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专利号: 2018114059013
申请人: 东北电力大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
专利领域: 计算;推算;计数
更新日期:2023-12-11
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种火电厂锅炉烟气含氧量软测量方法,其特征在于:包括以下步骤:步骤1:获取火电厂锅炉工作的历史数据,得到锅炉工作历史数据集合

其中, 为第i个样本中的过程参数,n为过程参数的个数,

Yi为第i个样本的烟气含氧量,M为数据集合中样本的个数;

其中,所述过程参数包括省煤器入口给水温度、省煤器出口给水温度、省煤器入口烟气压力A侧、省煤器入口烟气压力B侧、省煤器出口烟气压力A侧、省煤器出口烟气压力B侧、炉侧主蒸汽压力、主蒸汽温度、主蒸汽流量、炉膛烟气压力、高压给水压力、高压给水温度、机组负荷、引风机挡板开度、送风挡板开度、给煤量、一次风流量、二次风流量、送风机流量、总风量、给水流量、一次风出口风温、二次风出口风温、炉膛温度;

步骤2:采用Min‑Max方法对数据集合DATA中的过程参数进行归一化处理,得到归一化处理的数据集合 其中, 为归一化之后的第i个样本的过程参数;

步骤3:将集合NDATA中的过程参数分为控制变量和状态变量,得到控制变量数据集合和状态变量数据集合 其中, 为归一化后的第i样本的控制变量, 为归一化后的第i样本的状态变量,k、l分别为控制变量和状态变量的个数,k+l=n;

其中,所述控制变量包括给煤量、一次风流量、二次风流量、送风机流量、总风量、给水流量、引风机挡板开度、送风挡板开度;状态变量包括主蒸汽流量、机组负荷、省煤器入口给水温度、省煤器出口给水温度、省煤器入口烟气压力A侧、省煤器入口烟气压力B侧、省煤器出口烟气压力A侧、省煤器出口烟气压力B侧、炉侧主蒸汽压力、主蒸汽温度、炉膛烟气压力、高压给水压力、高压给水温度、一次风风温、二次风风温、炉膛温度;

步骤4:采用岭回归方法对状态变量数据集合SDATA进行特征选取,按照岭迹法,选取岭参数K=0.1,再按照岭回归选择变量的准则,选取与烟气含氧量强相关的状态变量,经过特g g征选取后得到的数据集合为FDATA={(Fi ,Yi)|i=1,2,...,M},其中,Fi 为第i个样本的状态变量,g为特征选取后状态变量的个数;

步骤5:将控制变量数据集CDATA划分为控制变量训练集

和控制变量测试集 其

中, 为TDATA1中第q个训练样本的输入变量, 为MDATA1中第r个测试样本的输入变量,Yq为TDATA1中第q个训练样本的烟气含氧量, 为MDATA1中第r个测试样本的烟气含氧量,烟气含氧量为控制变量训练集和测试集的输出变量,Q、R分别为控制变量训练集样本个数和控制变量测试集样本个数;

将特征选取 后的状态变量数据集FDATA也划分为状态变量训练集

和状态变量测试集

其中, 为TDATA2中第q个样本的输入变量, 为MDATA2中第r个样本的输入变量,Yq为TDATA2中第q个样本的烟气含氧量, 为MDATA2中第r个样本的烟气含氧量,烟气含氧量为状态变量训练集和测试集的输出变量,状态变量训练集样本个数和状态变量测试集样本个数也为Q和R;

步骤6:分别使用控制变量和状态变量的训练集训练深度置信网络模型,即DBN,得到控制变量模型与状态变量模型;

所述控制变量模型的建模步骤如下:

步骤6‑1:将TDATA1中输入变量作为DBN的输入,采用逐层贪婪无监督的方法对深度置信网络进行预训练;

步骤6‑2:随机初始化参数;所初始化参数包括网络结构的权值矩阵W的所有元素ωij、可视层偏置向量a和隐含层偏置向量b;

步骤6‑3:利用对比散度算法依次训练RBM,依次充分计算每个RBM连接权值与偏置,并且堆叠达到DBN的最大层;

步骤6‑4:更新网络的权值和可视层与隐含层的偏置;

步骤6‑5:利用DBN最顶层的BP进行有监督的反向微调寻优,得到最终的控制变量模型,如式(4)所示;

fct=f(X1,θ1)    (4)

其中,fct表示基于DBN的控制变量模型的第t个样本的预测值,X1表示控制变量,θ1=(W1,c1),W1表示控制变量模型的网络权值矩阵,c1表示控制变量模型的偏置,控制变量模型的偏置包括可视层和隐含层的偏置;

所述状态变量模型的建模步骤如下:

将步骤6‑1中训练集转换为状态变量的训练数据集TDATA2,执行步骤6‑1到步骤6‑5相同的方法,得到最终的状态变量模型,如式(5)所示;

fst=f(X2,θ2)    (5)

其中,fst表示基于DBN的状态变量模型的第t个样本的预测值,X2表示状态变量,θ2=(W1′,c1′),W1′表示状态变量模型的网络权值矩阵,c1′表示状态变量模型的偏置,状态变量模型的偏置包括可视层和隐含层的偏置;

步骤7:将步骤6得到的控制变量模型和状态变量模型进行非线性组合,得到最终的烟气含氧量组合预测模型,如式(6)所示;利用该模型进行火电厂锅炉烟气含氧量软测量;

其中, 表示组合预测模型的第t个样本的预测值;ε1、ε2、ε3、ε4、ε5是模型的系数,根据控制变量模型和状态变量模型的训练集的计算结果,通过最小二乘法求解得到模型系数。

2.根据权利要求1所述的火电厂锅炉烟气含氧量软测量方法,其特征在于:所述步骤6‑

4中网络权值、隐含层与可视层偏置的更新公式分别如式(1)、(2)、(3)所示:[ωij]z+1=λ[ωij]z+η(data‑mod el)    (1)[ai]z+1=λ[ai]z+η(data‑model)    (2)[bj]z+1=λ[bj]z+η(data‑model)    (3)其中,ωij是第i个可视层单元到第j个隐含层单元的权值向量,vi与hj分别表示第i个可视层单元的状态和第j个隐含层单元的状态,v′i与h′j分别表示重构模型的可视层和隐含层的状态,ai为可视层的偏置向量,bj为隐含层的偏置向量,z代表第z次迭代,λ是动量因子,η为学习因子,<·>data表示实际数据的输出期望,<·>model表示RBM重构模型的输出期望。