[發(fā)明專利]一種基于圖像變換的工業(yè)鍋爐蒸汽量預(yù)測方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202010095541.2
• 申請日: 2020-02-17
• 公開（公告）號: CN111428906B
• 公開（公告）日: 2023-05-09
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 童水光;陳鑫;童哲銘
• 申請（專利權(quán)）人: 浙江大學(xué)
• 主分類號: G06Q10/04
• 分類號: G06Q10/04;G06N3/0464;G06N3/08;G06V10/774
• 代理公司: 杭州天昊專利代理事務(wù)所(特殊普通合伙) 33283
• 代理人: 何碧珩

本發(fā)明公開了一種基于圖像變換的工業(yè)鍋爐蒸汽量預(yù)測方法，使用深度學(xué)習(xí)訓(xùn)練方法，從原始特征變量自動提取特征，預(yù)測出蒸汽量目標(biāo)值；相較于傳統(tǒng)的基于特征工程的機(jī)器學(xué)習(xí)方法，本發(fā)明操作簡單，無需做過多特征工程，且有更優(yōu)的預(yù)測效果；本發(fā)明分為預(yù)處理階段和使用階段，預(yù)處理階段不消耗實際中運(yùn)行預(yù)測蒸汽量的時間，實際應(yīng)用中僅通過訓(xùn)練好的模型即可使用，提高了預(yù)測效率，保證了預(yù)測的實時性。本發(fā)明能夠提供鍋爐蒸汽量的預(yù)測，完成蒸汽量與特征變量的關(guān)系建模，進(jìn)而可以對蒸汽量進(jìn)行控制以及優(yōu)化影響蒸汽量的因素，從而提高鍋爐運(yùn)行效率。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于工業(yè)鍋爐技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種基于圖像變換的工業(yè)鍋爐蒸汽量預(yù)測方法。

背景技術(shù)

工業(yè)鍋爐在發(fā)電和供暖方面具有廣泛應(yīng)用。鍋爐通過燃煤產(chǎn)生的高溫?zé)崃渴顾烧羝羝偻苿悠啓C(jī)旋轉(zhuǎn)，進(jìn)而帶動發(fā)電機(jī)旋轉(zhuǎn)，產(chǎn)生電能。鍋爐運(yùn)行產(chǎn)生的蒸汽量是評價鍋爐生產(chǎn)性能與效率的重要指標(biāo)。鍋爐是一個復(fù)雜的非線性系統(tǒng)，鍋爐產(chǎn)生的蒸汽量與許多特征因素如爐膛溫度、過熱器溫度、一次配風(fēng)、二次配風(fēng)、煤質(zhì)品種、給煤量、給水量等等有關(guān)。建立起工業(yè)鍋爐蒸汽量的預(yù)測對指導(dǎo)特征因素控制，提高鍋爐運(yùn)行效率尤為關(guān)鍵。

傳統(tǒng)的預(yù)測方法主要為特征工程形式的工程試錯方式進(jìn)行人工設(shè)計與選擇特征。人工設(shè)計的優(yōu)劣決定了最終的任務(wù)精度，并且費(fèi)時費(fèi)力，適應(yīng)性差，很難將其應(yīng)用于另一任務(wù)。

目前針對工業(yè)鍋爐蒸汽量預(yù)測的現(xiàn)有技術(shù)如下：(1)以中國專利201510197675.4為例，通過采用徑向基函數(shù)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)建立起輸入和輸出的關(guān)系從而對蒸汽量進(jìn)行預(yù)測，但只采用了燃料量一個輸入量，實際的蒸汽量與許多變量有關(guān)。而且徑向基函數(shù)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)深度太小，能夠?qū)υ瓟?shù)據(jù)非線性擬合，但不能抽象出高層的特征，預(yù)測的效果較差；(2)以中國專利201610347464.9為例，通過建立整個鍋爐系統(tǒng)的傳遞函數(shù)方程模型進(jìn)而對蒸汽量進(jìn)行預(yù)測，由于鍋爐系統(tǒng)是復(fù)雜、非線性系統(tǒng)，傳遞函數(shù)方程難以建立且不能反映鍋爐的實際運(yùn)行工況，此方法預(yù)測的精度和復(fù)雜工況的適應(yīng)性較差。

發(fā)明內(nèi)容

針對上述情況，為克服現(xiàn)有技術(shù)的缺陷，本發(fā)明提供一種基于圖像變換的工業(yè)鍋爐蒸汽量預(yù)測方法。

為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供以下技術(shù)方案：

一種基于圖像變換的工業(yè)鍋爐蒸汽量預(yù)測方法，包括預(yù)處理階段和使用階段；

預(yù)處理階段包括如下步驟：

步驟1：制作樣本數(shù)據(jù)集，樣本數(shù)據(jù)集的特征變量數(shù)據(jù)和蒸汽量數(shù)據(jù)分別由鍋爐傳感器采集得到；

步驟2：依次對每個樣本中的特征變量數(shù)據(jù)進(jìn)行制圖，一張圖中有三個通道，分別對應(yīng)t時刻、t-1時刻、t-2時刻對應(yīng)的特征變量數(shù)據(jù)，作為深度學(xué)習(xí)訓(xùn)練的原始數(shù)據(jù)輸入圖；

步驟3：將t時刻蒸汽量數(shù)據(jù)作為目標(biāo)輸出值，作為深度學(xué)習(xí)訓(xùn)練的輸出收斂目標(biāo)；

步驟4：基于深度學(xué)習(xí)訓(xùn)練方法將步驟2得到的原始數(shù)據(jù)輸入圖和步驟3得到的目標(biāo)輸出值劃分為訓(xùn)練集和測試集，并對訓(xùn)練集的原始數(shù)據(jù)輸入圖和目標(biāo)輸出值進(jìn)行深度學(xué)習(xí)訓(xùn)練，最后保存訓(xùn)練好的模型；

使用階段包括如下步驟：

(1)將要預(yù)測的樣本用鍋爐傳感器采集特征變量數(shù)據(jù)，并按照預(yù)處理階段的步驟2對新采集的特征變量數(shù)據(jù)制圖得到原始數(shù)據(jù)輸入圖；

(2)利用預(yù)處理階段步驟4得到的模型對使用階段的步驟(1)的原始數(shù)據(jù)輸入圖進(jìn)行預(yù)測，得到蒸汽量預(yù)測結(jié)果。

進(jìn)一步地，預(yù)處理階段的步驟2中對特征變量數(shù)據(jù)進(jìn)行制圖的方法為：首先將t時刻、t-1時刻、t-2時刻的特征變量數(shù)據(jù)進(jìn)行最大最小值歸一化，再對歸一化后的每個特征變量復(fù)制增添至N個，再將每個特征變量順序排列成類似圖像的形式。