基于分形與時間序列理論的鍋爐熱工參數(shù)動態(tài)特性分析及其控制.pdf

1、能源的戰(zhàn)略地位在國民經(jīng)濟中非常重要，需耗用大量能源的鍋爐是燃煤電廠的重要設備，開展對鍋爐運行理論及優(yōu)化控制方面的研究是提高節(jié)能減排技術的重要課題。鍋爐汽包水位、主汽溫度與主汽壓力等熱工參數(shù)在空間上呈現(xiàn)非均勻性、在時間上呈現(xiàn)非平衡特征，且受控于各種非線性、非穩(wěn)態(tài)的耦合作用，從非線性動力學（分形等）角度研究鍋爐熱工參數(shù)變化規(guī)律，可以更加深刻和全面的研究其動力學特性。本論文以鍋爐實際運行數(shù)據(jù)為基礎，采用分形方法對汽包水位、主汽溫度、主汽壓力等

2、熱工參數(shù)的變化特性進行分析，在此基礎上根據(jù)時間窗劃分和時間序列動態(tài)回歸建模方法建立參數(shù)趨勢模型，然后將其應用于汽包水位等參數(shù)的多模型切換預測控制，針對這三個方面開展了以下研究工作。
　　首先，針對鍋爐運行參數(shù)存在的非線性、時變性、不確定性等問題，論文從非線性理論角度出發(fā)，通過基于分形理論的時間序列的R/S（重標度極差）分析方法，對鍋爐熱工參數(shù)的穩(wěn)態(tài)特性與動態(tài)特性進行研究，Hurst指數(shù)與時間序列分形維數(shù)表征了鍋爐運行期間的熱工參數(shù)

3、變化的相關性與平穩(wěn)性。首先研究鍋爐熱工參數(shù)時間序列的穩(wěn)態(tài)特性，汽包水位、主汽溫度與主汽壓力變化在無標度區(qū)內存在分形特征，在鍋爐不同負荷階段其分形維數(shù)不同，負荷越高分形維數(shù)越小，體現(xiàn)出其變化趨向于平穩(wěn)。其次針對鍋爐運行中難以識別的虛假水位、負荷波動等動態(tài)現(xiàn)象進行研究，對于虛假水位現(xiàn)象，得出負荷突變過程中汽包水位分形維數(shù)變化比較明顯，可以根據(jù)負荷變化情況及汽包水位分形維數(shù)變化情況辨識虛假水位，從而制定正確的控制策略來指導調節(jié)結構正確動作。對

4、于負荷波動現(xiàn)象可以根據(jù)時間序列分形維數(shù)變化情況來判斷，當分形維數(shù)Dτ出現(xiàn)突變，就說明負荷出現(xiàn)變化，從而為切換至相應負荷下的控制模型提供了理論依據(jù)。
　　其次，為解決鍋爐熱工參數(shù)的不確定性與時變性問題，針對鍋爐運行中熱工參數(shù)常常偏離給定基準值的波動現(xiàn)象進行分析，提出了偏差分形維數(shù)Dj、上升分形維數(shù)Djs及下降分形維數(shù)Djx的定義，用以判斷熱工參數(shù)處于上升、下降或波動區(qū)間。綜合利用偏差分形維數(shù)和Hurst指數(shù)的特點，論文創(chuàng)新性地引入基

5、于D+H的鍋爐動態(tài)數(shù)據(jù)時間序列時間窗劃分算法，在時間窗內可以明確地判斷不同負荷工況下熱工參數(shù)變化的上升、下降或波動狀態(tài)。并選取運行數(shù)據(jù)驗證了這一算法的可行性，劃分適宜的時間窗有利于進行時間序列動態(tài)回歸建模。
　　然后，針對鍋爐運行中熱工參數(shù)存在相互耦合的現(xiàn)象，從研究汽包水位、主汽溫度、主汽壓力等熱工參數(shù)的時間序列角度出發(fā)，基于時間序列分析動態(tài)回歸建模方法提出了基于分形的時間序列時間窗建模方法。研究了汽包水位、主汽溫度、主汽壓力等熱

6、工參數(shù)變化的特性及主要影響因素，分析了不同負荷階段上升、下降、波動的三種趨勢函數(shù)模型。建立了不同鍋爐負荷下相應參數(shù)的時間序列趨勢數(shù)學模型，經(jīng)過仿真驗證了該模型的均方根誤差較小，符合系統(tǒng)動態(tài)特性辨識要求，為后續(xù)的鍋爐多模型預測控制方法研究奠定了基礎。
　　最后，針對鍋爐運行中采用傳統(tǒng)PID控制系統(tǒng)難以取得優(yōu)良的控制品質的問題，提出基于分形的多模型切換預測控制策略。從由歷史數(shù)據(jù)序列中總結出來的反映鍋爐運行狀態(tài)的五種時間窗模式出發(fā)，使用