度优化的过热汽温预测方法,其特征在于,所述的步骤1)中,选择满负荷的20%作为负荷段选取原则,从满负荷的45%~100%区间内确定3个典型工况,并获取对应工况下的末级过热器入口汽温和末级过热器出口汽温数据。
9.根据权利要求8所述的一种基于多新息随机梯度优化的过热汽温预测方法,其特征在于,所述的过热汽温预测Hammerstein非线性辨识模型的表达式为:
ψ0(t)=[-y(t-1),-y(t-2),…,-y(t-n)]T∈Rn
ψj(t)=[f1(u(t-j)),f2(u(t-j)),…,fm(u(t-j))]T∈Rm,j=1,2,…,n
θ=[aT,b1cT,b2cT,…,bncT]T∈Rn+mn
a=[a1,a2,…,an]T∈Rn
c=[c1,c2,…,cm]T∈Rm
10.根据权利要求9所述的一种基于多新息随机梯度优化的过热汽温预测方法,其特征在于,所述的步骤4)包括以下步骤:
41)多新息随机梯度的辨识算法的初始化;
42)将预处理后的末级过热器入口蒸汽温度作为输入数据,出口蒸汽温度作为输出数据;
43)令时间变量t=1,并给定各参数的初始值;
Y(p,t)=[y(t),y(t-1),…,y(t-p+1)]T
其中,p为新息长度;
45)计算新息向量E(p,t)和步长的倒数r(t),则有:
46)更新参数估计;
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Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN112668120A (zh) * | 2020-12-30 | 2021-04-16 | 无锡商业职业技术学院 | 机械传动系统非线性三明治模型辅助模型多新息随机梯度在线辨识方法 |
Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US20110125686A1 (en) * | 2009-11-24 | 2011-05-26 | Al-Duwaish Hussain N | Method for identifying Hammerstein models |
US20110125687A1 (en) * | 2009-11-24 | 2011-05-26 | Al-Duwaish Hussain N | Method for hammerstein modeling of steam generator plant |
CN102331772A (zh) * | 2011-03-30 | 2012-01-25 | 浙江省电力试验研究院 | 一种直流百万机组过热汽温异常预警与故障诊断方法 |
CN102840571A (zh) * | 2012-09-20 | 2012-12-26 | 贵州电力试验研究院 | 基于子空间辨识的火力电站锅炉输出过热蒸汽的预报方法 |
-
2020
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Patent Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US20110125686A1 (en) * | 2009-11-24 | 2011-05-26 | Al-Duwaish Hussain N | Method for identifying Hammerstein models |
US20110125687A1 (en) * | 2009-11-24 | 2011-05-26 | Al-Duwaish Hussain N | Method for hammerstein modeling of steam generator plant |
CN102331772A (zh) * | 2011-03-30 | 2012-01-25 | 浙江省电力试验研究院 | 一种直流百万机组过热汽温异常预警与故障诊断方法 |
CN102840571A (zh) * | 2012-09-20 | 2012-12-26 | 贵州电力试验研究院 | 基于子空间辨识的火力电站锅炉输出过热蒸汽的预报方法 |
Non-Patent Citations (3)
Title |
---|
DING FENG 等: "Identification methods for Hammerstein nonlinear systems", 《DIGITAL SIGNAL PROCESSING》, vol. 21, no. 2, pages 215 - 238, XP028134070, DOI: 10.1016/j.dsp.2010.06.006 * |
丁锋: "系统辨识(6)多新息辨识理论与方法", 《南京信息工程大学学报(自然科学版)》, vol. 4, no. 1, pages 1 - 28 * |
范伟 等: "Hammerstein非线性系统参数估计分离的三种方法", 《科学技术与工程》, no. 6, pages 1586 - 1589 * |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN112668120A (zh) * | 2020-12-30 | 2021-04-16 | 无锡商业职业技术学院 | 机械传动系统非线性三明治模型辅助模型多新息随机梯度在线辨识方法 |
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