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基于互信息变量选择的燃煤机组SCR脱硝系统PSO-ELM建模
网络安全与数据治理 9期
张瑾,姜浩,金秀章
(华北电力大学控制与计算机工程学院,河北保定071003)
摘要: 针对燃煤机组SCR脱硝系统出口NOx浓度存在测量滞后以及吹扫时数据失真等问题,提出了一种基于特征提取和粒子群算法(PSO)优化极限学习机(ELM)超参数的燃煤机组SCR脱硝系统模型。利用互信息(MI)进行时间迟延补偿,采用最大相关最小冗余(mRMR)方法筛选辅助变量,通过PSO优化算法确定ELM最优超参数并建立预测模型,最后进行对比验证。仿真结果表明:采用本文方法所建立的PSO-ELM预测模型的均方误差和相关系数分别为0.931 4 mg/m3和0.978 6,预测精度高,能够为脱硝系统出口NOx的现场优化控制提供技术支持。
中图分类号:X773
文献标识码:A
DOI:10.19358/j.issn.2097-1788.2023.09.013
引用格式:张瑾,姜浩,金秀章.基于互信息变量选择的燃煤机组SCR脱硝系统PSO-ELM建模[J].网络安全与数据治理,2023,42(9):88-95.
PSO-ELM modeling of SCR denitrification system of coal-fired units based on mutual information variable selection
Zhang Jin,Jiang Hao ,Jin Xiuzhang
( School of Control and Computer Engineering,North China Electric Power University,Baoding 071003,China)
Abstract: Aiming at the problems of NOx concentration at the outlet of selective catalytic reduction (SCR) denitration system of coal-fired units, such as measurement lag and data distortion during purging, a SCR denitration system model of coal-fired units based on feature extraction and particle swarm optimization (PSO) to optimize extreme learning machine (ELM) hyperparameters is proposed in this paper. Mutual information (MI) was used to compensate the time delay, maximum correlation minimum redundancy (mRMR) was used to screen the auxiliary variables, and the optimal ELM hyperparameters were determined by PSO optimization algorithm and the prediction model was established. Finally, the comparison and verification were carried out. The simulation results show that the mean square error and correlation coefficient of the PSO-ELM prediction model established by the method in this paper are 0.931 4 mg/m3 and 0.978 6 respectively, with high prediction accuracy, which can provide technical support for the on-site optimization control of NOx at the exit of the denitrification system.
Key words : mutual information;PSO algorithm;SCR-DeNOx system;extreme learning

0     引言

燃煤机组产生的氮氧化物(NOx)是大气污染的首要排放物之一,在空气质量方面影响较为严重[1]。烟气排放连续检测系统(Continuous Emission Monitoring Systems,CEMS)对烟气取样管路要按时反向吹扫,以避免积灰堵塞,从而会导致NOx测量结果存在间断性失真,同时,由于烟气取样管路长度一般为40~60 m,造成测量结果出现时滞现象,控制系统的控制难度也因此得到提升。因此,建立脱硝系统预测模型,对于燃煤机组的优化运行,喷氨量的控制以及污染物的监测管理都具有重要意义[2]。

随着神经网络的发展,许多建模方法被应用到脱硝系统当中。杨文玉等人[3]利用RBF神经网络建立了脱硝系统出口NOx的预测模型,该模型在处理时序预测问题时并没有明显优势。张淑清等人[4]利用ELM神经网络建立了电网负荷的预测模型,并利用飞蛾优化算法对模型参数进行优化,该文所用训练数据过少,容易导致模型过拟合。刘延泉等人[5]将互信息与LSSVM方法结合,对脱硝系统入口NOx浓度进行了预测,但模型未考虑输入变量的对模型的影响。

除了建模方法,特征选择也会影响模型的预测能力。特征选择常见的方法有过滤式(Filter)、封装式(Wrapper)和嵌入式(Embedded)三种。输入变量的直接选择决定了模型的结构与输出,输入变量的选择通常对工业机理进行分析,从待选变量进行筛选获取[6-7]。金秀章等人[8]利用mRMR算法筛选出符合模型的输入变量,建立了出口SO2质量浓度预测模型,但正则化仍不能计算出隐层节点的具体数量。赵文杰等人[9]利用互信息与优化算法结合确定系统最优的输入变量集合,将互信息特征提取方法应用到高维系统中,建立了脱硝系统的预测模型,但该方法计算量大,耗时较长,实施起来较为困难。钱虹等人[10]采用随机森林算法进行变量选择,并对SCR脱硝系统出口NOx质量浓度进行了预测,但模型未解决烟气采样管道长度较长而导致的时滞问题。


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作者信息:

张瑾,姜浩,金秀章

(华北电力大学控制与计算机工程学院,河北保定071003)

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