基于自校正LS-SVM的電廠鍋爐煙氣含氧量軟測量系統(tǒng)

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1、第12期唐振浩等．基于自校正LS-SVM的電廠鍋爐煙氣含氧量軟測量系統(tǒng)基于自校正LS—SVM的電廠鍋爐煙氣含氧量軟測量系統(tǒng)唐振浩段潔曹生現(xiàn)王恭(東北電力大學(xué)自動(dòng)化工程學(xué)院，吉林吉林132012)摘要電站鍋爐煙氣舍氧量(BFGOC)能夠直接反映鍋爐的運(yùn)行狀態(tài)，是節(jié)能減排和鍋爐控制的重要指標(biāo)。針對傳統(tǒng)測量方法成本昂貴及使用壽命短等缺陷，提出一種基于自校正最小二乘支持向量機(jī)(LS—SVM)的電廠鍋爐煙氣含氧量軟測量方法，首先結(jié)合機(jī)理分析和數(shù)據(jù)相關(guān)性分析選取相關(guān)過程變量，然后設(shè)計(jì)差分進(jìn)化算法針對問題特點(diǎn)優(yōu)化LS·SVM算法參數(shù)，保證測量精度。實(shí)驗(yàn)結(jié)果

2、表明其最大測量誤差絕對值低于0．07，相對誤差低于3％，滿足實(shí)際生產(chǎn)需要。關(guān)鍵詞煙氣含氧量鍋爐軟測量最小二乘支持向量機(jī)差分進(jìn)化算法中圖分類號TH865文獻(xiàn)標(biāo)識碼A文章編號1000—3932(2015)12-128l旬4根據(jù)國家能源局2015年發(fā)布的信息，我國2014年火力發(fā)電設(shè)備容量為91615萬千瓦，約占全口徑發(fā)電設(shè)備容量的67．32％，這說明火力發(fā)電仍然是我國當(dāng)前最主要的發(fā)電方式?；痣姀S鍋爐生產(chǎn)過程的重要指標(biāo)是鍋爐煙氣含氧量，煙氣含氧量過高鍋爐熱效率會降低，煙氣含氧量過低則煤炭不能完全燃燒，影響鍋爐熱效率的同時(shí)也容易造成排放物超標(biāo)‘1。。

3、因此控制火電廠鍋爐煙氣含氧量在合理范圍內(nèi)，保持鍋爐在最佳的運(yùn)行狀態(tài)，是電廠降低燃料消耗和污染排放的重要手段。為了實(shí)現(xiàn)火電廠鍋爐煙氣含氧量的高精度控制，就要實(shí)時(shí)高精度獲取相關(guān)的檢測信息。目前常用的煙氣含氧量檢測方法有：磁式氧氣傳感器和氧化錯(cuò)氧氣傳感器。這兩類傳感器的安裝環(huán)境高溫高噪聲，所以經(jīng)常要校正或更換傳感器，而且檢測結(jié)果的傳輸也比較滯后。為了解決傳統(tǒng)傳感器技術(shù)的不足，軟測量技術(shù)成為火電廠鍋爐煙氣含氧量控制的重要技術(shù)之一舊’3I。盧洪波等對電站鍋爐飛灰含碳量進(jìn)行建模估計(jì)H’51，李少華等對鍋爐煙氣中CO的含量基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行建?！?；在鍋爐煙

4、氣含氧量軟測量方面，湛騰西、袁俊文及韓璞等分別提出改進(jìn)的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)方法進(jìn)行建模，并取得了一定的成果o。?；王剛等采用差分進(jìn)化和序列最小優(yōu)化算法(SequentialMinimalOptimization，SMO)相結(jié)合的方法實(shí)現(xiàn)煙氣含氧量的軟測量¨引。文獻(xiàn)[11一14]分別設(shè)計(jì)了基于支持向量機(jī)和最小二乘支持向量機(jī)的軟測量方法。這些方法雖然都取得了一定的成果，但在測量精度方面仍有改進(jìn)空間。為此，筆者提出一種基于差分進(jìn)化算法的自校正LS．SVM算法建立軟測量模型，首先根據(jù)已有經(jīng)驗(yàn)和實(shí)際數(shù)據(jù)分析選取適當(dāng)?shù)倪^程變量，并考慮含氧量變化的時(shí)序特點(diǎn)建立建模數(shù)

5、據(jù)庫；然后根據(jù)問題特點(diǎn)，采用差分進(jìn)化算法校正LS—SVM參數(shù)；對差分進(jìn)化算法進(jìn)行改進(jìn)，改善算法局部尋優(yōu)能力，獲取更高的測量精度；最后對該方法進(jìn)行了驗(yàn)證。1建模數(shù)據(jù)選取1．1電廠鍋爐生產(chǎn)過程電廠鍋爐生產(chǎn)過程具有強(qiáng)非線性及時(shí)變性等特點(diǎn)，其生產(chǎn)過程可以簡單概括為進(jìn)料、燃燒和廢氣排放3個(gè)部分，如圖l所示。在進(jìn)料過程中，被磨煤機(jī)研磨成的煤粉經(jīng)一次風(fēng)機(jī)通過管道送入給粉機(jī)，煤粉經(jīng)過給煤機(jī)送人爐膛燃燒。燃燒過程產(chǎn)生的熱量將爐內(nèi)水冷壁中的水加熱形成水蒸氣。燃燒結(jié)束后產(chǎn)生的煙氣經(jīng)引風(fēng)機(jī)排出。收稿日期：2015—10-13(修改稿)基金項(xiàng)目：國家自然科學(xué)基金資助項(xiàng)

6、目(61500307251376042)；吉林市科技發(fā)展計(jì)劃項(xiàng)目(201464047)化工自動(dòng)化及儀表第42卷+煙7C+給水一煤粉一空氣+其他過程變量圖I電廠鍋爐生產(chǎn)過程簡圖1．2煙氣含氧量數(shù)據(jù)分析電廠鍋爐生產(chǎn)過程復(fù)雜，通過機(jī)理分析可知對煙氣含氧量影響較大的因素有給水流量、燃料量、主蒸汽流量、主蒸汽壓力、送風(fēng)量、引風(fēng)量、送風(fēng)機(jī)電流、引風(fēng)機(jī)電流、機(jī)組負(fù)荷、再熱蒸汽溫度及排煙溫度等。由于爐況和實(shí)際生產(chǎn)環(huán)境的不同，這些影響因素與煙氣含氧量在實(shí)際生產(chǎn)過程中的相互關(guān)系也不穩(wěn)定。針對不同爐況，用現(xiàn)場采集數(shù)據(jù)進(jìn)行相關(guān)性分析，采用Pearson相關(guān)性分析法對

7、影響因素和煙氣含氧量之間的相關(guān)性進(jìn)行分析，同時(shí)對實(shí)際生產(chǎn)數(shù)據(jù)進(jìn)行相關(guān)性分析，從分析結(jié)果中選取0．01和0．05水平顯著相關(guān)的變量作為建模輸入量。選取主蒸汽壓力、機(jī)組負(fù)荷、排煙溫度、引風(fēng)機(jī)電流、送風(fēng)量、給水流量、爐膛負(fù)壓、爐膛溫度和再熱器溫度作為所研究鍋爐的主要影響因素；由于溫度變化具有時(shí)序特征，某一時(shí)刻溫度與前Ⅳ時(shí)刻的溫度相關(guān)，經(jīng)過相關(guān)性分析，在實(shí)驗(yàn)中選取J7、r為5。在此共選取了14個(gè)參數(shù)作為輸入變量構(gòu)造鍋爐煙氣含氧量軟測量模型。2煙氣含氧量數(shù)據(jù)解析建模2．1數(shù)據(jù)預(yù)處理實(shí)際生產(chǎn)中獲取的數(shù)據(jù)存在噪聲數(shù)據(jù)和數(shù)據(jù)缺失現(xiàn)象，為此采取相應(yīng)的處理方法：

8、a．對數(shù)據(jù)中的噪聲進(jìn)行處理。對建模時(shí)間段內(nèi)不同參數(shù)的數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，計(jì)算各參數(shù)的期望肛和標(biāo)準(zhǔn)差盯。根據(jù)拉依達(dá)準(zhǔn)則，將數(shù)值中在[肛一3tr，p+3tr]區(qū)間之外的數(shù)