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一种火电厂煤耗率经济性分析方法
审中-实审

申请号:201510599277.5 申请日:2015-09-19
摘要:一种火电厂煤耗率经济性分析方法,其特点是,包括的步骤有:通过相关热工测量元器件测量主汽流量、煤水比、再热器蒸汽压力、总风量、凝汽器真空、干渣温度、锅炉炉膛负压、给水流量、再热器温度及烟气含氧量等过程参量;通过现场的功率表读取火电机组实时发电功率,将测得的入炉总煤量除以火电机组实时发电功率,得单元机组实时煤耗率。以上述过程参量为输入,以单元机组实时煤耗率为输出,基于偏最小二乘理论提取主成分;接着以所提取的主成分为模型输入,以煤耗率为输出搭建煤耗率经济性分析模型。根据电力行业煤耗率评价标准对测试样本的经济性优劣进行评判。具有模型预测精度更高,预测偏差满足工程要求,实际工程应用价值高等优点。
申请人: 东北电力大学
地址: 132012 吉林省吉林市船营区长春路169号
发明(设计)人: 文孝强 徐志明 王建国 孙灵芳 曹生现 张艾萍
主分类号: G06Q10/04(2012.01)I
分类号: G06Q10/04(2012.01)I G06Q50/06(2012.01)I
  • 法律状态
2016-02-24  实质审查的生效IPC(主分类):G06Q 10/04申请日:20150919
2016-01-27  公开
注:本法律状态信息仅供参考,即时准确的法律状态信息须到国家知识产权局办理专利登记簿副本。
  • 其他信息
主权项  一种火电厂煤耗率经济性分析方法,其特征是,它包含如下步骤:1)数据的采集通过相关热工测量元器件测量主汽流量、煤水比、再热器蒸汽压力、总风量、凝汽器真空、干渣温度、锅炉炉膛负压、给水流量、再热器温度及烟气含氧量10个过程参量,具体测量如下:主蒸汽流量:采用HD?W插入型涡街流量仪表测得,t/h;燃水比:分别通过AKS?LDC智能插入式电磁流量计测得锅炉给水量,赛摩F55耐压称重给煤机测得入炉煤量,然后通过计算前者与后者的比值获得,标量;再热器蒸汽压力:采用PPM?T322B压力变送器测得,MPa;总风量:采用FS?5C防堵型免吹扫风量测量装置测得,t/h;凝汽器真空:采用PDM?520微型精密电阻真空计测得,KPa;干渣温度:采用红外测温仪IS?CF1400AD测得,℃;炉膛负压:采用BTS6800?SP负压变送装置测得,Pa;给水流量:通过AKS?LDC智能插入式电磁流量计测得,t/h;再热器蒸汽温度:采用WSSXP?401双金属温度计测得,℃;烟气含氧量:采用XP?3180含氧量检测仪测得,%;2)主成分的提取①数据标准化为了抽取主成分,首先将自变量矩阵X=(xij)n×m???????????????(1)式中,n表示所选取的训练样本用量,组;m表示所选取的热工参量维数,在此m=1,2,…,10;i=1,2,…,n;j=1,2,…,m和因变量矩阵Y=(yij)n×p???????????????(2)式中,n表示所选取的训练样本用量;p表示因变量维数,在此p=1;i=1,2,…,n;j=1,2,…,p采用如下公式(3)、(4)进行标准化处理,使样本点的集合重心与坐标原点重合:<mrow><msub><mi>E</mi><mn>1</mn></msub><mo>=</mo><mfrac><mrow><msub><mi>x</mi><mi>i</mi></msub><mo>-</mo><mi>E</mi><mrow><mo>(</mo><msub><mi>x</mi><mi>i</mi></msub><mo>)</mo></mrow></mrow><msub><mi>S</mi><msub><mi>x</mi><mi>i</mi></msub></msub></mfrac><mo>-</mo><mo>-</mo><mo>-</mo><mrow><mo>(</mo><mn>3</mn><mo>)</mo></mrow></mrow><mrow><msub><mi>F</mi><mn>1</mn></msub><mo>=</mo><mfrac><mrow><msub><mi>y</mi><mi>i</mi></msub><mo>-</mo><mi>E</mi><mrow><mo>(</mo><mi>y</mi><mo>)</mo></mrow></mrow><msub><mi>S</mi><mi>y</mi></msub></mfrac><mo>-</mo><mo>-</mo><mo>-</mo><mrow><mo>(</mo><mn>4</mn><mo>)</mo></mrow></mrow>式中,E1、F1分别为X和Y的标准化矩阵;E(xi)、E(y)分别为X、Y的均值;Sy分别为X、Y的均方差;②第一个成分提取t1:采用如下公式(5)计算第1步的组合系数w1<mrow><msub><mi>w</mi><mn>1</mn></msub><mo>=</mo><mfrac><mrow><msubsup><mi>E</mi><mn>1</mn><mi>T</mi></msubsup><msub><mi>F</mi><mn>1</mn></msub></mrow><mrow><mo>|</mo><mo>|</mo><msubsup><mi>E</mi><mn>1</mn><mi>T</mi></msubsup><mi>F</mi><mo>|</mo><mo>|</mo></mrow></mfrac><mo>-</mo><mo>-</mo><mo>-</mo><mrow><mo>(</mo><mn>5</mn><mo>)</mo></mrow></mrow>采用如下公式(6)提取第一个主成分t1:t1=E1w1???????????????(6)③计算残差矩阵采用如下公式(7)、(8)计算残差矩阵:<mrow><msub><mi>E</mi><mn>2</mn></msub><mo>=</mo><msub><mi>E</mi><mn>1</mn></msub><mo>-</mo><msub><mi>t</mi><mn>1</mn></msub><msubsup><mi>P</mi><mn>1</mn><mi>T</mi></msubsup><mo>-</mo><mo>-</mo><mo>-</mo><mrow><mo>(</mo><mn>7</mn><mo>)</mo></mrow></mrow>F2=F1?t1r1???????????????(8)式中,<mrow><msub><mi>P</mi><mn>1</mn></msub><mo>=</mo><msubsup><mi>E</mi><mn>1</mn><mi>T</mi></msubsup><msub><mi>t</mi><mn>1</mn></msub><mo>/</mo><mo>|</mo><mo>|</mo><msub><mi>t</mi><mn>1</mn></msub><mo>|</mo><msup><mo>|</mo><mn>2</mn></msup><mo>,</mo></mrow>为回归系数,向量;<mrow><msub><mi>r</mi><mn>1</mn></msub><mo>=</mo><msubsup><mi>F</mi><mn>1</mn><mi>T</mi></msubsup><msub><mi>t</mi><mn>1</mn></msub><mo>/</mo><mo>|</mo><mo>|</mo><msub><mi>t</mi><mn>1</mn></msub><mo>|</mo><msup><mo>|</mo><mn>2</mn></msup><mo>,</mo></mrow>为回归系数,标量;④计算预报残差平方和PRESS采用如下公式(9)计算预测误差:<mrow><msub><mi>PRESS</mi><mn>1</mn></msub><mo>=</mo><munderover><mo>&Sigma;</mo><mrow><mi>i</mi><mo>=</mo><mn>1</mn></mrow><mi>n</mi></munderover><msup><mrow><mo>&lsqb;</mo><msub><mi>y</mi><mi>i</mi></msub><mo>-</mo><msub><mi>y</mi><mrow><mn>1</mn><mrow><mo>(</mo><mo>-</mo><mi>i</mi><mo>)</mo></mrow></mrow></msub><mo>&rsqb;</mo></mrow><mn>2</mn></msup><mo>-</mo><mo>-</mo><mo>-</mo><mrow><mo>(</mo><mn>9</mn><mo>)</mo></mrow></mrow>式中,yi为煤耗率真实值,g/kw·h;y1(?i)是在提取主成分t1的前提下,利用去掉第i个样本(i=1,2….n)的剩余样本,求回归方程,然后把第i个样本点代入该回归方程所得到的方程预测值,g/kw·h;⑤利用残差矩阵E2、F2代替步骤②中的E1、F1,重复步骤②③④,继续提取主成分;⑥采用直角坐标系绘制⑤中“每次循环所得到的预报残差平方和值——循环次数”曲线图,通过该坐标图,确定使得预报残差平方和PRESS取最小值时所对应的循环次数,也即最佳主成分提取个数q;⑦按照最佳主成分提取个数,提取q个主成分,构成一个q×n维的矩阵A;3)非线性回归向量机模型的搭建以矩阵Aq×n为输入变量,以煤耗率为输出,搭建非线性回归向量机模型,具体过程如下:(a)核函数的选取在此,选择径向基核函数作为向量机的核函数,径向基核函数表达式为:<mrow><mi>K</mi><mrow><mo>(</mo><mi>x</mi><mo>,</mo><msub><mi>x</mi><mi>k</mi></msub><mo>)</mo></mrow><mo>=</mo><mi>exp</mi><mo>{</mo><mo>-</mo><mfrac><mrow><mo>|</mo><mo>|</mo><mi>x</mi><mo>-</mo><msub><mi>x</mi><mi>k</mi></msub><mo>|</mo><msup><mo>|</mo><mn>2</mn></msup></mrow><mrow><mn>2</mn><msup><mi>&sigma;</mi><mn>2</mn></msup></mrow></mfrac><mo>}</mo><mo>-</mo><mo>-</mo><mo>-</mo><mrow><mo>(</mo><mn>10</mn><mo>)</mo></mrow></mrow>式中,<mrow><mo>|</mo><mo>|</mo><mi>x</mi><mo>-</mo><msub><mi>x</mi><mi>k</mi></msub><mo>|</mo><mo>|</mo><mo>=</mo><msqrt><mrow><munderover><mo>&Sigma;</mo><mrow><mi>k</mi><mo>=</mo><mn>1</mn></mrow><mi>n</mi></munderover><msup><mrow><mo>(</mo><msup><mi>x</mi><mi>k</mi></msup><mo>-</mo><msubsup><mi>x</mi><mi>i</mi><mi>k</mi></msubsup><mo>)</mo></mrow><mn>2</mn></msup></mrow></msqrt><mo>;</mo></mrow>σ为核系数。(b)训练误差公式在采用样本对模型进行训练过程中,为保证模型的训练结束时间和训练误差最小,采用平均相对误差,其计算公式为:<mrow><mi>E</mi><mo>=</mo><mfrac><mn>1</mn><mi>n</mi></mfrac><munderover><mo>&Sigma;</mo><mrow><mi>i</mi><mo>=</mo><mn>1</mn></mrow><mi>n</mi></munderover><mfrac><mrow><mo>|</mo><msub><mi>y</mi><mi>i</mi></msub><mo>-</mo><msub><mi>y</mi><mrow><mi>i</mi><mn>0</mn></mrow></msub><mo>|</mo></mrow><msub><mi>y</mi><mrow><mi>i</mi><mn>0</mn></mrow></msub></mfrac><mrow><mo>(</mo><mi>i</mi><mo>=</mo><mn>1</mn><mo>,</mo><mn>2</mn><mo>,</mo><mo>...</mo><mo>,</mo><mi>n</mi><mo>)</mo></mrow><mo>-</mo><mo>-</mo><mo>-</mo><mrow><mo>(</mo><mn>11</mn><mo>)</mo></mrow></mrow>式中,n为训练样本用量,组;yi为模型预测值,g/kw·h;yi0为实际煤耗率,g/kw·h;(c)模型搭建步骤如下:模型预测输出表达式为:<mrow><mi>f</mi><mrow><mo>(</mo><mi>x</mi><mo>)</mo></mrow><mo>=</mo><munderover><mo>&Sigma;</mo><mrow><mi>i</mi><mo>=</mo><mn>1</mn></mrow><mi>l</mi></munderover><msub><mi>&alpha;</mi><mi>i</mi></msub><mi>&psi;</mi><mrow><mo>(</mo><mi>x</mi><mo>,</mo><msub><mi>x</mi><mi>i</mi></msub><mo>)</mo></mrow><mo>+</mo><mi>b</mi><mo>-</mo><mo>-</mo><mo>-</mo><mrow><mo>(</mo><mn>12</mn><mo>)</mo></mrow></mrow>式中,ψ(x,xi)为支持向量机核函数,此处为径向基核函数;<mrow><mi>&alpha;</mi><mo>=</mo><msup><mi>B</mi><mrow><mo>-</mo><mn>1</mn></mrow></msup><mrow><mo>(</mo><mi>y</mi><mo>-</mo><mi>b</mi><mover><mn>1</mn><mo>&RightArrow;</mo></mover><mo>)</mo></mrow><mo>-</mo><mo>-</mo><mo>-</mo><mrow><mo>(</mo><mn>13</mn><mo>)</mo></mrow></mrow>式中,α为由式(12)中的αi组成的矩阵向量;<mrow><mi>b</mi><mo>=</mo><mfrac><mrow><msup><mover><mn>1</mn><mo>&RightArrow;</mo></mover><mi>T</mi></msup><msup><mi>B</mi><mrow><mo>-</mo><mn>1</mn></mrow></msup><mi>y</mi></mrow><mrow><msup><mover><mn>1</mn><mo>&RightArrow;</mo></mover><mi>T</mi></msup><msup><mi>B</mi><mrow><mo>-</mo><mn>1</mn></mrow></msup><mover><mn>1</mn><mo>&RightArrow;</mo></mover></mrow></mfrac><mo>-</mo><mo>-</mo><mo>-</mo><mrow><mo>(</mo><mn>14</mn><mo>)</mo></mrow></mrow>式中,<mrow><mover><mn>1</mn><mo>&RightArrow;</mo></mover><mo>=</mo><msup><mrow><mo>&lsqb;</mo><mn>1</mn><mo>,</mo><mn>1</mn><mo>,</mo><mo>...</mo><mo>,</mo><mn>1</mn><mo>&rsqb;</mo></mrow><mi>T</mi></msup><mo>.</mo></mrow>B=Ω+γ?1I???????????????(15)式中,I为单位向量;γ为惩罚系数;矩阵向量Ω采用如下公式(16)计算得到:Ωkj=Ψ(xk,xj)(k,j=1,2,…,n)?????????(16)式中,ψ(xk,xj)为支持向量机核函数,此处为径向基核函数;n为训练样本用量,将公式(13)?(16)代入公式(12)得最终模型预测输出;4)模型的训练为了提高模型训练速度,快速准确地确定模型的惩罚系数、核系数最优组合,达到模型的目标训练误差,在此,对惩罚系数和核系数进行寻优的过程中,采用以下具体步骤:(1)在直角坐标系第一象限中任意确定一点M1(a1,b1),通常情况下取a1、b1>0;(2)以M1点为中心,以2c1为短对角线、2d1为长对角线,绘制一个菱形T1,菱形T1的对角线分别垂直于坐标轴横x、y轴或y、x轴,其中c1<min(a1,b1),d1<max(a1,b1);(3)以菱形T1的四个顶点连同点M的坐标作为惩罚系数?核系数的五个组合,分别代入模型进行训练;(4)通过训练误差公式计算各点所对应的误差值e1,e2,…,ei,令e=min{e1,e2,…,ei}(i=1,2,…,5);(5)假设误差最小值为e时,所对应点的点为M2(a2,b2),且点M2所在菱形T1的对角线的长度为l,则以点M2为中心,按照步骤②的方法,绘制另一个菱形T2,其中a2<l/2,b2<l/2;(6)以菱形T2的四个顶点坐标为惩罚系数?核系数的四个组合,分别代入模型进行训练,计算各自的训练误差,并且与M2点的误差进行对比;(7)若四个点的误差皆大于M2点的误差则改变菱形的对角线长度,重新绘制菱形,重复以上(2)?(6)步骤;若四个点的误差中有小于M2点的,则以新的点为中心重复以上步骤(5)和(6),如此往复,直至满足预设误差范围;5)煤耗率预测及经济性分析将待测试样本输入训练好的模型进行预测,并且按照按照电力行业的要求,将预测结果折算为标准煤煤耗率,根据电力行业煤耗率评价标准对该测试样本的经济性优劣进行评判。
公开号  105279573A
公开日  2016-01-27
专利代理机构  吉林市达利专利事务所 22102
代理人  陈传林
颁证日  
优先权  
国际申请  
国际公布  
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