[發(fā)明專利]基于自適應(yīng)容積卡爾曼濾波的除氧器數(shù)字孿生模型數(shù)據(jù)校正方法及系統(tǒng)

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• 申請日: 2021-01-09
• 公開（公告）號: CN112632802A
• 公開（公告）日: 2021-04-09
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 蔡遠利;高鑫
• 申請（專利權(quán)）人: 西安交通大學
• 主分類號: G06F30/20
• 分類號: G06F30/20;G06F17/11;G06F119/10
• 代理公司: 西安通大專利代理有限責任公司 61200
• 代理人: 范巍

本發(fā)明公開了一種基于自適應(yīng)容積卡爾曼濾波的除氧器數(shù)字孿生模型數(shù)據(jù)校正方法及系統(tǒng)，所述方法包括以下步驟：建立基于機理的除氧器數(shù)字孿生模型；對實際工況數(shù)據(jù)進行辨識得到所述除氧器數(shù)字孿生模型的模型參數(shù)；結(jié)合除氧器數(shù)字孿生模型建立自適應(yīng)容積卡爾曼濾波觀測器；將模型參數(shù)，以及除氧器實際測量數(shù)據(jù)輸入自適應(yīng)容積卡爾曼濾波觀測器，利用自適應(yīng)容積卡爾曼濾波器對孿生模型進行數(shù)據(jù)校準；其中，循環(huán)求解時利用Sage?Husa估值器對過程噪聲和量測噪聲進行估計和修正。本發(fā)明能夠結(jié)合實際量測數(shù)據(jù)對除氧器數(shù)字孿生模型的輸出數(shù)據(jù)進行校正，提高除氧器孿生模型的數(shù)據(jù)精度。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于工業(yè)智能化技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種基于自適應(yīng)容積卡爾曼濾波(ACKF)的除氧器數(shù)字孿生模型數(shù)據(jù)校正方法及系統(tǒng)。

背景技術(shù)

數(shù)字孿生技術(shù)是一種正在高速發(fā)展的新技術(shù)，其為復雜動態(tài)系統(tǒng)的物理信息融合提供了解決思路，是智能制作與智能自動化的重要技術(shù)手段之一。數(shù)字孿生技術(shù)本質(zhì)上是真實對象的虛擬模型，這個對象通過接收真實的量測數(shù)據(jù)來進行實時修正，從而保證虛擬對象和真實對象的一致性。基于高度一致性的數(shù)字孿生模型可以幫助真實對象進行故障診斷，效能評估，狀態(tài)預測等。因此結(jié)合實際量測數(shù)據(jù)進行輸出數(shù)據(jù)校正是數(shù)字孿生技術(shù)在各行各業(yè)廣泛應(yīng)用過程中亟待解決的問題。

綜上，孿生模型的數(shù)據(jù)校準直接關(guān)系到數(shù)字孿生系統(tǒng)諸如故障診斷效能評估等功能的實現(xiàn)，是數(shù)字孿生技術(shù)的基礎(chǔ)，如果不引入實際量測數(shù)據(jù)進行數(shù)據(jù)校準和模型糾正，一方面會導致孿生模型輸出不準確，另一方面則會導致孿生模型與儀器的實際運行脫節(jié)，隨著運行過程的不斷進行，孿生模型與實際模型的差異會不斷擴大。而由于數(shù)字孿生技術(shù)在火力發(fā)電廠領(lǐng)域應(yīng)用時間較短，還未有相應(yīng)數(shù)字孿生模型數(shù)據(jù)校正的成熟方法。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于提供一種基于自適應(yīng)容積卡爾曼濾波的除氧器數(shù)字孿生模型數(shù)據(jù)校正方法及系統(tǒng)，以解決上述存在的一個或多個技術(shù)問題。本發(fā)明能夠結(jié)合實際量測數(shù)據(jù)對除氧器數(shù)字孿生模型的輸出數(shù)據(jù)進行校正，提高除氧器孿生模型的數(shù)據(jù)精度。

為達到上述目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案：

本發(fā)明的一種基于自適應(yīng)容積卡爾曼濾波的除氧器數(shù)字孿生模型數(shù)據(jù)校正方法，包括以下步驟：

步驟1，建立基于機理的除氧器數(shù)字孿生模型；

步驟2，采集獲取除氧器的實際工況數(shù)據(jù)，對實際工況數(shù)據(jù)進行辨識得到所述除氧器數(shù)字孿生模型的模型參數(shù)；

步驟3，結(jié)合步驟1獲得的除氧器數(shù)字孿生模型建立自適應(yīng)容積卡爾曼濾波觀測器；將步驟2獲得的模型參數(shù)，以及除氧器實際測量數(shù)據(jù)輸入自適應(yīng)容積卡爾曼濾波觀測器，利用自適應(yīng)容積卡爾曼濾波器對孿生模型進行數(shù)據(jù)校準；循環(huán)求解得到模型輸出數(shù)據(jù)，完成除氧器數(shù)字孿生模型數(shù)據(jù)校正；其中，循環(huán)求解時利用Sage-Husa估值器對過程噪聲和量測噪聲進行估計和修正。

本發(fā)明的進一步改進在于，步驟1中，所述建立基于機理的除氧器數(shù)字孿生模型的具體步驟包括：

基于能量守恒定律及質(zhì)量守恒定律，獲得除氧器凝汽側(cè)密度方程，表達式為：

式中，W_nj為汽側(cè)凝結(jié)汽量、W_gs為除氧器給水量、H_cs為除氧器水箱內(nèi)水焓、H_gs為除氧器給水焓、H_ed為汽輪機抽汽焓、H_cb為汽側(cè)飽和蒸汽焓值、H_ss為高加疏水焓、W_ed為汽輪機抽汽量、ρ_q為除氧器內(nèi)飽和蒸汽密度、V為除氧器內(nèi)氣體空間體積；

將除氧器里的蒸汽狀態(tài)看作飽和狀態(tài)，利用蒸汽的熱力學特性使用插值法更新數(shù)據(jù)，表達式為：