本發(fā)明涉及鍋爐燃燒效率優(yōu)化領(lǐng)域，尤其是一種基于球樹最近鄰搜索的火電鍋爐燃燒效率優(yōu)化方法。

背景技術(shù)：

1、火電發(fā)電過程中，鍋爐燃燒效率是影響能源利用率的關(guān)鍵因素。提高鍋爐燃燒效率可以顯著提高電廠的經(jīng)濟效益，因此鍋爐燃燒效率優(yōu)化具有重要意義。然而，受多種因素影響，如燃料種類、燃燒條件、空氣供應(yīng)、負(fù)荷波動等，鍋爐燃燒過程復(fù)雜，燃燒效率優(yōu)化十分具有挑戰(zhàn)性。

2、傳統(tǒng)鍋爐燃燒效率優(yōu)化方法主要基于機理模型，實際操作中十分依賴操作人員的經(jīng)驗。然而，基于機理模型的方法難以適應(yīng)燃燒過程中的動態(tài)變化，導(dǎo)致優(yōu)化效果不佳。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的在于解決火電廠鍋爐效率的實時優(yōu)化問題，提供一種基于球樹最近鄰搜索的火電鍋爐燃燒效率優(yōu)化方法，本發(fā)明提出的方法可以快速定位歷史最優(yōu)的參數(shù)組合，適應(yīng)燃燒工況的快速變換，具有較強的適應(yīng)性，適用于火電廠的鍋爐效率優(yōu)化。

2、本發(fā)明提供的具體技術(shù)方案如下：

3、一種基于球樹最近鄰搜索的火電鍋爐燃燒效率優(yōu)化方法，其包括如下步驟：

4、s1、從電廠的dcs系統(tǒng)中采集鍋爐系統(tǒng)的相關(guān)特征參數(shù)數(shù)據(jù)，并建立歷史案例數(shù)據(jù)庫；

5、s2、采用正平衡優(yōu)化方法，將鍋爐出口溫度作為優(yōu)化的目標(biāo)參數(shù)，利用相關(guān)性分析選取和鍋爐出口溫度密切相關(guān)的運行參數(shù)和操作參數(shù)；

6、s3、根據(jù)選取的運行參數(shù)、操作參數(shù)和優(yōu)化目標(biāo)參數(shù)，從歷史案例數(shù)據(jù)庫中抽取數(shù)據(jù)構(gòu)建鍋爐燃燒效率優(yōu)化案例數(shù)據(jù)庫；

7、s4、對鍋爐燃燒效率優(yōu)化案例數(shù)據(jù)庫中數(shù)據(jù)進(jìn)行歸一化處理，采用主成分分析法對數(shù)據(jù)進(jìn)行降維；

8、s5、利用降維后的數(shù)據(jù)訓(xùn)練球樹模型，在線監(jiān)測階段，根據(jù)實時運行參數(shù)，利用球樹最近鄰搜索算法檢索鍋爐燃燒效率優(yōu)化案例數(shù)據(jù)庫中最近的n條案例數(shù)據(jù)；

9、s6、從n條案例數(shù)據(jù)中篩選鍋爐出口溫度大于實時鍋爐出口溫度的數(shù)據(jù)，根據(jù)距離分?jǐn)?shù)和優(yōu)化分?jǐn)?shù)加權(quán)求和，得到最優(yōu)的鍋爐燃燒效率操作參數(shù)。

10、進(jìn)一步地，在步驟s1中，從dcs中采集鍋爐系統(tǒng)的歷史運行數(shù)據(jù)，對采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行初步清洗，去除噪聲、異常值和無效數(shù)據(jù)，構(gòu)建歷史案例數(shù)據(jù)庫。

11、進(jìn)一步地，在步驟s2中，采用正平衡優(yōu)化方法，將鍋爐出口溫度作為主要的優(yōu)化目標(biāo)，利用相關(guān)性分析方法計算各個運行參數(shù)和鍋爐出口溫度之間的相關(guān)系數(shù)，從中選取與鍋爐出口溫度高度相關(guān)的參數(shù)。

12、進(jìn)一步地，在步驟s4中，對鍋爐燃燒效率優(yōu)化案例數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)進(jìn)行min-max歸一化處理，以消除不同參數(shù)量綱之間的影響。

13、進(jìn)一步地，在步驟s5中，利用降維后的數(shù)據(jù)訓(xùn)練球樹模型。具體分為以下步驟：

14、s51、從整個數(shù)據(jù)集開始，找到數(shù)據(jù)集的質(zhì)心，然后確定該質(zhì)心到數(shù)據(jù)集中最遠(yuǎn)點的距離作為球體半徑，形成一個初始的球體，這個球體包含了所有數(shù)據(jù)點，質(zhì)心計算公式如下：

15、

16、其中，xi是球體內(nèi)的點，n是球體內(nèi)的點數(shù)。球體半徑計算公式如下：

17、

18、其中，||xi-c||表示xi到c的歐氏距離；

19、s52、對于每個球體，如果數(shù)據(jù)點數(shù)目超過某個閾值或者達(dá)到了樹的最大深度，則將球體劃分為兩個子球體：選擇兩個最遠(yuǎn)的點作為分裂點；將數(shù)據(jù)點分配到離其較近的分裂點的球體中，從而形成兩個新的子球體，每個子球體形成一個新的節(jié)點；對每個子球體重復(fù)上述過程，直到球體內(nèi)的數(shù)據(jù)點數(shù)目小于閾值或達(dá)到樹的最大深度；

20、s53、在在線監(jiān)測階段，實時采集鍋爐的運行參數(shù)，并將這些實時參數(shù)輸入球樹模型中，通過球樹最近鄰搜索算法，在鍋爐燃燒效率優(yōu)化案例數(shù)據(jù)庫中檢索與當(dāng)前運行工況最相似的n條案例數(shù)據(jù)；

21、進(jìn)一步地，s6中，從檢索到的n條案例數(shù)據(jù)中篩選出鍋爐出口溫度大于當(dāng)前實時鍋爐出口溫度的案例數(shù)據(jù)，然后根據(jù)每條案例數(shù)據(jù)的距離分?jǐn)?shù)和優(yōu)化分?jǐn)?shù)進(jìn)行加權(quán)求和計算；距離分?jǐn)?shù)用于評估案例數(shù)據(jù)與當(dāng)前工況的相似度，優(yōu)化分?jǐn)?shù)則衡量每個案例數(shù)據(jù)的優(yōu)化效果；最終，根據(jù)加權(quán)求和的結(jié)果，選出最優(yōu)的鍋爐燃燒效率操作參數(shù)，指導(dǎo)實際操作調(diào)整，提升鍋爐的燃燒效率和運行經(jīng)濟性；具體計算公式如下：

22、score＝d+α*(-target)

23、其中，d是實時樣本與最近鄰樣本之間的距離，target是最近鄰樣本與實時樣本優(yōu)化目標(biāo)變量的差值。

24、本發(fā)明相對于現(xiàn)有技術(shù)而言，具有以下有益效果：

25、本發(fā)明提出的一種基于相關(guān)性分析和球樹最近鄰搜索算法的火電鍋爐燃燒效率優(yōu)化方法，能夠顯著提高鍋爐燃燒效率，并適應(yīng)多變的工況條件。相比傳統(tǒng)的基于機理模型的優(yōu)化方法，本發(fā)明通過相關(guān)性分析篩選關(guān)鍵運行參數(shù)，并利用球樹最近鄰搜索算法快速定位歷史最優(yōu)的參數(shù)組合，確保優(yōu)化過程的高效性和準(zhǔn)確性。本發(fā)明減少了對操作人員經(jīng)驗的依賴，還能夠快速響應(yīng)燃燒條件的變化，保持高效的燃燒狀態(tài)，適應(yīng)性強，通用性廣，具有廣泛的工業(yè)應(yīng)用潛力。

技術(shù)特征：

1.一種基于球樹最近鄰搜索的火電鍋爐燃燒效率優(yōu)化方法，其特征在于，包括如下步驟：

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于球樹最近鄰搜索的火電鍋爐燃燒效率優(yōu)化方法，其特征在于，在步驟s1中，從dcs系統(tǒng)中采集鍋爐系統(tǒng)的歷史運行數(shù)據(jù)，對采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行初步清洗，去除噪聲、異常值和無效數(shù)據(jù)，構(gòu)建歷史案例數(shù)據(jù)庫。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于球樹最近鄰搜索的火電鍋爐燃燒效率優(yōu)化方法，其特征在于，在步驟s2中，采用正平衡優(yōu)化方法，將鍋爐出口溫度作為主要的優(yōu)化目標(biāo)，利用相關(guān)性分析方法計算各個運行參數(shù)和鍋爐出口溫度之間的相關(guān)系數(shù)，從中選取與鍋爐出口溫度高度相關(guān)的參數(shù)。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于球樹最近鄰搜索的火電鍋爐燃燒效率優(yōu)化方法，其特征在于，在步驟s4中，對鍋爐燃燒效率優(yōu)化案例數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)進(jìn)行min-max歸一化處理，以消除不同參數(shù)量綱之間的影響。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于球樹最近鄰搜索的火電鍋爐燃燒效率優(yōu)化方法，其特征在于，在步驟s5中，利用降維后的數(shù)據(jù)訓(xùn)練球樹模型，具體分為以下步驟：

6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于球樹最近鄰搜索的火電鍋爐燃燒效率優(yōu)化方法，其特征在于，在步驟s6中，從檢索到的n條案例數(shù)據(jù)中篩選出鍋爐出口溫度大于當(dāng)前實時鍋爐出口溫度的案例數(shù)據(jù)，然后根據(jù)每條案例數(shù)據(jù)的距離分?jǐn)?shù)和優(yōu)化分?jǐn)?shù)進(jìn)行加權(quán)求和計算；距離分?jǐn)?shù)用于評估案例數(shù)據(jù)與當(dāng)前工況的相似度，優(yōu)化分?jǐn)?shù)則衡量每個案例數(shù)據(jù)的優(yōu)化效果；最終，根據(jù)加權(quán)求和的結(jié)果，選出最優(yōu)的鍋爐燃燒效率操作參數(shù)，指導(dǎo)實際操作調(diào)整，提升鍋爐的燃燒效率和運行經(jīng)濟性；具體計算公式如下：

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明公開一種基于球樹最近鄰搜索的火電鍋爐燃燒效率優(yōu)化方法，通過相關(guān)性分析，篩選出影響燃燒效率的關(guān)鍵參數(shù)，隨后，利用球樹最近鄰搜索算法在多維參數(shù)空間中找到歷史最優(yōu)的運行參數(shù)，從而實現(xiàn)燃燒效率優(yōu)化。本發(fā)明可以快速定位歷史最優(yōu)的參數(shù)組合，適應(yīng)燃燒工況的快速變換，具有較強的適應(yīng)性，適用于火電廠的鍋爐效率優(yōu)化。

技術(shù)研發(fā)人員：闕子俊,泮恒拓
受保護(hù)的技術(shù)使用者：浙江大學(xué)湖州研究院
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/12/17