电除尘系统性能评估及运行优化系统的制作方法

本发明属于能源环境工程管理技术以及控制技术领域，具体涉及一种电除尘系统性能评估及运行优化系统。

背景技术：

我国大气污染物排放总量巨大，大气污染形势依然严峻，雾霾、酸雨等大气环境问题频发，尤其是京津冀、长三角、珠三角等地，由于国土开发密度较高，环境承载能力较弱，大气环境容量较小等原因，雾霾天气没有得到根本改观。同时，全世界最严格的火电厂大气污染物排放标准(gb13223-2011)已经执行，多个地区提出达到超低排放要求，污染物排放控制面临挑战。

电除尘系统利用高压电源系统在放电极与收尘板之间产生负高压静电场，使空气电离，进而使颗粒物荷电迁移，被收尘板收集，达到颗粒物脱除的效果。电除尘系统因其工作稳定性高、工作浓度和温度范围大、颗粒物脱除效果好，是当前工业颗粒物排放控制的主要手段。

电除尘系统颗粒物控制效果主要由设计指标决定，一般按照既定运行计划，结合人工经验进行运行调整，控制策略比较独立和简单，运行过程中存在以下问题：(1)电除尘系统出口浓度波动较大；(2)电源系统能耗高；(3)电源系统对颗粒物负载的响应不足，能量效益波动大；(4)电除尘系统管理水平不高，电除尘系统实时运行状态不直观。

技术实现要素：

本发明针对电除尘系统运行连续性强、稳定性要求高、浓度相应控制困难、能耗高等问题，提出一种可以实时评估、在线模拟和优化控制的电除尘系统性能评估及运行优化系统。

一种电除尘系统性能评估及运行优化系统，包括状态评估系统、在线模拟系统和运行优化系统，

所述状态评估系统包括专家系统和评估系统，专家系统按照除尘器运行经验，结合其设计指标、历史运行数据记录以及物理特性，按照不同工况建立专家工况库，并结合电除尘系统实时运行数据，利用评估系统对电除尘系统实时工况实施状态评估；

在线模拟系统基于历史运行数据和专家工况库，通过数据建模方法，以专家工况库为建模根据，以历史工况数据为模型训练样本，利用数值方法提高训练速度，实现电除尘系统建模；将模型代码封装，在计算机平台进行可视化处理和人机交互界面开发，实现电除尘系统的实时运行模拟；

运行优化系统根据电除尘系统专家工况库，电除尘系统状态评估结论和电除尘系统数据仿真模型建立电除尘器数学模型，根据电除尘系统工况和环保标准建立约束条件，根据负荷、环保和能量指标建立目标函数，利用数值方法，实现多目标工况优化求解，进而提供电除尘系统优化运行方案。

作为优选，状态评估的评估内容包括电除尘系统环保性，经济性和稳定性，并以表格、曲线、电除尘系统拓扑方式对评价结果进行可视化处理。

作为优选，工况库的分类按照不同负荷li和不同煤种ci。

作为优选，专家系统建设包括下述步骤：

步骤s101：采集不同负荷li和不同煤种ci下的特征量，包括电除尘系统各烟道各电场电源电压ui、电流ii、功率pi、控制频率fi，各级电场工作温度ti，颗粒物浓度ei和其他相关工况向量

步骤s102：建立不同负荷li和不同煤种ci下的特征量分布

步骤s103：根据特征分布，确定各特征量的在不同负荷li和不同煤种ci下的3σ99.73％质量特性区间，包括期望、上限和下限：uiμ、uiu、uid、iiμ、iiu、iid、piμ、piu、pid、fiμ、fiu、fid、tiμ、tiu、tid、eiμ、eiu、eid、

步骤s104：根据电除尘系统工作特性，将工况库与设计指标及物理特性对比，修正不同工况下的电除尘系统除尘效率指标ηi；

步骤s105：积累不同负荷li和不同煤种ci下的各特征量数据，不断修正完善特征量分布，直至工况库有全局代表性；

步骤s106：添加新的工况li、ci时，按照步骤s101到s105建立与新工况对应的特征量分布。

作为优选，状态评估实施包括下述步骤：

步骤s201：读取电除尘系统实时数据，包括采集负荷lt，煤种ct，电除尘系统各烟道各电场电源电压ut、电流it、功率pt、控制频率ft，各级电场工作温度tt，颗粒物浓度et，和其他相关工况向量

步骤s202：将实时负荷lt和煤种ct带入专家系统，对应工况库，确定实施工况特征量分布

步骤s203：将其他实时数据与工况特征量分布对应，判断特征量分布，记录正常与异常特征量；

步骤s204：将特征量与工况库期望对比，计算并记录特征量偏差

步骤s205：将实时特征量带入环保性评估模型评估环保性能；

步骤s206：将实时特征量带入经济性评估模型评估经济性能；

步骤s207：将实时特征量偏差带入可靠性评估模型，评估可靠性。

作为优选，在线模拟系统实施包括下述步骤：

步骤s301：读取专家系统所有工况环境下的工况库；

步骤s302：利用数据方法，对工况库进行回归分析，得出工况特性模型，具体形式为：其中为控制输入量；

步骤s303：根据以上模型，人工设定工况lm，cm及控制输入量模型输出电除尘系统实时特征量。

作为优选，运行优化系统实施包括下述步骤：

步骤s401：读取电除尘系统实时工况数据ut，it，pt，ft，tt，et，

步骤s402：按照设置，设定环保约束条件renv，经济约束条件reco；

步骤s403：按照运行计划设定优化控制目标函数fopt；

步骤s404：将数据模型与目标函数及约束条件联立，利用数值方法进行多维向量优化解析，得出实时工况最优控制策略

作为优选，进行电除尘器系统性能评估及运行优化前，读取电除尘系统运行数据、工况数据和环保数据，并存储。

本发明不同于传统电除尘系统控制系统，本发明信息化程度高、算法先进、响应迅速，综合考虑电除尘系统环保性、经济性和可靠性，并有性能评估和运行优化的独有功能。传统电除尘系统控制系统有着依赖设计指标和工人经验、可操作性差、能耗水平高、控制响应慢等缺点，难以满足日益提高的电除尘系统运行和管理水平要求。本发明通过数据模型和数值方法，深度发掘电除尘系统历史数据规律，保证了评估准确性和优化控制水平。

本发明在不添加测试仪器的前提下，通过数值建模和数值计算方法，建立专家系统、评估模型、模拟平台和优化策略，保证在不同煤质、不同负荷条件下的模型准确性，有效提高系统响应速度，提高稳定性，保证环保达标。本发明能够有效地实现电除尘系统的性能评估和运行优化，具有响应速度快、评估结论准确、提效节能效果显著等优点。

附图说明

图1为本发明电除尘系统性能评估及运行优化系统原理图；

图2为本发明电除尘系统专家系统实施流程图；

图3为本发明电除尘系统状态评估系统实施流程图；

图4为本发明电除尘系统在线模拟系统实施流程图；

图5为本发明电除尘系统运行优化系统实施流程图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明，但本发明所要保护的范围并不限于此。显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施案例，而不是全部的实施案例。基于本发明中的实施案例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施案例，都属于本发明保护的范围。

参照图1～5，一种电除尘系统性能评估及运行优化系统，包括状态评估系统、在线模拟系统和运行优化系统，

进行电除尘器系统性能评估及运行优化前，读取电除尘系统以及颗粒物排放系统(如燃煤锅炉)的运行数据、工况数据和环保数据(运行参数)，并存储；

所述状态评估系统包括专家系统和评估系统，专家系统按照除尘器运行经验，结合其设计指标、历史运行数据记录以及物理特性，按照不同工况建立专家工况库，并结合电除尘系统实时运行数据，利用评估系统对电除尘系统实时工况实施状态评估；状态评估的评估内容包括电除尘系统环保性，经济性和稳定性，并以表格、曲线、电除尘系统拓扑方式对评价结果进行可视化处理；工况库的分类按照不同负荷li和不同煤种ci。

专家系统建设包括下述步骤：

步骤s101污染负载与电除尘系统数据读取：采集不同负荷li和不同煤种ci下的特征量，包括电除尘系统各烟道各电场电源电压ui、电流ii、功率pi、控制频率fi，各级电场工作温度ti，颗粒物浓度ei和其他相关工况向量

步骤s102建立不同工况特征分布：建立不同负荷li和不同煤种ci下的特征量分布

步骤s103计算特征量质量特性区间：根据特征分布，确定各特征量的在不同负荷li和不同煤种ci下的3σ99.73％质量特性区间，包括期望、上限和下限：

uiμ、uiu、uid、iiμ、iiu、iid、piμ、piu、pid、fiμ、fiu、fid、tiμ、tiu、tid、eiμ、eiu、eid、

步骤s104修正不同工况下电除尘系统除尘效率指标：根据电除尘系统工作特性，将工况库与设计指标及物理特性对比，修正不同工况下的电除尘系统除尘效率指标ηi；

步骤s105修正完善工况信息与特征量分布：积累不同负荷li和不同煤种ci下的各特征量数据，不断修正完善特征量分布，直至工况库有全局代表性；

步骤s106：添加新的工况li、ci时，按照步骤s101到s105建立与新工况对应的特征量分布。

状态评估实施包括下述步骤：

步骤s201污染负载与电除尘系统实时数据读取：读取电除尘系统实时数据，包括采集负荷lt，煤种ct，电除尘系统各烟道各电场电源电压ut、电流it、功率pt、控制频率ft，各级电场工作温度tt，颗粒物浓度et，和其他相关工况向量

步骤s202工况识别，读取对应工况特征量分布：将实时负荷lt和煤种ct带入专家系统，对应工况库，确定实施工况特征量分布

步骤s203实时特征量分析，正常与异常特征量记录：将其他实时数据与工况特征量分布对应，判断特征量分布，记录正常与异常特征量；

步骤s204特征量偏差计算与记录：将特征量与工况库期望对比，计算并记录特征量偏差

步骤s205利用环保性能评估模型评估实时环保性能：将实时特征量带入环保性评估模型评估环保性能；

步骤s206利用经济性能评估模型评估实时经济性能：将实时特征量带入经济性评估模型评估经济性能；

步骤s207利用可靠性能评估模型评估实施装备可靠性：将实时特征量偏差带入可靠性评估模型，评估可靠性。

在线模拟系统基于历史运行数据和专家工况库，通过数据建模方法，以专家工况库为建模根据，以历史工况数据为模型训练样本，利用数值方法提高训练速度，实现电除尘系统建模；将模型代码封装，在计算机在线模拟平台进行可视化处理和人机交互界面开发，实现电除尘系统的实时运行模拟；

在线模拟系统实施包括下述步骤：

步骤s301：读取专家系统所有工况环境下的工况库；

步骤s302：利用数据方法，对工况库进行回归分析，得出工况特性模型，具体形式为：其中为控制输入量；

步骤s303：根据以上模型，人工设定工况lm，cm及控制输入量模型输出电除尘系统实时特征量。

运行优化系统根据运行数据和电除尘系统专家工况库，电除尘系统状态评估结论和电除尘系统数据仿真模型建立电除尘器数学模型，根据电除尘系统工况和环保标准建立约束条件，根据负荷、环保和能量指标建立目标函数，利用数值方法，实现多目标工况优化求解，进而提供电除尘系统优化控制策略；

运行优化系统实施包括下述步骤：

步骤s401：读取电除尘系统实时工况数据ut，it，pt，ft，tt，et，

步骤s402：按照设置，设定环保约束条件renv，经济约束条件reco；

步骤s403：按照运行计划设定优化控制目标函数fopt；

步骤s404：将数据模型与目标函数及约束条件联立，利用数值方法进行多维向量优化解析，得出实时工况最优控制策略

本发明信息化程度高、算法先进、响应迅速，综合考虑电除尘系统环保性、经济性和可靠性，并有性能评估和运行优化的独有功能。本发明在不添加测试仪器的前提下，通过数值建模和数值计算方法，建立专家系统、评估模型、模拟平台和优化策略，保证在不同煤质、不同负荷条件下的模型准确性，有效提高系统响应速度，提高稳定性，保证环保达标。