本發(fā)明涉及主汽溫控制，特別是一種火電機(jī)組主蒸汽溫度控制方法。

背景技術(shù)：

1、在火電機(jī)組運行過程中，主蒸汽溫度直接影響機(jī)組運行效率和設(shè)備安全性，磨煤機(jī)作為鍋爐燃料供應(yīng)的核心設(shè)備，其啟停過程中燃料供給狀態(tài)發(fā)生顯著變化，直接影響鍋爐燃燒條件，進(jìn)而對主蒸汽溫度產(chǎn)生擾動，這種擾動多表現(xiàn)為二級減溫前蒸汽溫度和主蒸汽溫度的劇烈波動，進(jìn)一步影響汽輪機(jī)運行的穩(wěn)定性和設(shè)備壽命。

2、傳統(tǒng)的主蒸汽溫度控制方法多采用串級控制系統(tǒng)，結(jié)合前饋反饋環(huán)節(jié)實現(xiàn)調(diào)節(jié)，控制邏輯以主蒸汽溫度為核心目標(biāo)，依靠減溫水系統(tǒng)動作，通過監(jiān)測減溫前蒸汽溫度、給煤量和燃燒狀態(tài)等變量，為減溫水系統(tǒng)提供前饋信號，并通過主蒸汽溫度反饋信號調(diào)整控制器輸出；串級控制結(jié)構(gòu)中，主回路負(fù)責(zé)調(diào)整總體溫度偏差，副回路精細(xì)控制減溫水流量。

3、然而，在磨煤機(jī)啟停過程中，由于燃燒系統(tǒng)燃料供給和鍋爐熱負(fù)荷變化劇烈，鍋爐燃燒動態(tài)響應(yīng)慣性較大，前饋信號難以及時反映擾動；同時，傳統(tǒng)反饋控制依賴溫度偏差動作，存在滯后性，難以應(yīng)對快速變化的溫度擾動；此外，鍋爐燃燒過程具有顯著非線性和復(fù)雜耦合關(guān)系，簡單的串級控制難以實現(xiàn)精準(zhǔn)控制，盡管通過增加前饋信號來源和優(yōu)化pid參數(shù)可提升響應(yīng)速度和魯棒性，但這些改進(jìn)無法根本解決磨煤機(jī)啟停時主蒸汽溫度的波動問題，因此亟需一種火電機(jī)組主蒸汽溫度控制方案來解決此類問題。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、鑒于上述現(xiàn)有存在的問題，提出了本發(fā)明。

2、本發(fā)明提供了一種火電機(jī)組主蒸汽溫度控制方法解決傳統(tǒng)方法對燃燒擾動響應(yīng)滯后，控制精度和動態(tài)性能不足的問題。

3、為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供如下技術(shù)方案：

4、本發(fā)明實施例提供了一種火電機(jī)組主蒸汽溫度控制方法，其包括，

5、步驟s1，實時采集機(jī)組數(shù)據(jù)，將其歸一化處理后作為輸入變量，結(jié)合歷史機(jī)組數(shù)據(jù)，訓(xùn)練長短時記憶網(wǎng)絡(luò)lstm模型建立主蒸汽溫度動態(tài)預(yù)測模型；

6、lstm模型通過時間序列學(xué)習(xí)鍋爐動態(tài)特性，提前預(yù)測主蒸汽溫度變化趨勢，得到預(yù)測結(jié)果；

7、步驟s2，將步驟s1的預(yù)測結(jié)果與實時監(jiān)測的主蒸汽溫度進(jìn)行對比，生成偏差信號；

8、步驟s3，基于偏差信號，調(diào)整噴射減溫水的控制策略；

9、步驟s4，基于步驟s1的預(yù)測結(jié)果輔助燃燒控制。

10、作為本發(fā)明所述一種火電機(jī)組主蒸汽溫度控制方法的一種優(yōu)選方案，其中：所述機(jī)組數(shù)據(jù)包括給煤量、主蒸汽壓力以及減溫前蒸汽溫度數(shù)據(jù)；

11、步驟s1中，還額外監(jiān)測磨煤機(jī)啟停時的入口風(fēng)量和煤粉濃度變化，將其作為動態(tài)變量輸入主蒸汽溫度動態(tài)預(yù)測模型。

12、作為本發(fā)明所述一種火電機(jī)組主蒸汽溫度控制方法的一種優(yōu)選方案，其中：所述結(jié)合歷史機(jī)組數(shù)據(jù)，訓(xùn)練長短時記憶網(wǎng)絡(luò)lstm模型建立主蒸汽溫度動態(tài)預(yù)測模型的步驟為，

13、定義lstm模型的輸入變量，輸入變量為xt：

14、xt＝(at,bt,ct)，

15、其中，xt表示t時刻的輸入變量，at表示給煤量，bt表示主蒸汽壓力，ct表示減溫前蒸汽溫度，

16、lstm模型的隱藏狀態(tài)更新公式為：

17、ht＝σ(wh·[ht-1,xt]+bh)，

18、其中，ht表示t時刻的隱藏狀態(tài)，σ表示激活函數(shù)，wh表示隱藏狀態(tài)的權(quán)重矩陣，[ht-1,xt]表示將前一時刻的隱藏狀態(tài)與當(dāng)前時刻的輸入變量拼接，bh表示隱藏狀態(tài)的偏置項，

19、lstm模型的輸出變量為yt：

20、yt＝σ(wy·ht+by)，

21、其中，yt表示t時刻的輸出變量，即主蒸汽溫度的預(yù)測值，wy表示輸出變量的權(quán)重矩陣，by表示輸出變量的偏置項，

22、定義lstm模型的損失函數(shù)，損失函數(shù)公式為：

23、

24、其中，l表示損失函數(shù)，n表示樣本數(shù)量，yt表示t時刻的預(yù)測值，表示t時刻的實際值，

25、結(jié)合歷史機(jī)組數(shù)據(jù)訓(xùn)練lstm模型，訓(xùn)練公式為：

26、

27、其中，θ表示lstm模型的參數(shù)，θ*表示最優(yōu)參數(shù)，l(θ)表示損失函數(shù)，

28、lstm模型預(yù)測主蒸汽溫度的變化趨勢，預(yù)測公式為：

29、tpred＝f(xfuture)，

30、其中，tpred表示預(yù)測的主蒸汽溫度，f表示lstm模型映射函數(shù)，xfuture表示未來的輸入變量，

31、非線性映射函數(shù)的具體形式為：

32、f(x)＝σ(w·x+b)，

33、其中，w和b分別為權(quán)重矩陣和偏置項，σ為激活函數(shù)，選用relu和sigmoid函數(shù)。

34、作為本發(fā)明所述一種火電機(jī)組主蒸汽溫度控制方法的一種優(yōu)選方案，其中：所述偏差信號反映當(dāng)前溫度變化趨勢，同時用于動態(tài)補(bǔ)償滯后的反饋控制；

35、步驟s2中，將二級減溫后的蒸汽溫度反饋到主控制器，實時校正偏差。

36、作為本發(fā)明所述一種火電機(jī)組主蒸汽溫度控制方法的一種優(yōu)選方案，其中：所述將步驟s1的預(yù)測結(jié)果與實時監(jiān)測的主蒸汽溫度進(jìn)行對比，生成偏差信號的步驟為，

37、計算偏差值，偏差信號計算公式為：

38、

39、其中，et表示t時刻的偏差信號，表示t時刻的實際主蒸汽溫度，yt表示t時刻的預(yù)測主蒸汽溫度，

40、二級減溫后的蒸汽溫度反饋內(nèi)容為t2nd：

41、t2nd＝g(et,t1st)，

42、其中，t2nd表示二級減溫后的蒸汽溫度，g表示反饋函數(shù)，et表示偏差信號，t1st表示一級減溫后的蒸汽溫度，

43、采用pid控制器進(jìn)行控制，pid控制器輸出為：

44、

45、其中，ut表示t時刻pid控制器的輸出，kp、ki、kd分別表示比例、積分、微分系數(shù)，ei表示i時刻的偏差信號，et表示t時刻的偏差信號，

46、基于控制器輸出進(jìn)行實時，校正公式為：

47、tcorrected＝t2nd+ut，

48、其中，tcorrected表示校正后的主蒸汽溫度，t2nd表示二級減溫后的蒸汽溫度，ut表示pid控制器的輸出，

49、定義校正誤差，誤差公式為：

50、εt＝tset-tcorrected，

51、其中，εt表示t時刻的校正誤差，tset表示設(shè)定的主蒸汽溫度，tcorrected表示校正后的主蒸汽溫度，

52、對校正后控制參數(shù)進(jìn)行更新，更新公式為：

53、θctrl＝θctrl-1+α·εt，

54、其中，θctrl表示校正后的控制參數(shù)，θctrl-1表示校正前的控制參數(shù)，α表示學(xué)習(xí)率，εt表示校正誤差。

55、作為本發(fā)明所述一種火電機(jī)組主蒸汽溫度控制方法的一種優(yōu)選方案，其中：所述控制策略包括：

56、在減溫水控制回路中，增加動態(tài)補(bǔ)償算法，使得減溫閥的動作超前于實際溫度變化，

57、根據(jù)溫度變化趨勢調(diào)整減溫水噴射速率和流量，將主蒸汽溫度穩(wěn)定在設(shè)定值附近，

58、在磨煤機(jī)啟停初期，根據(jù)lstm模型預(yù)測的二級減溫前蒸汽溫度變化，提前控制噴汽減溫閥的動作；

59、步驟s2的實時校正通過反饋二級減溫后的蒸汽溫度，校正偏差，目的是彌補(bǔ)實時監(jiān)測和預(yù)測值之間的誤差；

60、步驟s3的控制策略基于偏差信號調(diào)整減溫水噴射，是對減溫水動作的優(yōu)化，旨在提升減溫水系統(tǒng)的動態(tài)響應(yīng)速度和調(diào)節(jié)精準(zhǔn)度。

61、作為本發(fā)明所述一種火電機(jī)組主蒸汽溫度控制方法的一種優(yōu)選方案，其中：所述基于偏差信號，調(diào)整噴射減溫水的控制策略的步驟為，

62、基于偏差信號調(diào)整減溫水噴射速率，調(diào)整公式為：

63、

64、其中，vwater表示減溫水噴射速率，k1、k2分別表示比例和微分系數(shù)，et表示偏差信號，det/dt表示偏差信號的變化率，

65、減溫水流量為qwater：

66、

67、其中，qwater表示減溫水流量，vwater(τ)表示τ時刻的減溫水噴射速率，

68、進(jìn)行動態(tài)補(bǔ)償，動態(tài)補(bǔ)償量為δu：

69、

70、其中，δu表示動態(tài)補(bǔ)償量，k3表示積分系數(shù)，eτ表示τ時刻的偏差信號，

71、進(jìn)行溫水噴射速率調(diào)整，調(diào)整后減溫水噴射速率為：

72、vwater-adj＝vwater+δu，

73、其中，vwater-adj表示調(diào)整后的減溫水噴射速率，vwater表示原始減溫水噴射速率，δu表示動態(tài)補(bǔ)償量；

74、針對磨煤機(jī)啟停初期制定特殊控制策略，該策略的控制方式為：

75、vwater-init＝finit(tpred-2nd)，

76、其中，vwater-init表示磨煤機(jī)啟停初期的減溫水噴射速率，finit表示特殊控制策略函數(shù)，tpred-2nd表示預(yù)測的二級減溫前蒸汽溫度，

77、減溫水噴射速率的限制條件為：

78、vwater-final＝min(max(vwater-adj,vmin),vmax)，

79、其中，vwater-final表示最終的減溫水噴射速率，vwater-adj表示調(diào)整后的減溫水噴射速率，vmin、vmax分別表示減溫水噴射速率的最小值和最大值。

80、作為本發(fā)明所述一種火電機(jī)組主蒸汽溫度控制方法的一種優(yōu)選方案，其中：所述輔助燃燒控制包括：

81、針對磨煤機(jī)啟停過程中的燃燒狀態(tài)變化，聯(lián)動調(diào)節(jié)給煤系統(tǒng)和送風(fēng)系統(tǒng)的工作狀態(tài)；

82、以及調(diào)整燃料與空氣配比。

83、作為本發(fā)明所述一種火電機(jī)組主蒸汽溫度控制方法的一種優(yōu)選方案，其中：所述基于步驟s1的預(yù)測結(jié)果輔助燃燒控制的步驟為，

84、基于預(yù)測結(jié)果對燃燒狀態(tài)進(jìn)行調(diào)整，調(diào)整公式為：

85、acoal＝fcoal(tpred)，

86、其中，acoal表示給煤量的調(diào)整值，fcoal表示給煤量調(diào)整函數(shù)，tpred表示預(yù)測的主蒸汽溫度，

87、基于預(yù)測結(jié)果調(diào)整送風(fēng)量，調(diào)整公式為：

88、aair＝fair(tpred,acoal)，

89、其中，aair表示送風(fēng)量的調(diào)整值，fair表示送風(fēng)量調(diào)整函數(shù)，tpred表示預(yù)測的主蒸汽溫度，acoal表示給煤量的調(diào)整值，

90、燃料與空氣配比的調(diào)整公式為：

91、

92、其中，rfuel-air表示燃料與空氣的配比，acoal表示給煤量的調(diào)整值，aair表示送風(fēng)量的調(diào)整值，kratio表示配比調(diào)整系數(shù)。

93、作為本發(fā)明所述一種火電機(jī)組主蒸汽溫度控制方法的一種優(yōu)選方案，其中：所述基于步驟s1的預(yù)測結(jié)果輔助燃燒控制的步驟還包括：

94、定義燃燒效率的優(yōu)化目標(biāo)為ηopt：

95、ηopt＝max(η(rfuel-air))，

96、其中，ηopt表示最優(yōu)燃燒效率，η(rfuel-air)表示燃料與空氣配比下的燃燒效率函數(shù)，

97、燃燒效率計算公式為：

98、

99、其中，η表示燃燒效率，qout表示鍋爐輸出的有效熱量，qin表示輸入的燃料熱量，

100、鍋爐熱效率的調(diào)整公式為：

101、ηboiler＝ηbase+δη，

102、其中，ηboiler表示調(diào)整后的鍋爐熱效率，ηbase表示基礎(chǔ)鍋爐熱效率，δη表示熱效率的調(diào)整量，該調(diào)整量基于燃燒效率的優(yōu)化結(jié)果。

103、本發(fā)明有益效果為：本發(fā)明，引入長短時記憶網(wǎng)絡(luò)lstm模型進(jìn)行主蒸汽溫度的動態(tài)預(yù)測，通過時間序列學(xué)習(xí)鍋爐的動態(tài)特性，實現(xiàn)溫度變化趨勢的提前捕捉；結(jié)合實時監(jiān)測的主蒸汽溫度與預(yù)測結(jié)果進(jìn)行對比，生成偏差信號反映當(dāng)前溫度變化趨勢，通過二級減溫后的蒸汽溫度反饋到主控制器，并利用pid控制器實時校正偏差，提高主蒸汽溫度的控制精度。

104、本發(fā)明，基于偏差信號調(diào)整噴射減溫水的控制策略，包括增加動態(tài)補(bǔ)償算法使減溫閥動作超前于實際溫度變化，根據(jù)溫度變化趨勢靈活調(diào)整減溫水噴射速率和流量，以及針對磨煤機(jī)啟停初期制定特殊控制策略，提高減溫水響應(yīng)速度，有效減少磨煤機(jī)啟停過程中主蒸汽溫度的波動，提升了機(jī)組運行的穩(wěn)定性和安全性。

105、本發(fā)明，充分利用預(yù)測結(jié)果輔助燃燒控制，聯(lián)動調(diào)節(jié)給煤系統(tǒng)和送風(fēng)系統(tǒng)的工作狀態(tài)，優(yōu)化燃料與空氣的配比，實現(xiàn)燃燒狀態(tài)的精細(xì)化控制，將燃燒效率的優(yōu)化結(jié)果轉(zhuǎn)化為鍋爐熱效率的提升，從而提高了整個鍋爐系統(tǒng)的能效。

106、綜上所述，本發(fā)明所提供的火電機(jī)組主蒸汽溫度控制方法顯著提升了機(jī)組在磨煤機(jī)啟停過程中的溫度控制精度和穩(wěn)定性，為火電機(jī)組的高效、安全運行提供了有力保障。