烟气扰动下电除尘变频电源AI智能调幅方法与流程

本发明涉及电除尘控制，具体为烟气扰动下电除尘变频电源ai智能调幅方法。

背景技术：

1、在燃煤发电机组运行过程中，锅炉负荷调节或吹灰系统运行会引起烟气状态改变，形成热工扰动并向后级电除尘器传递。变频电源作为电除尘器的供电核心，需要依据烟气工况调整输出的高压直流电。现有变频电源的调幅策略大多建立在电场二次侧电压与电流的闭环反馈基础之上，属于依赖电气量突变的事后调节机制。当热工扰动导致电场内部粉尘浓度增加时，需要等待电场发生物理击穿产生火花放电后，控制系统才能检测到反馈状态异常并执行调幅动作。这种偏向于事后响应的调节逻辑难以提前预判电场负载状态的演变，伴随的火花放电与输出电压波动会制约整体的除尘效果。

2、在尝试引入前馈控制的现有方案中，多采用固化在控制器内部的静态延时参数来匹配烟气传输过程。在实际流体传输环境下，热工扰动从发生端传递至电除尘器电场的过程纯滞后时间随着机组负荷与烟风系统工况动态改变。采用固定延时参数触发前馈调节，会造成控制器的动作时机与热工扰动实际到达电场的客观时刻出现时间错位，导致控制预期难以实现。现有的调节手段在应对电场状态恶化时主要依赖限制占空比，缺乏在放电先兆阶段结合功率模块硬件拓扑特性进行主动干预的设计，无法利用底层电路的交流阻抗特征对一次侧电流及电气应力进行限制。

技术实现思路

1、本发明解决的技术问题在于，现有电除尘变频电源在面对锅炉负荷调节、吹灰器运行等烟气扰动时，控制策略主要依赖单一的电气量闭环反馈，无法提前预判电场内部负载状态的剧烈变化。由于热工扰动从发生端传递至电除尘器电场存在复杂且动态的过程纯滞后，传统基于固定延时参数或固定阈值的调节方法存在控制响应滞后问题，在烟气粉尘剧增阶段容易引发频繁的火花放电，导致电场输出电压大幅波动，进而降低除尘效率并影响功率变换模块的运行稳定性。

2、为解决上述问题，本发明提供如下技术方案：

3、本发明提供烟气扰动下电除尘变频电源ai智能调幅方法，包括：

4、获取热工变量向量和热工数据采集时间戳，当前主开关频率、当前占空比及电气反馈数据；

5、执行动态时间规整算法，将热工变量向量组成的实时热工变量序列与历史热工扰动模板时域对齐，计算过程纯滞后时间并建立前馈控制时间窗；

6、在前馈控制时间窗内注入高频探测脉冲，提取电压电流相位差，计算滤波后的电场负载偏离指数及电场负载偏离指数变化率；

7、将热工变量向量、滤波后的电场负载偏离指数、电场负载偏离指数变化率、当前主开关频率、当前占空比及电气反馈数据组成联合特征向量，并标准化生成模型输入向量，根据电场负载偏离指数变化率选择高斯过程回归模型，输出火花放电临界电压预测值和预测方差；

8、依据火花放电临界电压预测值和预测方差，通过电压幅值调节模式、升频增阻模式和频率恢复模式控制功率变换模块。该方案通过前馈热工数据关联与高频阻抗探测，结合高斯过程回归模型输出的预测不确定度执行多模式调控，克服工况扰动传递的滞后效应。

9、进一步的，所述获取热工变量向量和热工数据采集时间戳，包括：

10、接收分布式控制系统的热工操作指令、状态变量和热工数据采集时间戳；

11、按照预设变量顺序，将同一热工数据采集时间戳对应的热工操作指令和状态变量依次排列，生成热工变量向量；

12、将热工变量向量与热工数据采集时间戳关联写入静态随机存取存储器。上述步骤确立统一的时间基准，保证底层电气控制单元与上层分布式控制系统的数据同步对齐。

13、进一步的，所述执行动态时间规整算法，将热工变量向量组成的实时热工变量序列与历史热工扰动模板时域对齐，计算过程纯滞后时间，包括：

14、对实时热工变量序列和各历史热工扰动模板执行极差标准化处理；

15、计算实时热工变量序列与历史热工扰动模板中各数据点之间的欧氏距离，并递推建立累积距离矩阵；

16、从累积距离矩阵终点回溯至起点获得规整路径，并选取归一化动态时间规整距离最小且低于预设的模板匹配阈值的历史热工扰动模板；

17、根据规整路径中匹配段的起始索引和终止索引计算时间伸缩系数，将时间伸缩系数与选定的历史热工扰动模板中记录的基础滞后时间相乘并进行上下限幅处理，得到过程纯滞后时间。引入时间伸缩系数修正不同幅度工况扰动对热工状态传播时间造成的非线性时间拉伸或压缩偏差。

18、进一步的，所述建立前馈控制时间窗，包括：

19、采用相邻的热工变量向量的标准化差值计算归一化欧氏距离；

20、当归一化欧氏距离连续多个刷新周期达到预设值时，确定首个达到预设值的刷新时刻为热工扰动起始时刻；

21、将过程纯滞后时间减去预设的控制响应裕度时间得到时间下限，将过程纯滞后时间作为时间上限；

22、将热工扰动起始时刻作为基准，结合时间下限和时间上限，建立前馈控制时间窗。结合起始时刻与计算得到的时间限值建立控制动作区间，防止控制干预过早或过晚。

23、进一步的，所述在前馈控制时间窗内注入高频探测脉冲，提取电压电流相位差，包括：

24、在高频探测脉冲注入期间启动探测窗口高速连续采样，获取一次侧高频电压反馈数据和一次侧高频电流反馈数据；

25、对采样数据执行中心频率为探测脉冲重复频率的数字带通滤波，再执行单频离散傅里叶计算，得到一次侧电压复数分量和一次侧电流复数分量；

26、通过复数相角运算获取相角差值，并扣除基于三维线性插值获取的稳态基准相位，得到实际的电压电流相位差。通过带通滤波与频域计算分离高频探测信号并滤除工频干扰，获取电场等效阻抗的相位偏移特征。

27、进一步的，所述计算滤波后的电场负载偏离指数及电场负载偏离指数变化率，包括：

28、根据电压电流相位差与稳态基准相位的比值及一次侧高频电流有效值计算相位偏离项；

29、根据一次侧电压复数分量与一次侧电流复数分量的比值计算与稳态基准复数阻抗的偏差，并折算为阻抗偏离项；

30、通过加权方式结合相位偏离项和阻抗偏离项，得到电场负载偏离指数；

31、对电场负载偏离指数执行滤波处理得到滤波后的电场负载偏离指数，并利用相邻预测计算周期的差值计算电场负载偏离指数变化率。综合相位和阻抗双重特征计算偏离指数，量化粉尘浓度及比电阻突变引起的负载特性偏移程度。

32、进一步的，所述根据电场负载偏离指数变化率选择高斯过程回归模型，包括：

33、当电场负载偏离指数变化率的模值达到预设的变化率进入阈值时，高斯过程回归模型选择马特恩3/2核高斯过程回归模型；

34、当电场负载偏离指数变化率的模值回落至预设的变化率退出阈值以内并持续预设周期后，高斯过程回归模型选择平方指数核高斯过程回归模型；

35、当电场负载偏离指数变化率的模值处于变化率退出阈值与变化率进入阈值之间时，保持上一预测计算周期选择的高斯过程回归模型。针对工况剧烈变动和平稳恢复的不同阶段切换核函数，解决单一模型无法同时满足局部突变响应与全局平滑预测要求的问题。

36、进一步的，所述输出火花放电临界电压预测值和预测方差，包括：

37、调用离线保存的均值和标准差对联合特征向量执行标准化处理，生成模型输入向量；

38、计算模型输入向量与代表性训练样本集之间的协方差；

39、结合训练阶段保存的cholesky分解结果和预设的观测噪声方差，通过前向代入和回代运算解算得到火花放电临界电压预测值和预测方差。利用矩阵分解预处理结果降低运行阶段协方差矩阵求逆的计算量，满足底层控制模块实时运算需求并同步输出预测不确定度。

40、进一步的，所述通过电压幅值调节模式、升频增阻模式和频率恢复模式控制功率变换模块，其中电压幅值调节模式包括：

41、将火花放电临界电压预测值减去预设的安全裕度电压，再减去预设的标准差裕度系数与预测标准差的乘积，得到目标给定电压，其中预测标准差取预测方差的平方根；

42、将目标给定电压与二次侧高压直流电压反馈值之间的偏差输入控制环路，输出占空比指令；

43、当预测方差达到预设的升频增阻进入阈值时，触发切换进入升频增阻模式。在电压给定计算中引入基于预测标准差的自适应压降机制，根据模型预测置信度动态调整安全裕度。

44、进一步的，所述升频增阻模式包括：

45、保持目标给定电压不再上升，并将占空比上限限制为进入升频增阻模式前当前占空比的预设比例；

46、依据预测方差在升频增阻进入阈值与预设的频率映射方差上限之间执行线性插值，确定目标主开关频率；

47、按照固定步长提高当前主开关频率直至目标主开关频率，增大串联谐振网络交流阻抗；

48、当预测方差回落至预设的升频增阻退出阈值以内并满足预设恢复条件后，切换进入频率恢复模式，在频率恢复模式下步进降低当前主开关频率至预设的基准主开关频率。在预测不确定度高时，提高开关频率增加内部谐振网络物理阻抗，限制高压端的瞬态放电电流。

49、进一步的，所述方法还包括：

50、当发生通信中断、模型数据校验失败、模数采样异常或存储器读取异常时，触发降额运行模式；

51、在降额运行模式下，将当前占空比固定为预设降额占空比，将当前主开关频率固定为预设的基准主开关频率，并启用硬件保护，且硬件保护的执行优先级高于基于回归预测结果的控制逻辑。设定异常状态下的边界安全判定机制，防止输入数据异常导致控制模块输出越限，保证系统的基础运行安全。

52、本发明提供了烟气扰动下电除尘变频电源ai智能调幅方法。具备以下有益效果：

53、1、本发明通过获取热工变量向量并执行动态时间规整算法，将实时热工变量序列与历史热工扰动模板进行时域对齐以计算过程纯滞后时间并建立前馈控制时间窗，克服了传统控制策略中依赖固定延时参数造成的响应滞后缺陷，使后续调节指令的触发节点匹配热工扰动到达电场的客观时刻，改善了变频电源面对除尘工况变化时的前馈调节时机。

54、2、本发明通过在前馈控制时间窗内主动注入高频探测脉冲以提取电压电流相位差，结合电压电流复数分量计算电场负载偏离指数及其变化率，依据该变化率在不同核函数的高斯过程回归模型间进行切换以输出火花放电临界电压预测值与预测方差，在常规低频电气量发生击穿突变前量化了电场内部粉尘浓度及空间电荷的物理演变状态，为后续防放电控制动作提供了量化的数据特征输入。

55、3、本发明通过将预测方差与功率变换模块的谐振物理特性相结合，在预测方差达到升频增阻进入阈值时按固定步长提高主开关频率，利用主开关频率跨越固有谐振频率引发的感性电抗增加来拔高串联谐振网络的交流阻抗，依靠电路底层的硬件阻抗限制一次侧电流的上升率，在火花放电的先兆阶段抑制短路电流以维持设备运行的连续性。