[发明专利]一种利用烟气含氧量信号调节锅炉入炉燃料量的控制方法

权利要求书

1.一种利用烟气含氧量信号调节锅炉入炉燃料量的控制方法，其特征在于：包括以下步骤：

1)建立按负荷、气温分布的优于优化目标的控制规律：

①获取燃煤机组历史运行数据：

1a、确定从DCS历史数据库中提取的参数x_k，参数类型包括：实际负荷、总燃料量、各层给煤机燃料量、各层磨煤机一次风量、二次风总量、各层二次风门开度、各层给煤机转速、总风量、给水流量、主蒸汽压力、调节级压力、烟气含氧量、送风机入口风温、NO_X浓度和过热器壁温，其中参数类别以k划分，k＝1，2，…，K，

1b、设定数据时间间隔值，

1c、根据步骤1a中列出的参数和步骤1b设定的数据时间间隔值，以同一时刻参数的数据单元作为数据包，提取燃煤机组过去一年的DCS历史数据，

②按负荷、气温划分二维区间，将历史数据按二维区间进行分类：

2a、根据全年负荷主要运行区段，确定负荷优化区间：设燃煤机组在主要运行区段内的最高运行负荷为S_max，最低运行负荷为S_min，则负荷优化区间为[S_min,S_max]，

2b、确定负荷区间数：设负荷划分间隔为L_S，用i代表划分的负荷区间，i＝1，2，…,m，负荷区间数m通过公式(1)获得，

m＝(S_max-S_min)/L_S (1)

2c、根据全年送风机入口风温变化，确定气温优化区间：设全年送风机入口最高风温为T_max，最低风温为T_min，则气温优化区间为[T_min,T_max]，

2d、确定气温区间数：设气温划分间隔为L_T，j代表划分的气温区间，j＝1，2,…,n，则气温区间数n通过公式(2)获得：

n＝(T_max-T_min)/L_T (2)

2e、由步骤2a～2d获得第i负荷区间、第j气温区间的二维区间为公式(3)

{[S_min+(i-1)×L_S,S_min+i×L_S],[T_min+(j-1)×L_T,T_min+j×L_T]} (3)

③计算各二维区间的各类参数均值、锅炉效率均值和NO_X排放均值：

3a、将步骤①获取的燃煤机组历史数据的数据包按照步骤②划分的二维区间进行分类，将超出负荷、气温二维区间的数据包予以舍弃，

3b、统计步骤3a中各二维区间内数据包数量l，l＝1，2，…，L_i,j；则式(3)所表述的二维区间内的历史数据表示为：x_i,j,k,l，二维区间的各类参数均值为公式(4)所示：

式中：表示第i负荷区间、第j气温区间内第k个参数的均值，

3c、定义锅炉效率均值＝实际负荷均值/总燃料量均值，锅炉效率均值为公式(5)所示：

式中：和为该二维区间的总燃料量均值，和为该二维区间的实际负荷均值，其中

3d、计算NO_X排放均值且

④根据优化目标筛选二维区间内的数据包：

在第i负荷区间、第j气温区间组成的二维区间内，通过优于锅炉效率均值和NO_X排放均值来优选数据包，筛选条件为公式(6)所示：

式中：x_i,j,E,l和表示第i负荷区间、第j气温区间、第l个数据包的锅炉效率和NO_X排放，其中

⑤各二维区间优于锅炉效率均值和NO_X排放均值的数据包的处理：

符合优化目标的数据包经筛选后保存在原二维区间内，并统计符合优化目标的数据包数量l′，其中

l′＝1,2,…,L_i,j′不符合优化目标的数据包予以淘汰，

⑥从各二维区间优于优化目标的数据集合中计算该区间各类参数均值：

对于符合优化目标的数据包再次计算该二维区间各类参数均值为公式(7)所示：

式中：表示筛选后的第i负荷区间、第j气温区间、第k个参数的均值；x′_i,j,k,l′表示筛选后第i负荷区间、第j气温区间、第k个参数的第l′个数据，由此得到按负荷、气温分布的优于优化目标的优化控制规律，

2)从优化控制规律中获取最佳烟气含氧量：

优化控制规律包含了所有分析参数的最佳值，也包括不同负荷、气温下的最佳烟气含氧量且

3)依据当前烟气含氧量信号与最佳烟气含氧量做偏差运算得出总燃料修正信号：

Ⅰ、通过烟气含氧量测量装置测量当前烟气含氧量信号O₂(t)，

Ⅱ、将当前烟气含氧量信号O₂(t)与最佳烟气含氧量值作偏差运算得到氧量偏差信号e(t)：

Ⅲ、将氧量偏差信号e(t)进行控制运算，得到燃料量控制修正信号△w(t)，

Ⅳ、当输入氧量偏差信号e(t)之后输出为正值的总燃料修正信号△w(t)，则增加燃料量的投入，当输入氧量偏差信号e(t)之后输出为负值的总燃料修正信号△w(t)，则减少燃料量的投入。

2.根据权利要求1所述的一种利用烟气含氧量信号调节锅炉入炉燃料量的控制方法，其特征在于：步骤Ⅲ中的所述控制运算选用增量式PID算法，并且其使用的PID算法需进行离散化处理，PID算法公式如下：

式中u为控制信号，其中K_P为比例系数，T₁为积分时间常数，T_D为微分时间常数，u₀为控制常量，

具体控制运算步骤如下：

将T作为采样周期，s作为采样序号(s＝1,2,…,q)，将离散采样时间qT与t相对应，以求和的形式代替积分，以增量的形式代替微分，进行近似变换：

即可以得到离散的PID表达式：

式中：u_s为第s次采样时刻的控制序号，e_s为第s次采样时刻输入的偏差值，e_s-1为第s-1次采样时刻输入的偏差，

控制器在第s-1个采样时刻输出的控制信号为：

将公式(11)与公式(12)做差值运算，即可得到增量式PID控制公式：

式中

采用衡定的采样周期T，确定A,B,C的数值，运用前后三次测量值的偏差，求出控制增量△u_s，该控制增量△u_s进行进一步运算，生成总燃料修正信号△w(t)。