專利名稱：基于序列模式挖掘的火電廠球磨機制粉系統(tǒng)節(jié)能優(yōu)化方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及火電廠球磨機制粉系統(tǒng)節(jié)能優(yōu)化方法，具體涉及一種基于序列模式挖掘的火電廠球磨機制粉系統(tǒng)節(jié)能優(yōu)化方法。
背景技術(shù)：
我國的燃煤火力發(fā)電廠中，球磨機制粉系統(tǒng)應(yīng)用非常廣泛。由于制粉系統(tǒng)是鍋爐的主要輔助設(shè)備，所以它的安全穩(wěn)定運行會直接影響到整個發(fā)電機組的安全性和可靠性。 同時，球磨機制粉系統(tǒng)的耗電量約占廠用電量的15% 25%，其經(jīng)濟運行直接影響到火電廠的經(jīng)濟效益。但是，目前國內(nèi)大部分火電廠的制粉系統(tǒng)仍然處于依靠工作人員經(jīng)驗的手動控制狀態(tài)。跑粉、漏風、超溫、欠煤、堵煤等現(xiàn)象時有發(fā)生，甚至發(fā)生爆炸事故，造成設(shè)備損壞，發(fā)電機組停運，帶來嚴重的經(jīng)濟損失。在人工操作情況下，為了防止事故發(fā)生，運行人員常常將球磨機調(diào)整在遠低于最佳工作點的位置上運行，雖然這時制粉系統(tǒng)能夠安全運行， 但球磨機出力小，廠用電消耗大，經(jīng)濟效益差。因此，人們一直致力于解決球磨機制粉系統(tǒng)運行的優(yōu)化問題。球磨機制粉系統(tǒng)優(yōu)化就是找到當前運行條件下制粉系統(tǒng)所能達到的最佳工況，即優(yōu)化目標值。而將優(yōu)化目標值作為控制變量的設(shè)定值提供給操作人員或者是自動控制的控制器，則可以使得球磨機制粉系統(tǒng)達到最佳的工作狀態(tài)。因此，對于球磨機制粉系統(tǒng)最佳運行設(shè)定值的尋找也成了球磨機制粉系統(tǒng)節(jié)能優(yōu)化的關(guān)鍵所在。國外火力發(fā)電廠制粉系統(tǒng)的自動化程度較高，計算機控制技術(shù)也得到了普遍的使用，但是國外電廠多采用的是中速磨煤機直吹式制粉系統(tǒng)，與國內(nèi)廣泛采用的球磨機制粉系統(tǒng)結(jié)構(gòu)不同，無法照搬。目前，在我國煤炭、電力能源短缺，安全生產(chǎn)形式依然嚴峻的情況下，提出基于序列模式挖掘的火電廠球磨機制粉系統(tǒng)節(jié)能優(yōu)化方法，對確保發(fā)電企業(yè)的安全、經(jīng)濟運行，具有十分重要的意義，而目前國內(nèi)火電廠球磨機制粉系統(tǒng)的運行設(shè)定值都是根據(jù)制造廠提供的設(shè)計值或通過現(xiàn)場試驗而得到的。然而在實際運行過程中，由于煤質(zhì)變化、鋼球磨損以及機組負荷的變化等，往往會使最佳設(shè)定值發(fā)生漂移。如果定期進行現(xiàn)場試驗，不僅增加運行人員和維護人員的工作強度，還會直接影響到球磨機制粉系統(tǒng)正常的生產(chǎn)運行。因此，很多火電廠采用參考歷史數(shù)據(jù)統(tǒng)計值的方法，即通過對一段時間內(nèi)系統(tǒng)運行指標數(shù)據(jù)進行分析和統(tǒng)計，來得到某些指標的最優(yōu)目標值。但是，由于統(tǒng)計是一個復(fù)雜費時的過程，且原始數(shù)據(jù)是沒有經(jīng)過驗證的，所以統(tǒng)計需要經(jīng)過數(shù)據(jù)驗證、選擇典型數(shù)據(jù)和考慮邊界條件的影響， 然后才能給出應(yīng)答值。由于這一過程繁瑣，采用這種方法的系統(tǒng)一般也不對分析結(jié)果進行經(jīng)常性的更新，使得分析結(jié)果和系統(tǒng)狀態(tài)并不符合。采用變工況熱力計算方法可以確定出當前工況下的最佳設(shè)定值，但該計算結(jié)果會受到計算模型的影響，而且計算得到的都是理論值，在運行中也較難達到。為了解決目前使用方法所存在的問題，人們積極探索了很多先進的優(yōu)化算法。有人提出了球磨機制粉系統(tǒng)的自尋優(yōu)算法，它根據(jù)磨機負荷的變化來判斷球磨機制粉系統(tǒng)是否工作在最佳工況，從而修正控制設(shè)定值。有人提出了預(yù)估比較的動態(tài)步進搜索法，它在控制設(shè)定值起始狀態(tài)的基礎(chǔ)上作一個有限的變化，然后測量由這種改變引起輸出量變化的大小和方向，當辨明方向后，再按需要的方向調(diào)節(jié)被控對象的輸入。這類自尋優(yōu)算法不依賴對象的數(shù)學模型且便于實現(xiàn)，但其尋優(yōu)步長不易確定，使其在具體使用上不甚方便。此外，該類方法同時考慮到邊界條件的變化，目標值的可信度和對運行的指導(dǎo)性。但由于邊界條件眾多，導(dǎo)致目標值曲線在較短的時間內(nèi)難以統(tǒng)計完成。經(jīng)過很長時間，曲線完成后，但曲線上有很多點已經(jīng)偏離了球磨機制粉系統(tǒng)的狀態(tài)。有人提出一種自適應(yīng)穩(wěn)態(tài)工作點優(yōu)化算法，它基于在線辨識的靜態(tài)增益，不斷優(yōu)化設(shè)定值和被控量，尋找最佳工作點。在此基礎(chǔ)上， 有人又做了進一步的研究和分析。雖然該方法既適用于球磨機制粉系統(tǒng)手動運行，又適用于自動運行，但是由于該方法需要估計帶約束系統(tǒng)靜態(tài)增益矩陣的變化，因此不僅步驟較為繁瑣而且對制粉系統(tǒng)的數(shù)學模型的依賴性很大。有人針對自尋優(yōu)方法中步長的選擇，提出一種模糊最優(yōu)控制算法。然而，同樣由于該算法中的隸屬度函數(shù)和模糊規(guī)則仍是根據(jù)專家經(jīng)驗得到，所以該方法也缺乏一定的通用性。有人提出了一種基于遺傳算法的球磨機制粉系統(tǒng)運行優(yōu)化方法。通過遺傳機理在有效參數(shù)調(diào)整范圍內(nèi)搜索系統(tǒng)運行的最優(yōu)值，為現(xiàn)場實際運行提供指導(dǎo)。有人提出了基于支持向量機的方法，利用最小二乘支持向量機對球磨機制粉系統(tǒng)進行建模，然后采用混合遺傳算法對模型尋優(yōu)，以獲得不同工況下制粉單耗的最佳運行方式。遺傳算法和支持向量機建模的方法除了前面提到的一些不足以外，算法本身較為復(fù)雜，在工程上很難得以應(yīng)用。

發(fā)明內(nèi)容
為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)存在的不足，本發(fā)明的目的在于提供一種基于序列模式挖掘的火電廠球磨機制粉系統(tǒng)節(jié)能優(yōu)化方法，簡便易行且通用性好，并使得制粉系統(tǒng)在安全穩(wěn)定的前提下一直在最佳方式下運行，這樣不僅為鍋爐系統(tǒng)的優(yōu)質(zhì)燃燒提供了有效保證， 而且能夠提高火電廠的經(jīng)濟效益。為了達到上述目的，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是一種基于序列模式挖掘的火電廠球磨機制粉系統(tǒng)節(jié)能優(yōu)化方法，步驟如下步驟1 首先火電廠球磨機制粉系統(tǒng)利用模擬量采集模塊采集信號數(shù)據(jù)構(gòu)成現(xiàn)場歷史數(shù)據(jù)庫，再調(diào)用序列模式挖掘生成模塊構(gòu)建序列模式挖掘數(shù)據(jù)庫D，隨后火電廠球磨機
可變存儲單元的值制粉系統(tǒng)通過表達式對其存儲器內(nèi)的現(xiàn)場歷史數(shù)據(jù)庫中的可變可變存儲單兀的值域
存儲單元的值進行轉(zhuǎn)化，轉(zhuǎn)化后再將可變存儲單元中記錄的熱風門開度uh、在循環(huán)風門開
度Up磨機出力PC、磨機負荷設(shè)定值Isv、磨機出口溫度設(shè)定值Otsv和磨機入口負壓設(shè)定值
inpsv按照預(yù)設(shè)的相同時間間隔且一次形成一條記錄的模式同時被寫入序列模式挖掘數(shù)據(jù)
庫D內(nèi)的可變存儲單元中，每一條記錄看作一個對象，如果將每個可變存儲單元的值看作
是數(shù)據(jù)庫的維，則序列模式挖掘數(shù)據(jù)庫D是個9維數(shù)據(jù)庫，另外序列模式挖掘數(shù)據(jù)庫D內(nèi)的
磨機負荷1、磨機出口溫度ot、磨機入口負壓inp、熱風門開度Uh以及在循環(huán)風門開度u,所
組成的集合{l，ot，inp, uh, ur}是前件集合，而序列模式挖掘數(shù)據(jù)庫D內(nèi)的磨機出力pc、磨
機負荷設(shè)定值Isv、磨機出口溫度設(shè)定值Otsv和磨機入口負壓設(shè)定值所組成的集合{pc，Isv,
otsv, inpsv}是后件集合，磨機負荷1、磨機出口溫度ot、磨機入口負壓inp、熱風門開度％、在循環(huán)風門開度U,、磨機出力pc、磨機負荷設(shè)定值Isv、磨機出口溫度設(shè)定值Otsv和磨機入口負壓設(shè)定值inpsv的值域為
；步驟2 火電廠球磨機制粉系統(tǒng)通過序列模塊將序列模式挖掘數(shù)據(jù)庫D序列化并得到其相鄰兩個對象分別在磨機負荷1、磨機出口溫度ot、磨機入口負壓inp、熱風門開度 Uh以及在循環(huán)風門開度的值的差，即磨機負荷變化值Δ 1、磨機出口溫度變化值A(chǔ)0U磨機入口負壓變化值Δ inp、熱風門開度變化值A(chǔ)uh和循環(huán)風門開度變化值Δι^，由此得到序列化數(shù)據(jù)庫為D*，即D* = {1, ot, np, uh, ur, Δ 1, Δ ot, Δ inp, Auh, Aur, pc, Isv, otsv, inpsv}以及擴展前件集合為{l，ot，np，uh，ur，Δ1, Aot, Δ inp, Δ uh, Δ ur}，磨機負荷變化值Δ 1、磨機出口溫度變化值A(chǔ)ot、磨機入口負壓變化值Δ inp、熱風門開度變化值A(chǔ)uh 和循環(huán)風門開度變化值的值域為[_1，1]；步驟3 火電廠球磨機制粉系統(tǒng)設(shè)定磨機負荷1、磨機出口溫度ot、磨機入口負壓 inp、熱風門開度uh、在循環(huán)風門開度U”磨機出力pc、磨機負荷設(shè)定值Isv、磨機出口溫度設(shè)定值Otsv和磨機入口負壓設(shè)定值inPsv的語言變量分別為L、0T、INP、Uh、U,、PC、Lsv、0Tsv和 INPsv，語言變量 L、0T、INP、Uh、Ur、PC、Lsv、0Tsv 和 INPsv 的論域選擇為
，語言變量 L、0T、 INP、Uh、Ur、PC、Lsv、OTsv 和 INPsv 的語言值均為{S，RS, M，RB, B}，S、RS、M、RB 和 B 分別代表低、較低、中等、較高和高，磨機負荷變化值Δ1、磨機出口溫度變化值A(chǔ)ot、磨機入口負壓變化值Δ inp、熱風門開度變化值A(chǔ)uh和循環(huán)風門開度變化值Δ 的語言變量分別為AL、 Δ0Τ、Δ INP, Δ Uh 禾口 AUr, AL、Δ0Τ、Δ INP、Δ Uh 禾口 Δ Ur 的論域選擇也為[-1,1],M AL, Δ 0Τ、Δ INP、Δ Uh 禾口 Δ Ur 的語言值均選擇{NB, NS, Ζ0, PS, PB}，NB、NS、Z0、PS 和 PB 分別代表負大、負小、零、正小和正大；步驟4 火電廠球磨機制粉系統(tǒng)按照語言變量L的語言值，將序列化數(shù)據(jù)庫D*的維 1擴展成維Is維Iks、維Im、維Ieb和維Ib,并稱維Is維Iks、維Im、維Ieb和維Ib為維1的擴展維。接著，根據(jù)維1的隸屬度函數(shù)和序列化數(shù)據(jù)庫D*中每個對象在維1的值，確定每個對象在維Is維Iks、維Im、維嚴和維Ib的隸屬度值，語言變量1^、01\1呢、扎、扎、？(、1^、01^和 INPsv采用相同的論域為
的等腰三角形隸屬度函數(shù)，ALAOLAINPjU1^n八扎采用相同的論域為[_1，1]的等腰三角形隸屬度函數(shù)。采用同樣的方法，對D*中其它維進行擴展，并確定每個對象在這些擴展維上的隸屬度值，擴展后的數(shù)據(jù)庫為D'；步驟5 火電廠球磨機制粉系統(tǒng)使用滑動時間窗口的方法，將擴展后數(shù)據(jù)庫D'分割成M個子序列，其中第k個子序列可以表示為DSk = (d(k_1)Wg+1, d(k_1)Wg+2 ,L , d(k_1)Wg+Ws)其中，ke{l，2，L，M}，djPj e {(k-l)wg+l, (k_l)wg+2，L，(k-l)wg+wj 表示子序列中的一個對象，Wg為對象標示，Ws為對象維度幅值，M為大于1的自然數(shù)，k為小于等于M的自然數(shù)；步驟6 火電廠球磨機制粉系統(tǒng)讀取擴展后數(shù)據(jù)庫D'分割后的第一個序列DS1, 并在DS1中進行序列模式挖掘；步驟7 火電廠球磨機制粉系統(tǒng)從擴展后數(shù)據(jù)庫D'中維1的擴展維和維△ 1的擴展維里分別選擇一個維出來組合成一條候選序列模式前件CSPA，根據(jù)下式計算CSPA的模糊序列模式支持度SSup
權(quán)利要求
1. 一種基于序列模式挖掘的火電廠球磨機制粉系統(tǒng)節(jié)能優(yōu)化方法，其特征在于，步驟如下步驟1 首先火電廠球磨機制粉系統(tǒng)利用模擬量采集模塊采集信號數(shù)據(jù)構(gòu)成現(xiàn)場歷史數(shù)據(jù)庫，再調(diào)用序列模式挖掘生成模塊構(gòu)建序列模式挖掘數(shù)據(jù)庫D，隨后火電廠球磨機制粉可變存儲單元的值系統(tǒng)通過二表達式對其存儲器內(nèi)的現(xiàn)場歷史數(shù)據(jù)庫中的可變存儲可變存儲單兀的值域單元的值進行轉(zhuǎn)化，轉(zhuǎn)化后再將可變存儲單元中記錄的熱風門開度Uh、在循環(huán)風門開度Up磨機出力PC、磨機負荷設(shè)定值Isv、磨機出口溫度設(shè)定值0、和磨機入口負壓設(shè)定值^^“按照預(yù)設(shè)的相同時間間隔且一次形成一條記錄的模式同時被寫入序列模式挖掘數(shù)據(jù)庫D內(nèi)的可變存儲單元中，每一條記錄看作一個對象，如果將每個可變存儲單元的值看作是數(shù)據(jù)庫的維，則序列模式挖掘數(shù)據(jù)庫D是個9維數(shù)據(jù)庫，另外序列模式挖掘數(shù)據(jù)庫D內(nèi)的磨機負荷1、磨機出口溫度ot、磨機入口負壓inp、熱風門開度Uh以及在循環(huán)風門開度所組成的集合{l，ot，inp, uh, ur}是前件集合，而序列模式挖掘數(shù)據(jù)庫D內(nèi)的磨機出力pc、磨機負荷設(shè)定值Isv、磨機出口溫度設(shè)定值0%,和磨機入口負壓設(shè)定值所組成的集合{pc，Isv, otsv,inpsv}是后件集合，磨機負荷1、磨機出口溫度ot、磨機入口負壓inp、熱風門開度uh、在循環(huán)風門開度u,、磨機出力pc、磨機負荷設(shè)定值Isv、磨機出口溫度設(shè)定值Otsv和磨機入口負壓設(shè)定值inpsv&值域為
；步驟2 火電廠球磨機制粉系統(tǒng)通過序列模塊將序列模式挖掘數(shù)據(jù)庫D序列化并得到其相鄰兩個對象分別在磨機負荷1、磨機出口溫度ot、磨機入口負壓inp、熱風門開度Uh以及在循環(huán)風門開度的值的差，即磨機負荷變化值Δ 1、磨機出口溫度變化值A(chǔ)ot、磨機入口負壓變化值Δ inp、熱風門開度變化值A(chǔ)uh和循環(huán)風門開度變化值Δι^，由此得到序列化數(shù)據(jù)庫為『，即D* = {1, ot, np, uh, ur, Δ 1, Δ ot, Δ inp, Auh, Aur, pc, Isv, otsv, inpsv} 以及擴展前件集合為{l，ot，np，uh，ur，Δ1, Aot, Δ inp, Δ%, AuJ，磨機負荷變化值 Δ1、磨機出口溫度變化值A(chǔ)ot、磨機入口負壓變化值Δ inp、熱風門開度變化值A(chǔ)uh和循環(huán)風門開度變化值的值域為[_1，1]；步驟3 火電廠球磨機制粉系統(tǒng)設(shè)定磨機負荷1、磨機出口溫度ot、磨機入口負壓inp、 熱風門開度％、在循環(huán)風門開度 、磨機出力pc、磨機負荷設(shè)定值Isv、磨機出口溫度設(shè)定值 Otsv和磨機入口負壓設(shè)定值inPsv的語言變量分別為L、0T、INP、Uh、^、PC、Lsv、0Tsv和INPsv, 語言變量 L、OT、INP、Uh、Ur、PC、Lsv、OTsv 和 INPsv 的論域選擇為
,語言變量 L、OT、INP、 Uh、Ur、PC、Lsv、OTsv 和 INPsv 的語言值均為{S，RS, M，RB, B}，S、RS、M、RB 和 B 分別代表低、較低、中等、較高和高，磨機負荷變化值Δ1、磨機出口溫度變化值A(chǔ)ot、磨機入口負壓變化值 Ainp、熱風門開度變化值A(chǔ)uh和循環(huán)風門開度變化值Δ 的語言變量分別為AL、Δ0Τ、 Δ INP, Δ Uh 禾口 AUr, AL、ΔΟΤ、Δ INP、Δ Uh 禾口 Δ Ur 的論域選擇也為[-1,1],M AL, Δ0Τ、 Δ INP、Δ Uh禾口 Δ Ur的語言值均選擇{NB, NS, ZO, PS, ΡΒ}，NB、NS、Ζ0、PS和PB分別代表負大、負小、零、正小和正大；步驟4 步驟4 火電廠球磨機制粉系統(tǒng)按照語言變量L的語言值，將序列化數(shù)據(jù)庫D* 的維1擴展成維Is維Iks、維Im、維Ieb和維Ib,并稱維Is維Iks、維Im、維Ieb和維Ib為維1的擴展維。接著，根據(jù)維ι的隸屬度函數(shù)和序列化數(shù)據(jù)庫D*中每個對象在維1的值，確定每個對象在維Is維Iks、維Im、維Ieb和維Ib的隸屬度值，語言變量L、0T、INP、Uh、Ur、PC、Lsv、0Tsv 和INPsv采用相同的論域為
的等腰三角形隸屬度函數(shù)，ALAOLAINPjU1^n AUr 采用相同的論域為[_1，1]的等腰三角形隸屬度函數(shù)。采用同樣的方法，對D*中其它維進行擴展，并確定每個對象在這些擴展維上的隸屬度值，擴展后的數(shù)據(jù)庫為D'；步驟5 火電廠球磨機制粉系統(tǒng)使用滑動時間窗口的方法，將擴展后數(shù)據(jù)庫D'分割成 M個子序列，其中第k個子序列1)&可以表示為
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于序列模式挖掘的火電廠球磨機制粉系統(tǒng)節(jié)能優(yōu)化方法， 其特征在于所述的火電廠球磨機制粉系統(tǒng)采用PLC或者控制模塊和工控機組成的DCS系統(tǒng)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于序列模式挖掘的火電廠球磨機制粉系統(tǒng)節(jié)能優(yōu)化方法， 其特征在于所述的DCS系統(tǒng)利用模擬量采集模塊采集信號數(shù)據(jù)時進行預(yù)處理，針對磨機負荷信號數(shù)據(jù)的預(yù)處理為，在模擬量采集模塊設(shè)置平均值濾波1 點，采集速率為500ms以上，并對該磨機負荷信號數(shù)據(jù)設(shè)置一階慣性濾波，一階慣性濾波公式為y(k) = ax(k) + (l-a)y(k-l)式中，y(k)為本次最終結(jié)果，y(k-l)為上次最終結(jié)果，x(k)為本次實時測量值，α為濾波系數(shù)，k為大于1的自然數(shù)；針對磨機出口溫度信號出數(shù)據(jù)的預(yù)處理為，在模擬量采集模塊設(shè)置平均值濾波64點；針對磨機入口負壓信號數(shù)據(jù)的預(yù)處理為，在模擬量采集模塊設(shè)置平均值濾波128點，根據(jù)信號波動量大小，設(shè)置滑動平均濾波或一階慣性濾波，其中一階慣性濾波公式為y(k) = ax(k) + (l-a)y(k-l)式中，y(k)為本次最終結(jié)果，y(k-l)為上次最終結(jié)果，x(k)為本次實時測量值，α為濾波系數(shù)，k為大于1的自然數(shù)。
全文摘要
一種基于序列模式挖掘的火電廠球磨機制粉系統(tǒng)節(jié)能優(yōu)化方法，對現(xiàn)場記錄數(shù)據(jù)進行序列模式挖掘過程，自動獲得磨機負荷l、磨機出口溫度ot、磨機入口負壓inp、熱風門開度uh、在循環(huán)風門開度ur、磨機出力pc、磨機負荷設(shè)定值lsv、磨機出口溫度設(shè)定值otsv和磨機入口負壓設(shè)定值inpsv之間的序列模式，并在當前運行數(shù)據(jù)與得到的序列模式的基礎(chǔ)上，采用逐項搜索方法確定出當前工況下磨機負荷、磨機出口溫度和磨機入口負壓的最佳設(shè)定值，這樣簡便易行且通用性好，并使得制粉系統(tǒng)在安全穩(wěn)定的前提下一直在最佳方式下運行，這樣不僅為鍋爐系統(tǒng)的優(yōu)質(zhì)燃燒提供了有效保證，而且能夠提高火電廠的經(jīng)濟效益。
文檔編號G05B13/04GK102298321SQ20111016263
公開日2011年12月28日 申請日期2011年6月16日 優(yōu)先權(quán)日2011年6月16日
發(fā)明者司剛?cè)? 張彥斌, 曹暉, 賈立新 申請人:西安交通大學