[發(fā)明專利]基于模型遷移的鍋爐寬負荷NOx排放濃度預測方法

有效

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• 申請日: 2019-11-21
• 公開（公告）號: CN111222685B
• 公開（公告）日: 2022-07-08
• 發(fā)明（設計）人: 王亞歐;任少君;耿察民;陳波;司風琪;陶謙;楊振;金煒;何鵬飛
• 申請（專利權）人: 江蘇方天電力技術有限公司;東南大學
• 主分類號: G06Q10/04
• 分類號: G06Q10/04;G06Q10/06;G06Q50/06;G06N3/08
• 代理公司: 南京眾聯(lián)專利代理有限公司 32206
• 代理人: 朱欣欣

本發(fā)明公開了一種基于模型遷移的鍋爐寬負荷NOx排放濃度預測方法，包括數(shù)值模擬計算中心、基模型訓練中心、運行數(shù)據(jù)通訊接口、基模型遷移及更新機制以及NOx排放預測模型通訊接口；本發(fā)明在鍋爐主要運行參數(shù)的可行域內，以設計煤種為基準，通過離線模擬得到設計煤種下鍋爐全工況樣本，采用機器學習建立NOx排放預測基模型；考慮鍋爐燃用非設計煤種，通過離線模擬得到少量典型工況樣本，再采用高斯過程回歸將設計煤種基模型遷移到非設計煤種工況，形成適應多煤種變化的基模型庫；考慮實際工況與模擬工況的差異，首先根據(jù)實際煤質選擇基模型，再基于運行數(shù)據(jù)通過遷移學習將基模型投影到鍋爐實際運行狀態(tài)，實現(xiàn)鍋爐寬負荷下NOx排放濃度的準確預測。

技術領域

本發(fā)明屬于火力發(fā)電領域，具體涉及一種基于模型遷移的鍋爐寬負荷NOx排放濃度預測方法。

背景技術

NOx是燃煤鍋爐燃燒生成的主要污染物之一，實現(xiàn)對鍋爐NOx排放濃度的準確預測，可為鍋爐運行方式調整提供決策支持，從而滿足日趨嚴格的環(huán)保要求。然而，鍋爐內煤粉燃燒是一個多場耦合的復雜過程，NOx排放濃度的影響因素眾多。此外，隨著新能源滲透率的不斷提高，燃煤機組更多參與深度調峰任務，鍋爐常處于偏離設計工況的超低負荷下運行，這給NOx排放濃度的準確預測帶來了新的挑戰(zhàn)。因此，亟需一種鍋爐寬負荷NOx排放濃度預測方法，為實現(xiàn)鍋爐清潔、高效運行提供方向性指導。

目前針對鍋爐NOx排放濃度預測大多采用數(shù)據(jù)驅動的方法，以機組歷史運行數(shù)據(jù)為建模樣本，結合神經(jīng)網(wǎng)絡等智能算法建立鍋爐NOx排放特性模型。然而，由于深度調峰的機組常處于偏離設計工況的超低負荷下運行，數(shù)據(jù)樣本覆蓋量較少，模型的適用性難以保證。為解決上述問題，專利CN107726358A在建模樣本中加入CFD模擬樣本以擴大樣本的覆蓋范圍，但CFD數(shù)值試驗結果與鍋爐的實際運行特性存在一定差異，因此得到的模型很難準確預測NOx排放濃度。專利CN109670625A公開的NOx排放濃度預測方法雖可實現(xiàn)訓練樣本在線更新以適應鍋爐運行特性的變化，但未考慮煤質特性對NOx排放濃度的影響，從而該方法的適用性受到限制。

本發(fā)明采用正交試驗法開展CFD數(shù)值試驗并將模擬結果作為訓練樣本建立數(shù)據(jù)驅動模型，基于遷移學習算法對模型進行遷移以適應煤質特性和運行特性的變化，實現(xiàn)寬負荷NOx排放濃度的在線準確預測。

發(fā)明內容

發(fā)明目的：本發(fā)明針對現(xiàn)有技術的不足而公開了一種基于模型遷移的鍋爐寬負荷NOx排放濃度預測方法，采用正交試驗法開展CFD數(shù)值試驗并將模擬結果作為訓練樣本建立數(shù)據(jù)驅動模型，基于遷移學習算法對模型進行遷移以適應煤質特性和運行特性的變化，實現(xiàn)寬負荷NOx排放濃度的在線準確預測。

技術方案：為解決上述技術問題，本發(fā)明提供的一種用于鍋爐寬負荷NOx排放濃度預測的方法，包括以下步驟：

(1)結合鍋爐設計信息和燃料特性，確定負荷、風門開度、氧量等主要運行參數(shù)分布范圍；

(2)結合邊界條件的理論可行域，采用正交試驗法，針對設計煤種進行CFD數(shù)值試驗，獲取鍋爐寬負荷NOx排放濃度預測建模樣本；

(3)以CFD數(shù)值模擬樣本形成鍋爐寬負荷建模樣本庫，采用智能算法建立NOx排放濃度預測基本模型Z＝f(X)，其中為X為邊界條件，Z設計煤種所對應的模型輸出值；

(4)重復步驟(2)，針對機組歷史數(shù)據(jù)倉庫中另一常用非設計煤種1進行少量CFD數(shù)值試驗，獲取少量該煤種下NOx排放濃度預測建模樣本；

(5)基于步驟(4)中少量非設計煤種1下NOx排放濃度預測建模樣本，采用高斯過程回歸和貝葉斯理論將設計煤種基模型進行遷移，建立非設計煤種1所對應的NOx排放濃度預測基本模型Z₁＝f(X)，其中為X為邊界條件，Z₁為非設計煤種1所對應的模型輸出值；

(6)重復步驟(4)和步驟(5)，建立電站所有常用煤種的NOx排放濃度預測基模型庫；