基于深度调峰条件的余热锅炉汽温控制方法及相关设备与流程

本发明涉及了火电厂机组控制，具体涉及了基于深度调峰条件的余热锅炉汽温控制方法及相关设备。

背景技术：

1、在能源结构加速转型以及大力推进火电灵活性改造的大背景下，传统化石燃料电厂面临新的挑战与机遇。为配合可再生能源高效上网，电厂进行灵活性改造的需求愈发迫切，尤其是联合循环机组，其运行稳定性与效率提升成为关键问题。

2、联合循环机组运行中，当负荷降至50%额定负荷以下时，余热锅炉的汽水系统与烟气换热量变化出现显著响应延迟。这一特性使得汽温变化受到多方面因素影响，一方面遵循负荷调度的规律性变化，另一方面，运行人员对燃料量和进气温度的人工调整干扰更为突出。

3、虽然最终作用于余热锅炉过热器和再热器的直接参数是烟气温度和烟气量，但这两个参数在实际运行中扰动极为频繁且难以精准预测。现有控制系统面对这一复杂状况，只能依赖超调量偏大的减温水进行反馈调节。这种传统控制方式存在明显弊端，由于调节不够精准及时，导致控制效率低下，无法快速适应机组负荷变化和参数波动。同时，为维持汽温稳定而进行的过度调节，不仅造成大量能源的浪费，增加了发电成本，而且频繁的参数波动和过度操作对设备造成额外损耗，缩短了设备使用寿命，增加了设备维护和更换成本。

4、因此，开发一套适用于联合循环机组的前馈控制优化系统，集成先进预测模型、智能执行装置和协调控制方法，成为提升机组在深度调峰工况下运行性能、实现节能降耗与设备稳定运行的迫切需求。

技术实现思路

1、本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术中的不足，提供基于深度调峰条件的余热锅炉汽温控制方法及相关设备，用于解决控制效率低、无法快速适应机组负荷变化和参数波动的技术问题。

2、本发明的目的是由以下技术方案实现的：

3、第一方面，本发明提供了一种基于深度调峰条件的余热锅炉汽温控制方法，包括：

4、获取锅炉运行过程中设定时间内的多维数据；

5、将所述多维数据输入至训练好的汽温预测模型中，得到下一时间段中的再热汽温预测值；所述汽温预测模型为长短期记忆网络模型；

6、基于再热汽温预测值与目标值之间的误差对进行lead-lag补偿，得到增强型误差信号；

7、根据增强型误差信号进行比例-积分-微分调节，得到控制指令，基于所述控制指令控制执行机构调节锅炉受热面烟气流量，所述执行机构布置在锅炉尾部烟道的过热器侧与再热器侧。

8、作为本发明的进一步改进，所述多维数据至少包括当前火电厂深度调峰机组的负荷指令、燃烧量、余热锅炉进气温度、余热锅炉烟气温度、余热锅炉烟气流量、再热汽温历史值和减温水阀位信号。

9、作为本发明的进一步改进，获取锅炉运行过程中设定时间内的多维数据后，还包括对所述多维数据进行预处理，所述预处理至少包括异常值剔除、缺失值填补处理以及多维数据标准化处理。

10、作为本发明的进一步改进，所述长短期记忆网络模型的预测表达式为：

11、

12、式中，为汽温预测值，为预测时序步长，为t时刻的多维输入向量，包括烟气流量、烟气温度和烟气含氧量，为历史时间窗口长度。

13、作为本发明的进一步改进，所述lead-lag补偿基于超前滞后相位补偿器实现，所述超前滞后相位补偿器的传递函数为：

14、

15、式中，为超前滞后相位补偿器的传递函数，为补偿器增益，为第一超前时间参数，为第二超前时间参数，为拉普拉斯算子，为第一滞后时间参数，为第二滞后时间参数。

16、作为本发明的进一步改进，所述控制指令为：

17、

18、式中，为t时刻输出的控制指令，为比例系数，为经补偿处理后得到的增强型误差信号，为积分系数，为微分系数。

19、作为本发明的进一步改进，所述执行机构为双挡板装置，当再热汽温预测值低于第一设定阈值时，控制减小过热器侧双挡板装置的开度，减少流向过热器侧的烟气量，并增大再热器侧双挡板装置的开度，直至再热汽温升至目标值；当再热汽温预测值高于第二设定阈值时，减小再热器侧双挡板装置的开度，并增大过热器侧双挡板装置的开度至再热汽温降至目标值。

20、第二方面，本发明提供了一种基于深度调峰条件的余热锅炉汽温控制系统，包括通信连接的数据获取模块，汽温预测模块、补偿模块及控制模块；

21、数据获取模块，用于获取锅炉运行过程中设定时间内的多维数据；

22、汽温预测模块，包括汽温预测模型，所述汽温预测模型用于输入多维数据，输出下一时间段中的再热汽温预测值；所述汽温预测模型为长短期记忆网络模型；

23、补偿模块，包括补偿器，所述补偿器用于基于再热汽温预测值与目标值之间的误差对进行lead-lag补偿，得到增强型误差信号；

24、控制模块包括pid控制器，所述pid控制器用于根据补偿后增强型误差信号进行比例-积分-微分调节，得到控制指令；所述控制指令用于控制执行机构调节锅炉受热面烟气流量，所述执行机构布置在锅炉尾部烟道的过热器侧与再热器侧。

25、第三方面，本发明提供了一种存储一个或多个程序的计算机可读存储介质，所述一个或多个程序包括指令，所述指令当由计算设备执行时，使得所述计算设备执行上述的基于深度调峰条件的余热锅炉汽温控制方法。

26、第四方面，本发明提供了一种计算设备，包括：

27、一个或多个处理器、存储器及一个或多个程序，其中一个或多个程序存储在所述存储器中并被配置为所述一个或多个处理器执行，所述一个或多个程序包括用于执行上述基于深度调峰条件的余热锅炉汽温控制方法。

28、本发明的有益效果在于：本发明提供了一种基于深度调峰条件的余热锅炉汽温控制方法，利用长短期记忆网络模型对再热汽温的预测能力结合lead-lag补偿对误差信号的增强处理，配合比例-积分-微分调节的精准控制特性，本发明将长短期记忆网络模型的预测技术与lead-lag超前滞后补偿技术相结合，形成了独特的多时间尺度控制架构，既保证了长期预测精度，又提高了短期动态响应性能。进一步，本发明还深入分析了执行机构调节机制的热力学原理，实现了烟气侧的能量优化分配，为汽温控制提供了新的思路和方法。通过相应执行机构实现对锅炉受热面烟气流量的有效调节，从而能够及时、准确地对再热汽温进行控制，提升了再热汽温控制的响应速度和精度，确保锅炉运行的稳定性和安全性。

1.一种基于深度调峰条件的余热锅炉汽温控制方法，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的基于深度调峰条件的余热锅炉汽温控制方法，其特征在于，所述多维数据至少包括当前火电厂深度调峰机组的负荷指令、燃烧量、余热锅炉进气温度、余热锅炉烟气温度、余热锅炉烟气流量、再热汽温历史值和减温水阀位信号。

3.根据权利要求2所述的基于深度调峰条件的余热锅炉汽温控制方法，其特征在于，获取锅炉运行过程中设定时间内的多维数据后，还包括对所述多维数据进行预处理，所述预处理至少包括异常值剔除、缺失值填补处理以及多维数据标准化处理。

4.根据权利要求1所述的基于深度调峰条件的余热锅炉汽温控制方法，其特征在于，所述长短期记忆网络模型的预测表达式为：

5.根据权利要求1所述的基于深度调峰条件的余热锅炉汽温控制方法，其特征在于，所述lead-lag补偿基于超前滞后相位补偿器实现，所述超前滞后相位补偿器的传递函数为：

6.根据权利要求1所述的基于深度调峰条件的余热锅炉汽温控制方法，其特征在于，所述控制指令为：

7.根据权利要求6所述的基于深度调峰条件的余热锅炉汽温控制方法，其特征在于，所述执行机构为过热器-再热器并列布置烟道中增设的双挡板装置，当再热汽温预测值低于第一设定阈值时，控制减小过热器侧双挡板装置的开度，减少流向过热器侧的烟气量，并增大再热器侧双挡板装置的开度，直至再热汽温升至目标值；当再热汽温预测值高于第二设定阈值时，减小再热器侧双挡板装置的开度，并增大过热器侧双挡板装置的开度至再热汽温降至目标值。

8.一种基于深度调峰条件的余热锅炉汽温控制系统，其特征在于，包括通信连接的数据获取模块，汽温预测模块、补偿模块及控制模块；

9.一种存储一个或多个程序的计算机可读存储介质，其特征在于，所述一个或多个程序包括指令，所述指令当由计算设备执行时，使得所述计算设备执行权利要求1至7任一所述的基于深度调峰条件的余热锅炉汽温控制方法。

10.一种计算设备，其特征在于，包括：