[發明專利]磨煤機孿生模型運行方法

在審

• 申請號: 202210365702.4
• 申請日: 2022-04-08
• 公開（公告）號: CN114707334A
• 公開（公告）日: 2022-07-05
• 發明（設計）人: 韓友超;王朝陽;劉明;邢秦安;嚴俊杰
• 申請（專利權）人: 西安交通大學
• 主分類號: G06F30/20
• 分類號: G06F30/20;G06Q10/04
• 代理公司: 西安智大知識產權代理事務所 61215
• 代理人: 何會俠

一種磨煤機孿生模型運行方法，基于雙進雙出鋼球磨煤機的工作原理和熱平衡關系，結合專家經驗，創建磨煤機孿生模型；利用孿生DCS模擬實際電廠機組中雙進雙出鋼球磨煤機的運行；機組運行數據的傳輸方向為燃煤機組DCS向大數據服務器單向傳輸，再由大數據服務器傳遞給孿生DCS，通過孿生DCS將燃煤機組運行數據導入磨煤機孿生模型；利用實時的、磨煤機出口溫度以及各項可測參數，通過磨煤機內部熱量關系，依靠磨煤機孿生模型對未來雙進雙出鋼球磨煤機出口溫度預測值、反應磨煤機當前料位高度的壓差和雙進雙出鋼球磨煤機出口風速進行計算；將計算結果返回孿生DCS,實現磨煤機孿生模型和孿生DCS的數據互聯。建立燃煤機組安全性的預警機制。

技術領域

本發明涉及數字孿生建模技術領域，具體為一種與真實機組完成數據互聯的磨煤機孿生模型運行方法。

背景技術

雙進雙出磨煤機具有連續作業率高；煤種適應范圍廣；負荷響應快；儲粉能力強；出力和煤粉細度穩定和風煤比低等優點。此外，雙進雙出磨煤機制粉系統具有非線性、強耦合、大時滯等特點，不能持續穩定的投入自動控制，運行的安全性以及穩定性受到影響。因此，對雙進雙出磨煤機制粉系統進行數學建模，于機理層面上揭示其動態特性，為其控制奠定良好的數學基礎的工作，尤其是建立以實時數據或者歷史數據為驅動，可以完成模型與機組實際運行數據交互的高精度模型，顯得尤為重要。

雙進雙出磨煤機由幾乎完全對稱的驅動端和非驅動端同時進煤，分離器出粉，因此具有兩個對稱、獨立的磨煤回路。磨煤機筒體內裝有一定量用于撞擊、研磨原煤的鋼球。鋼球隨磨煤機旋轉被提升至一定高度后自由拋落同時對原煤產生撞擊，使原煤粉碎成煤粒；此外，鋼球之間、鋼球與筒體襯板之間的煤也會受到擠壓、研磨作用，最終研磨成煤粉。磨煤機出口溫度作為磨煤機運行中重要的監測量必須維持在合理范圍內，過低會影響鍋爐的燃燒效率，而過高則容易導致煤粉爆炸等問題。磨煤機內是否有合適的煤量是磨煤機安全運行的一個重要監測參數，但料位難以直接測量，因此需要建立高精度的孿生模型從而完成監測功能。磨煤機出力的影響因素眾多，很難通過簡單的機理模型反映出來，因此通過數據通訊連接模型與實際運行數據，對提高模型精度具有很重要的的意義。這三個關鍵參數對于磨煤機運行的故障預警、異常監測、預演重演具有很強的指導功能，通過與大數據的連接提高模型精度，進行數據統計分析，于機理層面揭示其動態特性，加強自動控制，對于實現電廠和磨煤機的平穩運行具有重要作用。

根據國際統一的定義，數字孿生是充分利用物理模型、傳感器更新、運行歷史等數據，集成多學科、多物理量、多尺度、多概率的仿真過程。數字孿生是具有數據連接的特定物理實體或過程的數字化表達，該數據連接可以保證物理狀態和虛擬狀態之間的同速率收斂，并提供物理實體或流程過程的整個生命周期的集成視圖，有助于優化整體性能。數字孿生具有以下幾個典型特點：(1)互操作性，數字孿生中的物理對象和數字空間能夠雙向映射、動態交互、實施連接。(2)可擴展性，數字孿生技術具備集成、添加和替換數字模型的能力，能夠針對多尺度、多物理、多層級的模型內容進行擴展。(3)實時性，數字孿生技術要求數字化，即以一種計算機可識別和處理的方式管理數據以對隨時間軸變化的物理實體進行表征。(4)保真性，數字孿生的保真性指描述數字虛體模型和物理實體的接近性。要求虛體和實體不僅要保持幾何結構的高度仿真，在狀態、相態和時態上也要仿真。(5)閉環性，數字孿生中的數字虛體，用于描述物理實體的可視化模型和內在機理，以便于對物理實體的狀態數據進行監視、分析推理、優化工藝參數和運行參數，實現決策功能，即賦予數字虛體和物理實體一個大腦。

目前，傳統的磨煤機研究集中在對重要參數的監測與控制，而對于其中關鍵參數的變化規律尚無深入的研究。對參數的仿真也都大多集中在機理建模，離線仿真，而無法與實際運行數據交互，與電廠實際運行脫軌。實際上，磨煤機的運行部分取決于現場的工況與設備狀態，因此，歷史數據與實時數據對于磨煤機關鍵參數的變化具有極大的指導意義。完成磨煤機孿生模型與磨煤機運行狀態下的實時數據的通訊，對于提高模型精度，完善監測方法，開發預警機制具有重要作用。也是電廠實現數字化的關鍵一步。

發明內容