[发明专利]一种基于GA-IGPC的锅炉烟气含氧量控制方法和系统

说明书

本发明公开了一种基于GA‑IGPC的锅炉烟气含氧量控制方法和系统，属于锅炉设备技术领域。针对现有技术中锅炉烟气含氧量的控制，先测量烟气含氧量输出值然后控制设定值不够方便，使用广义预测控制效果不够好，已知的基于遗传算法的隐式广义预测控制方法计算量庞大，控制复杂等问题，本发明采用隐式广义预测控制，使用遗传算法对目标函数进行滚动在线优化，不必求解丢番图方程和逆矩阵，使得计算量大大减少。本发明不仅解决了传统测量方法成本高、精度低、使用寿命短的问题，还减少在线计算量，具有良好的控制效果和抗干扰性。从现场的运行要求来看，烟气含氧量控制在2％左右，验证了该算法的有效性和合理性，本发明具有较好的工程实用价值。

技术领域

本发明涉及锅炉设备技术领域，更具体地说，涉及一种基于GA-IGPC锅炉烟气含氧量控制的方法和系统。

背景技术

烟气含氧量是指燃料燃烧之后排出的烟气中的含量，它是锅炉燃烧的一个重要指标，其值的大小与锅炉结构、燃料的种类和性质、锅炉负荷的大小、运行配风工况及设备密封状况等因素有关。在锅炉的实际运行过程中，为了让燃料可以充分燃烧，实际供给的空气量比理论上的空气供给量要大的多。这多供给的空气量，我们通常称它为过量空气量。过量空气系数就是实际供给空气量与理论供给空气量的比值。烟气含氧量过低，即过量空气系数越小，会导致供给锅炉燃烧的氧气量不足，煤粉不能充分燃烧，热损失增加；烟气含氧量过高，即过量空气系数越大，会使锅炉的热效率降低，不但影响燃烧，同时容易造成环境污染物排放超标，也增加了排烟的耗电量。因此，将锅炉的烟气含氧量控制在合理的范围内，对于节约能源、维护锅炉经济性燃烧，实现安全、高效和低污染的排放具有重要的意义。

传统方法中烟气含氧量基本上都是先测量后控制，根据测量后得到的烟气含氧量实际值控制设定值，该方法不够方便，不利于更好的控制锅炉的空燃比。当前较为常用的是将锅炉运行中具体参数通过广义预测控制模型进行预测控制。如何提高预测控制过程中算法的快速性和系统的实时性，提高控制系统的精度，达到良好的控制效果和抗干扰能力，是目前的研究热点。同时，在保证预测控制系统控制效果的同时，如何设计模型来减少计算量和缩短计算时间显得尤为重要。

通过在预测控制方面检索，有如下相关文献或专利：

《中国科技纵横》2013年第2期，公开日2013年1月31日，公开了论文《基于阶梯式广义预测算法的锅炉预测控制研究》，作者王辉，分析了锅炉燃烧换能过程的多输入、多输出、大时滞、紧耦合、非线性等特点，针对传统PID控制算法的计算过程繁琐、计算量过大、模型校正在线参数辨识以及约束条件下控制等问题展开了研究，提出了阶梯式广义预测控制算法，并将其应用到锅炉的燃烧过程中。该研究将广义预测算法应用在锅炉的控制上，然而控制效果不够好，系统的鲁棒性不高，锅炉烟气含氧量无法在线实时控制。

结合遗传算法的预测控制，有如下已公开文献：

《2009国际信息技术与应用论坛论文集(下)》2009年，公开了论文《一种基于遗传算法的隐式广义预测控制》，作者杨怀申、王东风、高琳，隐式广义预测自校正控制根据输入输出数据直接辨识求取最优控制律。通常用试凑的方法设计控制器参数，往往难以达到最佳效果。为此提出了一种基于遗传算法的隐式广义预测控制方法，利用遗传算法对预测时域、控制时域、控制加权系数、柔化系数等控制参数进行寻优，解决了这些参数的取值难以确定的问题。在热工系统中的仿真结果表明了该方法的有效性，但该控制方法在线计算量大，包括模型参数的在线辨识，Diophantine(丢番图)方程和逆矩阵的求解，以及例如如何处理约束问题所需的计算等，计算比较繁琐，应用起来十分复杂。

发明内容

1.要解决的技术问题