遗传算法应用于火电厂机组优化组合
作者：戴光武， 都洪基， 贾磊， 章柯
作者单位：南京理工大学，江苏 南京 210094
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1.学位论文来长胜基于遗传算法-模糊技术的火电厂主汽温控制系统的研究2007
在火力发电厂中，锅炉的主蒸汽温度控制系统的控制对象过热器是在高温、高压条件下工作的。锅炉出口的过热蒸汽温度是整个汽水行程中工质的最高温度，主蒸汽温度的稳定对机组的安全经济运行非常重要，所以对主汽温的控制有较高的要求。但是由于电厂主汽温是一个典型的具有大迟延、大惯性、非线性及时变性的复杂系统，利用经典控制理论对主汽温进行控制存在一些不足。
本文在常规PID控制的基础上，采用遗传算法与模糊技术结合的PID控制策略。该策略采用基于改进遗传算法的改进自适应模糊PID控制系统，从而实现对主汽温的有效控制。
本文首先介绍了模糊控制技术的组成、结构、原理，并对目前现有的已提出的各种模糊PID控制器作了总结和阐述。选定一个大迟延、大惯性对象，用目前现有的各种CRI-I型模糊PID控制器和本文采用的改进自适应模糊PID控制器对选定对象进行了控制，并根据仿真结果作比较，来说明本文采用的模糊控制器的优越性；然后介绍了遗传算法的基础知识，并介绍了遗传算法的各种改进措施。通过求函数极大值进行仿真研究，来说明本文采用的改进的遗传算法的有效性；接着介绍了火电厂主蒸汽系统的工艺流程，以说明过热器在锅炉中的布置。进而分析了影响汽温变化的种种因素以及汽温对象的特性，以说明目前广泛采用喷水减温作为控制汽温手段的原因，并且得到了对象的数学模型；最后把本文采用的改进自适应模糊PID控制器和改进的遗传算法结合起来，用改进的遗传算法对自适应模糊PID控制器的参数进行寻优。利用基于改进遗传算法的改进自适应模糊PID控制器对主汽温控制系统进行设计，该设计为：将本文采用的基于改进遗传算法的改进自适应模糊PID控制器用于主汽温温差控制系统的二级减温水控制系统，作为串级系统的主调节器。本文采用MATLAB语言对二级减温水系统进行仿真分析，用基本的遗传算法和本文采用的改进遗传算法对模糊控制器的参数寻优，以说明改进遗传算法的有效性，同时得到控制系统的阶跃响应曲线。并通过改变被控对象的参数和系统受干扰情况下的仿真结果来说明本文采用的基于改进遗传算法的改进自适应模糊PID控制器对二级减温水控制的自适应性和抗扰性。仿真结果表明：本文所采用的基于遗传算法-模糊技术的PID控制系统具有较好的自适应能力，其控制品质和鲁棒性都明显优于常规的PID控制系统。即便是被控对象的参数发生较大的变化和系统有扰动的情况下，仍能保证系统良好的动、静态特性。采用基于改进遗传算法的改进自适应模糊PID控制器的二级减温水系统的调节品质是较好的，再配以温差控制方案，将能对主汽温控制起到很好的作用。
2.会议论文晏涛.胥建群.周克毅火电厂凝汽机组间负荷优化分配的遗传算法2003
本文采用遗传算法进行火电厂凝汽机组间负荷优化分配,与等微增率法进行了比较,计算结果表明,遗传算法在计算结果和适用范围方面都较等微增率法更加优越,具有较好的稳定性和快速的收敛性.
3.学位论文刘星基于遗传算法的火电厂厂级负荷经济调度的研究2007
随着国家产业结构调整和电网负荷峰谷差的日益增大,研究火电厂内的机组负荷经济调度问题就具有重要的现实意义.本文针对火电厂的实际运行情况,详细研究了机组能耗特性曲线的确定方法,并对采集的天津大港电厂的机组数据进行了曲线拟合;研究了机组启停过程中的各项能量损失及其计算方法,建立启停损失经济计算模型;提出确定机组调峰方式的时候应综合考虑机组的启停能耗损失和寿命损耗;建立了厂级负荷优化分配及机组经济组合的数学模型,并结合机组运行的经济性和安全性考虑了多个约束条件;提出运用遗传算法来解决负荷经济调度的问题,并根据本课题的需要对其进行了适当的改进;编制了遗传算法程序,并通过算例证实了遗传算法的准确性和优越性,说明该算法有很好的实际应用和研究意义.
4.会议论文李鹏飞.都洪基.罗玉春.张晓萍遗传算法应用于火电厂机组优化组合2007
提高机组的经济性,降低成本,是火电厂实行"竞价上网"所面临的迫切任务,所以在电厂各发电机组间实行机组负荷优化分配,提高运行效率,降低生产成本意义重大.然而,由于机组优化组合问题本质上属于大规模非线性混合整数规划问题,到目前为止还没有得到一种绝对严格的优化求解方法.遗传算法采纳了自然进化模型,是一种全局搜索优化方法.将该算法改进用于解决机组优化组合问题,通过MATLAB加以实现,并用实际算例验证其可行性.
5.学位论文王京茹火电厂过程控制系统仿真建模研究2006
自动发电控制(AGC：AutomaticGenerationControl)是现代电网控制的一项基本和重要功能，是建立在电网调度自动化能量管理系统(EMS)与发电机组协调控制系统(CCS)间闭环控制的一种先进的技术手段。当前，电力市场的竞争愈演愈烈，电网为了自身的安全和经济效益，对火电厂单元机组提出了一系列严格的调频和调峰的范围和速度的要求，竞价上网的市场原则迫使火电厂必须最大限度地挖掘机组潜力，提高效率，减少人员，降低成本，这就要求电厂实现自动发电控制(AGC)。
本文主要以火电机组的自动发电控制系统为例，研究借助Matlab软件采用先进辨识算法及模糊控制方法对协调控制系统(CCS)和自动发电控制(AGC)系统进行建模、仿真及其优化。传统的物理模型参数都是依据设备的额定参数计算得到的，但是随着机组的运行，无论是机组性能还是设备参数都会有所改变，致使模型与实际过程误差很大。针对该问题，文中提出了一种机理建模与基于数据的建模(系统辨识)相结合的建模方法，并利用主元素分析法对庞大的火电厂DCS系统实时数据进行降维处理，找出影响控制过程的关键数据，结合物理机理简化模型，从而在不影响辨识精度的同时，降低建模难度。
由于火电厂控制系统十分复杂，存在大量迟延、非线性、耦合等因素，经典的辨识方法无法对其进行辨识。因此，本文研究引入对模型描述不敏感的、具有随机搜索特性的遗传算法辨识模型参数。确定遗传算法辨识精度的重要因素之一是适应度函数的选取，本文采用不同的适应度函数辨识同一待辨识模型，找出合适的适应度函数，以提高辨识精度。由于遗传算法存在过早收敛(早熟)的缺点，容易使辨识结果陷入局部最优解，这与初始种群的选取有很大关系；同时，初始种群的确定对搜索速度和运算结果精度都有很大影响，因此本文提出一种搜索空间分割法求取初始种群；并针对控制系统模型自身的特点，提出采用子空间辨识的运算结果做为遗传算法初始种群，以提高迭代速度和辨识精度。
仿真模型建立后，以日立HIACS-5000DCS系统为例，结合电厂SAMA图，研究对电厂的控制系统进行Simulink仿真，从而建立一种模型与控制系统相结合的综合仿真模型，使基于Matlab的电厂全仿真模型的建立成为可能。
针对AGC系统使用的PI控制器参数调节困难、鲁棒性差、很难得到系统最佳参数等缺点，本文研究采用模糊PID控制器代替原来的经典PID控制器，使PID参数在运行过程中经过逻辑运算自行调节，达到更好的控制效果，同时研究了模糊控制器参数对系统性能的影响。
综上所述，本文的建模、仿真、辨识及优化研究，无论是对电厂设备的设计、运行、改造，还足对控制系统的组态、性能评价、参数调节，先进控制方法、辨识算法的引入，以及电厂人员的培训、操作都将起到指导作用，将其应用于实际生产过程，必将能缩短开发周期、降低运行成本、节省人力物力，大大提高经济效益。
6.期刊论文刘长良.于希宁.姚万业.刘吉臻基于遗传算法的火电厂热工过程模型辨识-中国电机工程学报
2003,23(3)
针对热工对象的特点及基本遗传算法存在的问题,提出了一种用于热工对象模型辨识的改进遗传算法,有效抑制了算法早熟,提高了算法的全局搜索能力和局部搜索能力.采用MATLAB语言编制了专用的模型辨识软件,对典型热工过程进行了辨识,给出了各种输入下的辨识结果.仿真研究表明,不管对象输入是阶跃信号、还是模拟现场操作的任意信号,都能得到准确的辨识结果.即使输入中含有较大的噪声信号,也可得到准确的传递函数.
7.学位论文赵乐强火电厂机组优化组合的研究2008
随着国家产业结构调整和电网负荷峰谷差的日益增大，研究火电厂内的机组优化组合问题就具有重要的现实意义。本文针对火电厂的实际运行情况，对采集的天津大港电厂的机组数据进行了煤耗特性曲线拟合；研究了机组启停过程中的各项能量损失及其计算方法，建立启停损失经济计算模型；提
出确定机组调峰方式的时候应综合考虑机组的启停能耗损失和寿命损耗；建立了机组经济组合的数学模型，并结合机组运行的经济性和安全性考虑了多个约束条件；提出运用遗传算法来解决负荷经济调度的问题，并根据本课题的需要对其进行了适当的改进，设计了一套完整的算法；编制了遗传算法程序，并通过算例证实了遗传算法的准确性和优越性，说明该算法有很好的实际应用和研究意义。
8.学位论文余廷芳火电厂厂级监控信息系统（SIS）建模、实现及人工智能的应用研究2004
为提高我国火电厂生产管理水平和整体经济效益,火电厂厂级监控信息系统(SIS)的出现成为必然,与SIS系统相关的各类问题已成为一类热门研究课题.因火电厂各研究对象的复杂性、非线性、各参数间耦合关系的复杂,在火电厂SIS系统功能模块的开发、建模上存在模型不准确、甚至难以建模的问题.本文以SIS系统中高级应用软件"机组性能在线监测与能损分析系统"和"全厂机组负荷优化分配系统"的开发为例,系统介绍了传统建模方法在解决火电厂机组性能计算、运行参数基准值和能损偏差分析等模型的建立方法,分析了这些方法的优缺点、适应对象和局限性.针对传统方法在SIS系统功能模块建模中存在的问题,我们首次采用以神经网络和遗传算法为代表的人工智能建模方法,在火电厂运行参数基准值的确定和能损偏差计算及带约束的优化问题的建模上引入人工智能的建模方法,同时为人工智能建模方法在SIS系统功能模块建模应用实现细节中存在的问题、解决方案作了详细的介绍.首次采用自组织映射网络(SOM)结合BP神经网络方法建立了汽轮机功率模型,采用SOM网络的聚类功能,解决了传统样本提取方法正交性和完备性差的局限性.仿真结果表明该模型的预测计算结果与实际数据误差在1.5％之内,大部分误差不超1％.利用该模型和循环水系统功耗模型可确定不同工况下的真空运行最优值,为凝汽器真空运行最优值(基准值)的确定提供了一个全新的方法,同时利用该模型计算几个主参数偏离基准值的能损偏差,同传统的运行参数基准值模型和能损偏差分析方法相比,该模型具有明确的设备针对性.在遗传算法应用于火电厂机组负荷优化分配问题中,首次提出部分解约束结合惩罚函数的改进实数遗传算法,在约束条件的处理、变异策略、初始化等多方面针对该问题的特点对实数遗传算法提出了新的改进思想,解决了遗传算法应用于多峰值优化问题中因早熟而收敛于局部极值点的难题,对5台机组的火电厂机组负荷优化分配的仿真表明优化成功率能达到100％;并首次全面分析了遗传算法各操作参数(遗传代数、交叉概率、变异概率、惩罚系数和选择压力)对优化效果的影响,为这类优化问题中遗传操作参数的选择提供一定的参考依据.在SIS系统高级应用软件的开发过程中,针对电厂厂级监控信息系统(SIS)的特点要求,利用COM软件思想开发了热力系统各通用模块组件模型和通用热力系统模型组件,能自动根据组态软件产生的不同机组热力系统结构,构成热力系统对象实例,组件对象间通过接口通信传递能流和质流信息,在线计算并监测电厂热力系统各经济性能和能损.并以回热加热器和整体热力系统为例介绍了热力系统组件对象模型的开发方法,COM思想大大提高了SIS软件模块通用性、灵活性、重用性和可扩展性.
9.期刊论文商灵默.刘星.SHANG Ling-mo.LIU Xing基于遗传算法的火电厂机组间负荷分配的研究-潍坊学院学报
2008,8(4)
讨论了在火电厂负荷分配中常用的三种方法:等微增率法、动态规划法和遗传算法.采用不同的方法对火电厂机组间的负荷分配进行计算,并对结果进行比较.使用遗传算法来计算火电厂机组间的负荷分配,计算结果简单准确.该算法具有广阔的应用前景.
10.学位论文倪敏大型火电厂机组的负荷优化分配研究2006
本文以大容量机组(600MW或以上)为研究对象，首先分析了机组的煤耗特性。在特性曲线的拟合上，提出了一种统计方法，综合考虑历史数据和当前数据对煤耗特性的影响，使曲线更真实的反映机组的实际状况。在此基础上，建立了简单、完整、符合电厂实际的数学模型。然后分别用动态规划法和遗传算法解决负荷优化问题。动态规划法对模型要求较低，结果准确，但是当机组台数较多时产生“维数灾”问题。针对这一不足，本文提出两种改进的实数编码遗传算法，分别从遗传参数和遗传算子的角度改进了常规的遗传算法。仿真实验证明，改进后的遗传算法具有很高的搜索效率和全局搜索能力，能够在短时间内收敛到非常接近全局最优解的近似解，满足负荷优化对实时性和精度的要求。
本文链接：https://www.doczj.com/doc/1e3918973.html,/Conference_6803542.aspx
下载时间：2010年5月20日