本發(fā)明涉及控制調(diào)節(jié)系統(tǒng)，尤其涉及一種爐膛輔助調(diào)整控制系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

1、現(xiàn)有火電廠鍋爐燃燒情況不同直接影響鍋爐的熱效率，在火力發(fā)電機(jī)組運(yùn)行中，鍋爐燃燒狀態(tài)的實(shí)時(shí)監(jiān)控與動(dòng)態(tài)調(diào)整直接影響機(jī)組熱效率及運(yùn)行安全性，現(xiàn)有控制方法主要依賴(lài)運(yùn)行人員對(duì)分散監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的經(jīng)驗(yàn)性判斷，存在人工分析效率低、工況響應(yīng)滯后及操作標(biāo)準(zhǔn)不統(tǒng)一的問(wèn)題。由于爐膛內(nèi)部燃燒過(guò)程涉及多維參數(shù)耦合作用，現(xiàn)有人工監(jiān)控模式難以全面捕捉燃燒場(chǎng)分布特征與動(dòng)態(tài)傳熱規(guī)律，尤其在負(fù)荷波動(dòng)或燃料特性變化時(shí)，運(yùn)行人員無(wú)法快速建立燃燒狀態(tài)的空間關(guān)聯(lián)模型，導(dǎo)致燃燒配風(fēng)優(yōu)化、熱輻射平衡等關(guān)鍵操作缺乏數(shù)據(jù)支撐，影響機(jī)組經(jīng)濟(jì)運(yùn)行水平并增加安全風(fēng)險(xiǎn)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)不足，本發(fā)明提供一種爐膛輔助調(diào)整控制系統(tǒng)，用于解決現(xiàn)有鍋爐燃燒控制中因依賴(lài)人工經(jīng)驗(yàn)導(dǎo)致的響應(yīng)滯后、操作標(biāo)準(zhǔn)不統(tǒng)一以及燃燒狀態(tài)空間關(guān)聯(lián)模型缺失引起的機(jī)組熱效率低下及運(yùn)行安全風(fēng)險(xiǎn)問(wèn)題。

2、為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明的具體技術(shù)方案如下：

3、本發(fā)明提供的一種爐膛輔助調(diào)整控制系統(tǒng)，包括：

4、數(shù)據(jù)處理模塊，用于采集系統(tǒng)數(shù)據(jù)，系統(tǒng)數(shù)據(jù)包括爐膛燃燒器區(qū)、水冷壁及尾部煙道的溫度數(shù)據(jù)，燃燒器火焰位置信號(hào)及風(fēng)門(mén)開(kāi)度狀態(tài)，將系統(tǒng)數(shù)據(jù)通過(guò)預(yù)設(shè)的三維空間坐標(biāo)映射關(guān)系重構(gòu)爐膛連續(xù)溫度場(chǎng)，生成動(dòng)態(tài)燃燒場(chǎng)三維模型；

5、分析模塊，用于基于所述動(dòng)態(tài)燃燒場(chǎng)三維模型提取燃燒核心區(qū)幾何特征，結(jié)合燃燒配風(fēng)量、燃料熱值及負(fù)荷變化數(shù)據(jù)，通過(guò)預(yù)設(shè)多元回歸模型關(guān)聯(lián)計(jì)算燃燒效率與氧量、一次風(fēng)率的動(dòng)態(tài)關(guān)系，識(shí)別燃燒場(chǎng)分布異常模式，并生成燃燒穩(wěn)定性評(píng)價(jià)指標(biāo)；

6、控制模塊，用于采用預(yù)設(shè)機(jī)器學(xué)習(xí)算法對(duì)歷史優(yōu)化操作記錄與所述分析模塊輸出的燃燒穩(wěn)定性評(píng)價(jià)指標(biāo)進(jìn)行模式匹配，生成初始控制策略，并通過(guò)數(shù)字孿生模型仿真驗(yàn)證候選策略的燃燒效率及排放指標(biāo)，篩選滿(mǎn)足預(yù)設(shè)受熱面材料耐溫極限參數(shù)的安全約束的優(yōu)化控制策略；

7、調(diào)控模塊，用于將所述控制模塊篩選的優(yōu)化控制策略分解為燃燒器傾角調(diào)整指令及風(fēng)門(mén)開(kāi)度調(diào)整序列，通過(guò)預(yù)設(shè)的前饋與反饋復(fù)合控制機(jī)制修正執(zhí)行機(jī)構(gòu)動(dòng)作偏差，并基于所述數(shù)據(jù)處理模塊實(shí)時(shí)更新的動(dòng)態(tài)燃燒場(chǎng)三維模型監(jiān)測(cè)溫度場(chǎng)動(dòng)態(tài)響應(yīng)；

8、優(yōu)化模塊，用于根據(jù)所述調(diào)控模塊反饋的溫度場(chǎng)動(dòng)態(tài)響應(yīng)數(shù)據(jù)，計(jì)算優(yōu)化控制策略執(zhí)行后的燃燒效率提升率、煙溫下降幅度及受熱面溫度均勻性指標(biāo)；

9、安全預(yù)警模塊，用于在所述動(dòng)態(tài)燃燒場(chǎng)三維模型中疊加所述控制模塊的安全約束過(guò)濾單元中定義的受熱面材料耐溫極限參數(shù)，實(shí)時(shí)計(jì)算溫度分布與所述受熱面材料許用應(yīng)力的匹配系數(shù)，當(dāng)檢測(cè)到匹配系數(shù)超出預(yù)設(shè)閾值時(shí)，觸發(fā)分級(jí)干預(yù)控制策略并推送預(yù)警信息至人機(jī)界面。

10、進(jìn)一步地，本發(fā)明所述的爐膛輔助調(diào)整控制系統(tǒng)，所述數(shù)據(jù)處理模塊包括：

11、傳感器網(wǎng)絡(luò)分層部署單元，配置紅外測(cè)溫陣列與抗干擾熱電偶，在燃燒器區(qū)、水冷壁及煙道形成三級(jí)測(cè)溫層，用于采集所述爐膛燃燒器區(qū)、水冷壁及尾部煙道的溫度數(shù)據(jù)；

12、數(shù)據(jù)融合單元，用于對(duì)所述傳感器網(wǎng)絡(luò)分層部署單元輸出的原始溫度數(shù)據(jù)進(jìn)行卡爾曼濾波去噪及冗余交叉驗(yàn)證，并通過(guò)溫度補(bǔ)償算法消除爐膛壓力波動(dòng)導(dǎo)致的測(cè)量偏差；

13、三維場(chǎng)重構(gòu)單元，基于delaunay三角剖分算法建立爐膛空間網(wǎng)格拓?fù)洌捎脧较蚧瘮?shù)插值法將所述數(shù)據(jù)融合單元處理后的離散溫度點(diǎn)映射至三維網(wǎng)格節(jié)點(diǎn)，結(jié)合所述燃燒器火焰位置信號(hào)動(dòng)態(tài)修正插值權(quán)重系數(shù)，輸出溫度梯度分布的三維云圖以生成所述動(dòng)態(tài)燃燒場(chǎng)三維模型；

14、其中，所述傳感器網(wǎng)絡(luò)分層部署單元的輸出連接至數(shù)據(jù)融合單元，數(shù)據(jù)融合單元的輸出連接至三維場(chǎng)重構(gòu)單元，三維場(chǎng)重構(gòu)單元的輸出傳輸至所述分析模塊。

15、進(jìn)一步地，本發(fā)明所述的爐膛輔助調(diào)整控制系統(tǒng)，所述分析模塊包括：

16、燃燒核心區(qū)識(shí)別單元，用于從所述動(dòng)態(tài)燃燒場(chǎng)三維模型中提取溫度≥1000℃的連續(xù)區(qū)域，通過(guò)邊緣檢測(cè)算法確定幾何中心坐標(biāo)及體積變化率，并結(jié)合外部煙氣成分分析儀數(shù)據(jù)計(jì)算燃燒強(qiáng)度指數(shù)；

17、多參數(shù)耦合建模單元，構(gòu)建燃燒效率與氧量、一次風(fēng)率及燃料揮發(fā)分的多元回歸模型，利用滑動(dòng)時(shí)間窗統(tǒng)計(jì)負(fù)荷波動(dòng)時(shí)所述燃燒配風(fēng)量、燃料熱值及負(fù)荷變化數(shù)據(jù)的參數(shù)變化趨勢(shì)，生成燃燒穩(wěn)定性特征向量；

18、異常模式匹配單元，基于歷史運(yùn)行數(shù)據(jù)提取典型工況下的溫度場(chǎng)分布模板，采用動(dòng)態(tài)時(shí)間規(guī)整算法實(shí)時(shí)匹配當(dāng)前燃燒場(chǎng)與模板的相似度，輸出異常偏離度指標(biāo)以生成所述燃燒穩(wěn)定性評(píng)價(jià)指標(biāo)；

19、其中，所述燃燒核心區(qū)識(shí)別單元的輸出連接至多參數(shù)耦合建模單元，多參數(shù)耦合建模單元的輸出連接至異常模式匹配單元，異常模式匹配單元的輸出傳輸至所述控制模塊。

20、進(jìn)一步地，本發(fā)明所述的爐膛輔助調(diào)整控制系統(tǒng)，所述控制模塊包括：

21、操作模式匹配單元，采用卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)對(duì)歷史優(yōu)化操作記錄進(jìn)行特征提取，將所述動(dòng)態(tài)燃燒場(chǎng)三維模型生成的溫度分布圖作為輸入，關(guān)聯(lián)對(duì)應(yīng)的燃燒器傾角及風(fēng)門(mén)開(kāi)度標(biāo)簽數(shù)據(jù)，生成初始推薦策略集；

22、數(shù)字孿生驗(yàn)證單元，導(dǎo)入當(dāng)前燃燒場(chǎng)邊界條件至cfd仿真引擎，計(jì)算不同風(fēng)門(mén)組合下的煙氣再循環(huán)率及nox生成量，篩選滿(mǎn)足所述熱效率閾值及排放約束的可行策略；

23、安全約束過(guò)濾單元，將受熱面管壁熱應(yīng)力閾值作為硬約束條件，采用拉格朗日乘數(shù)法修正所述數(shù)字孿生驗(yàn)證單元輸出的候選策略，排除導(dǎo)致超溫風(fēng)險(xiǎn)的調(diào)整方案以生成所述優(yōu)化控制策略；

24、其中，所述操作模式匹配單元的輸出連接至數(shù)字孿生驗(yàn)證單元，數(shù)字孿生驗(yàn)證單元的輸出連接至安全約束過(guò)濾單元，安全約束過(guò)濾單元的輸出傳輸至所述調(diào)控模塊。

25、進(jìn)一步地，本發(fā)明所述的爐膛輔助調(diào)整控制系統(tǒng)，所述調(diào)控模塊包括：

26、指令分解單元，將所述安全約束過(guò)濾單元生成的優(yōu)化控制策略解析為燃燒器伺服電機(jī)角度增量、二次風(fēng)門(mén)開(kāi)度目標(biāo)值及燃料分配閥調(diào)節(jié)系數(shù)，根據(jù)執(zhí)行機(jī)構(gòu)響應(yīng)延遲測(cè)試數(shù)據(jù)生成時(shí)序協(xié)同指令隊(duì)列；

27、動(dòng)態(tài)補(bǔ)償單元，基于所述執(zhí)行機(jī)構(gòu)響應(yīng)延遲測(cè)試數(shù)據(jù)設(shè)定前饋控制補(bǔ)償系數(shù)，結(jié)合pid反饋控制消除實(shí)際開(kāi)度與目標(biāo)值的穩(wěn)態(tài)誤差；

28、其中，所述指令分解單元的輸出連接至動(dòng)態(tài)補(bǔ)償單元，動(dòng)態(tài)補(bǔ)償單元的輸出連接至燃燒器伺服機(jī)構(gòu)及風(fēng)門(mén)執(zhí)行器，執(zhí)行器動(dòng)作信號(hào)反饋至所述優(yōu)化模塊。

29、進(jìn)一步地，本發(fā)明所述的爐膛輔助調(diào)整控制系統(tǒng)，所述優(yōu)化模塊包括：

30、效果評(píng)估單元，用于采集所述調(diào)控模塊反饋的溫度場(chǎng)動(dòng)態(tài)響應(yīng)數(shù)據(jù)中的平均排煙溫度、汽水系統(tǒng)熵增率及受熱面溫差標(biāo)準(zhǔn)差，計(jì)算燃燒效率提升貢獻(xiàn)度并更新所述控制模塊的控制策略生成規(guī)則的權(quán)重系數(shù)；

31、知識(shí)庫(kù)擴(kuò)展單元，當(dāng)檢測(cè)到所述分析模塊輸出的燃燒配風(fēng)量、燃料熱值及負(fù)荷變化數(shù)據(jù)中的負(fù)荷突變或燃料切換事件時(shí)，觸發(fā)強(qiáng)化學(xué)習(xí)機(jī)制提取所述調(diào)控模塊的調(diào)整序列數(shù)據(jù)中的有效操作特征，通過(guò)遷移學(xué)習(xí)算法擴(kuò)展所述控制模塊的策略庫(kù)的適應(yīng)邊界。

32、進(jìn)一步地，本發(fā)明所述的爐膛輔助調(diào)整控制系統(tǒng)，所述安全預(yù)警模塊包括：

33、壽命預(yù)測(cè)單元，用于基于所述控制模塊的安全約束過(guò)濾單元中定義的受熱面材料耐溫極限參數(shù)中的larson-miller參數(shù)，實(shí)時(shí)計(jì)算管壁溫度與設(shè)計(jì)壽命的等效運(yùn)行時(shí)間，當(dāng)累積損傷系數(shù)≥0.8時(shí)觸發(fā)預(yù)警；

34、分級(jí)干預(yù)單元，用于根據(jù)所述壽命預(yù)測(cè)單元的預(yù)警信號(hào)，對(duì)一級(jí)預(yù)警推送調(diào)整建議至人機(jī)界面，對(duì)二級(jí)預(yù)警觸發(fā)所述控制模塊生成的燃燒核心區(qū)偏移控制策略以強(qiáng)制降低區(qū)域燃燒強(qiáng)度。

35、進(jìn)一步地，本發(fā)明所述的爐膛輔助調(diào)整控制系統(tǒng)，所述傳感器網(wǎng)絡(luò)分層部署單元與數(shù)據(jù)融合單元之間設(shè)有通信冗余校驗(yàn)?zāi)K，用于檢測(cè)所述傳感器網(wǎng)絡(luò)分層部署單元輸出的溫度數(shù)據(jù)的傳輸丟包率，并觸發(fā)數(shù)據(jù)重傳機(jī)制以維持所述三維場(chǎng)重構(gòu)單元的輸入數(shù)據(jù)完整性。

36、進(jìn)一步地，本發(fā)明所述的爐膛輔助調(diào)整控制系統(tǒng)，所述數(shù)字孿生驗(yàn)證單元與安全約束過(guò)濾單元之間設(shè)有策略沖突檢測(cè)模塊，用于對(duì)比所述數(shù)字孿生驗(yàn)證單元輸出的候選策略的燃燒效率提升值與所述安全約束過(guò)濾單元中定義的受熱面材料耐溫極限參數(shù)的安全閾值，識(shí)別沖突點(diǎn)并優(yōu)先執(zhí)行所述安全約束過(guò)濾單元的安全約束過(guò)濾操作。

37、進(jìn)一步地，本發(fā)明所述的爐膛輔助調(diào)整控制系統(tǒng)，所述動(dòng)態(tài)補(bǔ)償單元與執(zhí)行機(jī)構(gòu)之間設(shè)有動(dòng)作時(shí)序校準(zhǔn)模塊，用于根據(jù)所述調(diào)控模塊的指令分解單元中存儲(chǔ)的執(zhí)行機(jī)構(gòu)響應(yīng)延遲測(cè)試數(shù)據(jù)中風(fēng)門(mén)執(zhí)行器的機(jī)械響應(yīng)延遲特性，在所述指令分解單元生成的時(shí)序協(xié)同指令隊(duì)列中插入時(shí)間緩沖間隔。

38、本發(fā)明有益效果；

39、本發(fā)明的有益效果在于通過(guò)分布式溫度傳感器網(wǎng)絡(luò)實(shí)時(shí)采集爐膛多維溫度數(shù)據(jù)，結(jié)合卡爾曼濾波與冗余交叉驗(yàn)證消除測(cè)量噪聲，生成高精度的動(dòng)態(tài)燃燒場(chǎng)三維模型，實(shí)現(xiàn)燃燒狀態(tài)的全息化感知；基于多元回歸模型與動(dòng)態(tài)時(shí)間規(guī)整算法關(guān)聯(lián)燃燒效率與多參數(shù)動(dòng)態(tài)關(guān)系，識(shí)別異常模式并生成穩(wěn)定性評(píng)價(jià)指標(biāo)，為控制策略提供量化依據(jù)；通過(guò)卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)提取歷史操作特征并結(jié)合數(shù)字孿生仿真驗(yàn)證，篩選滿(mǎn)足熱效率提升與安全約束的優(yōu)化策略集，標(biāo)準(zhǔn)化控制規(guī)則以減少人工干預(yù)差異；前饋與反饋復(fù)合控制機(jī)制與動(dòng)態(tài)時(shí)序校準(zhǔn)消除執(zhí)行機(jī)構(gòu)動(dòng)作偏差，提升響應(yīng)速度與同步精度；閉環(huán)優(yōu)化模塊基于燃燒效率提升率與受熱面溫差指標(biāo)動(dòng)態(tài)更新策略權(quán)重，強(qiáng)化學(xué)習(xí)擴(kuò)展策略庫(kù)適應(yīng)復(fù)雜工況；安全預(yù)警模塊通過(guò)larson-miller參數(shù)實(shí)時(shí)評(píng)估管壁累積損傷系數(shù)，觸發(fā)分級(jí)干預(yù)策略降低超溫風(fēng)險(xiǎn)，形成從數(shù)據(jù)感知、智能決策到安全防護(hù)的全流程閉環(huán)控制，有效提升鍋爐熱效率并降低運(yùn)行安全風(fēng)險(xiǎn)。