牛培峰, 史春見, 劉 楠, 馬云鵬, 吳志良, 李進(jìn)柏
(燕山大學(xué) 工業(yè)計(jì)算機(jī)控制工程河北省重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,河北秦皇島 066004)
氮氧化物(NOx)主要在燃燒過程中產(chǎn)生,是一種危害人體健康和破壞大氣環(huán)境的有毒污染物[1]。我國50%以上排放的NOx源于火電廠燃煤鍋爐[2]。因此,建立有效的火電廠燃煤鍋爐NOx排放特性預(yù)測(cè)模型變得至關(guān)重要。
由于鍋爐的NOx排放量與其影響因素之間存在復(fù)雜的非線性關(guān)系,根據(jù)傳統(tǒng)機(jī)理建模方法建立的數(shù)學(xué)模型會(huì)導(dǎo)致NOx排放量發(fā)生偏差[3-6]。因此,筆者采用近些年工程領(lǐng)域內(nèi)建模與控制問題中常用的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)建模。牛培峰等[3,7]研究了基于支持向量機(jī)和果蠅優(yōu)化算法的循環(huán)流化床鍋爐NOx排放特性模型和基于GSA-SVM的循環(huán)流化床鍋爐NOx排放特性模型;牛培峰等[6]提出基于風(fēng)驅(qū)動(dòng)算法的鍋爐NOx排放優(yōu)化模型,建立了風(fēng)驅(qū)動(dòng)算法的預(yù)測(cè)模型,該模型具有較高的準(zhǔn)確性和穩(wěn)定性。但常規(guī)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的不足之處是計(jì)算量大、迭代訓(xùn)練時(shí)間偏長、訓(xùn)練速度慢、泛化能力較差和易陷入局部極小點(diǎn)等[8-11]。為了解決這些問題,筆者提出了通過自適應(yīng)量子灰狼算法(AQGWO)來優(yōu)化快速學(xué)習(xí)網(wǎng)(FLN)的綜合建模方法[12-13]。
灰狼算法(GWO)是Mirjalili等[14]提出的新型啟發(fā)式仿生群體智能優(yōu)化算法。GWO具有原理簡單、易于實(shí)現(xiàn)、參數(shù)調(diào)整少且不需要問題的梯度信息等優(yōu)點(diǎn),在函數(shù)優(yōu)化方面,GWO在求解精度和穩(wěn)定性上要明顯優(yōu)于粒子群算法(PSO)[9]、差分進(jìn)化算法(DE)[10]和萬有引力算法(GSA),更適合用于優(yōu)化FLN模型。但是在處理復(fù)雜的優(yōu)化問題上,GWO與其他基于種群迭代的智能搜索算法相似,也存在易陷入局部最優(yōu)且收斂精度低的情況。為此,筆者提出了AQGWO,并利用其與PSO、 DE、基本GWO和鯨魚算法(WOA)[15]對(duì)單峰、多峰等8個(gè)基準(zhǔn)測(cè)試函數(shù)進(jìn)行對(duì)比測(cè)試。結(jié)果表明,AQGWO的收斂速度最快,收斂精度最高。由于FLN模型過于依賴隨機(jī)初始的閾值和輸入權(quán)值,所以采用AQGWO對(duì)FLN模型進(jìn)行參數(shù)優(yōu)化。為了驗(yàn)證該模型的準(zhǔn)確性和有效性,將該模型與基本GWO、PSO、WOA、DE的FLN模型和基本FLN模型進(jìn)行比較,發(fā)現(xiàn)AQGWO-FLN模型的性能最好,具有更高的預(yù)測(cè)精度和更強(qiáng)的泛化能力,因而能準(zhǔn)確有效地預(yù)測(cè)鍋爐NOx排放。
快速學(xué)習(xí)網(wǎng)(FLN)是李國強(qiáng)[13]提出的一種新型前饋雙并聯(lián)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò),與極端學(xué)習(xí)機(jī)[11]不同的是,其輸出層不只接收來自隱藏層神經(jīng)元的信息,還直接從輸入層接收相關(guān)信息。該模型是一種隱藏層到輸出層(非線性)和輸入層到輸出層(線性)的組合模型,F(xiàn)LN的結(jié)構(gòu)如圖1所示。
圖1 快速學(xué)習(xí)網(wǎng)結(jié)構(gòu)圖
在N個(gè)實(shí)驗(yàn)樣本中,假設(shè)隱藏層神經(jīng)元的個(gè)數(shù)設(shè)為m,g(x)為隱藏層激勵(lì)函數(shù),則FLN的數(shù)學(xué)模型為:
(1)
xj=[xj1,xj2,…,xjn]T,xj∈Rn
(2)
yj=[yj1,yj2,…,yjl],yj∈Rl
(3)
式中:yj為第j個(gè)樣本的第l維輸出向量,j=1,2,…,N;xj為第j個(gè)樣本的第n維輸入向量;Woi為輸入層和輸出層之間的連接權(quán)值矩陣;Wk,oh為第k個(gè)隱藏層神經(jīng)元和輸出層之間的連接權(quán)值矩陣,k=1,2,…,m;Wk,in為輸入層和第k個(gè)隱藏層神經(jīng)元之間的連接權(quán)值矩陣;bk為第k個(gè)隱藏層神經(jīng)元的閾值;l為輸出層的節(jié)點(diǎn)個(gè)數(shù)。
式(1)可表示為矩陣形式:
(4)
(5)
(6)
式中:X為輸入矩陣;Y為期望輸出矩陣;W為輸出層權(quán)值矩陣;G為隱藏層輸出矩陣;Woh為隱藏層和輸出層之間的連接權(quán)值矩陣。
式(4)可根據(jù)最小二乘范數(shù)解求得:
(7)
(8)
灰狼算法是為模擬自然界中灰狼群體的社會(huì)等級(jí)機(jī)制和捕食行為而提出的一種新型群體搜索方法,灰狼群體的社會(huì)等級(jí)機(jī)制如圖2所示。
圖2 灰狼種群等級(jí)制度示意圖
由圖2可以看出,α、β、δ和ω層是灰狼群體的社會(huì)等級(jí),其中頭狼為α,領(lǐng)導(dǎo)灰狼群體;下屬狼為β,協(xié)助頭狼α作出決策;普通狼為δ,由α和β指揮;底層狼為ω,由α、β和δ指揮?;依侨后w在頭狼α的帶領(lǐng)下捕獲獵物,狼群通過氣味等信息逐漸靠近并追蹤獵物;在獵物位置確定后,包圍獵物;包圍圈逐漸縮小,攻擊獵物。
在D維空間中,假設(shè)種群X=(X1,X2,…,XN)由N只灰狼組成,定義群體歷史最優(yōu)解、次最優(yōu)解、第三最優(yōu)解和其他個(gè)體分別為頭狼α、下屬狼β、普通狼δ和底層狼ω。描述灰狼逐漸接近并包圍獵物時(shí),第i只灰狼的位置定義為:
Xid(t+1)=Xpd(t)-Aid|CidXpd(t)-Xid(t)|
(9)
Aid=2a×r1-a
(10)
Cid=2×r2
(11)
a=2-t/tmax
(12)
式中:t為迭代次數(shù);Xid為第i只灰狼在第d維上的位置,其中i=1,2,…,N,d=1,2,…,D;Xp為獵物的位置,Xp=(Xp1,Xp2,…,XpD);r1、r2均為[0,1]內(nèi)的隨機(jī)變量;Aid、Cid和a均為收斂因子;tmax為最大迭代次數(shù)。
灰狼群體α、β和δ的位置(Xα、Xβ和Xδ)分別為:
(13)
(14)
式中:Xid(t+1)表示第i只灰狼在第d維的最終更新狀態(tài)。
2.2.1 量子初始化種群
Syafaruddin等[16]指出,對(duì)基于種群迭代的群體智能優(yōu)化算法來說,初始種群的好壞影響算法的全局搜索速度和解的質(zhì)量,多樣性較好的初始種群對(duì)于提高算法的尋優(yōu)性能很有幫助。由于GWO采用的是隨機(jī)初始化種群個(gè)體,因而初始群體的多樣性難以得到保證,在一定程度上降低了算法的搜索效率。
針對(duì)GWO存在的缺陷,筆者提出了量子位Bloch球面坐標(biāo)編碼初始化種群。采用該算法改進(jìn)后的GWO在收斂精度和收斂速度上得到了較大幅度的提升。
在量子計(jì)算中,量子位表示最小的信息單位,也稱為量子比特,一個(gè)量子比特的狀態(tài)可表示為:
|φ〉=cos(θ/2)|0>+ei1φsin(θ/2)|1〉
(15)
式中:|φ〉為量子態(tài);φ為量子態(tài)在Bloch球面xy平面投影與x軸的夾角;θ為量子態(tài)與z軸的夾角;ei1φ為復(fù)數(shù)的指數(shù)表現(xiàn)形式。
φ和θ可確定Bloch球面上一點(diǎn)P,如圖3所示[17]。
圖3 量子比特的Bloch球面
由圖3可知,任何量子比特都與Bloch球面上的一點(diǎn)對(duì)應(yīng),因此量子比特可轉(zhuǎn)換為Bloch坐標(biāo):
|φ〉=[cosφsinθsinφsinθcosθ]T
(16)
直接采用量子比特的Bloch坐標(biāo)作為編碼,設(shè)pi為群體中第i個(gè)候選解,編碼方案如下:
(17)
φij=2π×r3
(18)
θij=π×r3
(19)
式中:φij、θij分別為第i個(gè)候選解的第j維Bloch坐標(biāo)對(duì)應(yīng)角度;r3為[0,1]區(qū)間內(nèi)的隨機(jī)數(shù);n為優(yōu)化空間的維數(shù);i=1,2,…,N,j=1,2,…,n;N為群體規(guī)模。
每個(gè)候選解對(duì)應(yīng)空間的3個(gè)位置,分別為x解、y解和z解:
(20)
將候選解pi上第j個(gè)量子位的Bloch坐標(biāo)記為 [xij,yij,zij]T,每個(gè)解空間第j維的取值范圍為 [aj,bj],由單位空間In=[-1,1]n映射到解空間的變換公式為:
(21)
式中:(Xij,x,Xij,y,Xij,z)為第i個(gè)候選解的第j維對(duì)應(yīng)解空間坐標(biāo)。
優(yōu)化問題的每個(gè)候選解對(duì)應(yīng)3個(gè)解,在所有3N個(gè)候選解中選擇N個(gè)適應(yīng)度值較小的個(gè)體作為初始群體。
這種編碼方式能增加群體的多樣性,擴(kuò)展搜索空間的遍歷能力,進(jìn)而改善初始群體的質(zhì)量,加快算法的收斂速度。
2.2.2 變異算子
GWO基于最優(yōu)保存策略,在進(jìn)化后期,由于所有群體中灰狼個(gè)體均逼近最優(yōu)個(gè)體區(qū)域,使其損失了群體多樣性,因而如果當(dāng)前最優(yōu)灰狼個(gè)體是局部最優(yōu)解,算法就陷入局部最優(yōu),這也是群體智能優(yōu)化算法的共同缺點(diǎn)。為了克服這種缺點(diǎn),筆者對(duì)當(dāng)前群體中最優(yōu)灰狼個(gè)體進(jìn)行多樣性變異操作:
(22)
2.2.3 自適應(yīng)慣性權(quán)值
為了增強(qiáng)GWO的局部開發(fā)能力,提高收斂精度和速度,筆者通過引入自適應(yīng)慣性權(quán)值w對(duì)算法進(jìn)行改進(jìn):
(23)
式中:w′和w″分別為慣性權(quán)值的最大值和最小值。
w隨迭代次數(shù)t的增加而減小,在前期有利于全局探索,在迭代后期有利于局部尋優(yōu),提高了算法的收斂精度和速度。
改進(jìn)后位置更新由式(13)改為式(24):
(24)
AQGWO流程如下:
(1)初始化算法參數(shù)。群體規(guī)模大小為N,最大迭代次數(shù)為tmax,慣性權(quán)值的最大值為w′,慣性權(quán)值的最小值為w″。
(2)初始化群體位置。采用量子位Bloch球面對(duì)每個(gè)候選解進(jìn)行編碼,映射到優(yōu)化問題的解空間,然后計(jì)算群體中每個(gè)個(gè)體的適應(yīng)度值,根據(jù)適應(yīng)度值的大小排序,最后選取N個(gè)個(gè)體作為初始群體,并選取適應(yīng)度值最小的前3個(gè)個(gè)體位置,分別作為Xα、Xβ和Xδ,進(jìn)行步驟4。
(3)計(jì)算N個(gè)個(gè)體的適應(yīng)度值,選擇適應(yīng)度值最小的前3個(gè)個(gè)體位置,分別作為Xα、Xβ和Xδ。
(4)判斷算法是否滿足終止條件。若滿足,輸出最優(yōu)灰狼個(gè)體,則算法結(jié)束;否則,執(zhí)行下一個(gè)步驟。
(5)根據(jù)式(23)計(jì)算出慣性權(quán)值w,再根據(jù)式(24) 更新群體中每個(gè)灰狼個(gè)體的位置。
(6)判斷當(dāng)前位置未更新的迭代次數(shù)是否大于10。如果“是”,則按照式(22)進(jìn)行變異,產(chǎn)生新的灰狼個(gè)體,否則不變。
(7)令t=t+1,返回步驟(3)。
為了比較的公平性,所有算法均在同一臺(tái)電腦上運(yùn)行,其配置為2.4GHz的Intel(R) Core(TM) i7-5500U CPU、8G內(nèi)存和Windows 10操作系統(tǒng),運(yùn)行軟件環(huán)境為Matlab R2012a。為了驗(yàn)證AQGWO的性能,將算法應(yīng)用到8個(gè)經(jīng)典的基準(zhǔn)優(yōu)化問題上(見表1),其中f1~f5是高維的單峰基準(zhǔn)測(cè)試函數(shù),f6~f8是高維的多峰基準(zhǔn)測(cè)試函數(shù)。
將AQGWO與DE、PSO、WOA、基本GWO進(jìn)行了比較。將DE的比例系數(shù)F0設(shè)為0.6,交叉率Cr為0.85;PSO的學(xué)習(xí)因子c1、c2均為1.5;經(jīng)過大量的仿真實(shí)驗(yàn)后,確定AQGWO慣性權(quán)重的最大值ω′和最小值ω″分別為1和0。DE、WOA、PSO、基本GWO和AQGWO這5種優(yōu)化算法的其他相關(guān)參數(shù)設(shè)置相同,即初始化群體規(guī)模為40,迭代次數(shù)為1 000,實(shí)驗(yàn)獨(dú)立運(yùn)行次數(shù)為20。
將各個(gè)基準(zhǔn)測(cè)試函數(shù)進(jìn)行10、20和50維的測(cè)試,并給出在設(shè)定參數(shù)條件下各種優(yōu)化算法最優(yōu)值的平均值(Mean)和均方差(S.D.),如表2所示。
表1 8個(gè)基準(zhǔn)測(cè)試函數(shù)
表2 基準(zhǔn)測(cè)試函數(shù)測(cè)試4種不同算法的運(yùn)行結(jié)果
由表2可知,在尋優(yōu)精度方面,AQGWO均能尋到理論最優(yōu)值(或非常接近理論最優(yōu)值),特別在f1~f4、f6和f8測(cè)試函數(shù)中能精確地尋到理論最優(yōu)值,且方差為0;AQGWO在f6測(cè)試函數(shù)中找到最優(yōu)值的精度比其他4個(gè)優(yōu)化算法至少高1個(gè)數(shù)量級(jí),方差至少高2個(gè)數(shù)量級(jí);AQGWO在f7測(cè)試函數(shù)中找到最優(yōu)值的精度比其他4個(gè)優(yōu)化算法至少高1個(gè)數(shù)量級(jí),且其方差為0。這說明對(duì)于絕大多數(shù)測(cè)試函數(shù)來說,與其他4個(gè)算法相比,AQGWO找到的最優(yōu)解精度更高,方差更小。
在循環(huán)流化床鍋爐運(yùn)行過程中,影響NOx排放的因素很多,因而在建模前需對(duì)循環(huán)流化床鍋爐運(yùn)行的各影響因素進(jìn)行詳盡分析。根據(jù)影響NOx排放質(zhì)量濃度和各參數(shù)的關(guān)聯(lián)程度來確定輸入?yún)?shù),應(yīng)盡量選擇與NOx排放質(zhì)量濃度關(guān)聯(lián)性強(qiáng)的參數(shù),在可能的情況下應(yīng)少選或不選間接影響的參數(shù),這樣可以提高NOx預(yù)測(cè)模型的計(jì)算精度和建模速度。根據(jù)此原則,并結(jié)合文獻(xiàn)[18],最終選擇給煤機(jī)煤量、爐膛密相區(qū)上部平均床溫、一次風(fēng)體積流量、一次風(fēng)溫度、二次風(fēng)總體積流量、二次風(fēng)出口風(fēng)溫、石灰石粉輸送電機(jī)電流、煙氣氧氣質(zhì)量濃度、煙氣溫度、爐膛爐渣溫度、SO2排放質(zhì)量濃度和飛灰質(zhì)量濃度等23個(gè)參數(shù)作為輸入?yún)?shù),NOx排放質(zhì)量濃度作為輸出參數(shù),NOx排放質(zhì)量濃度的計(jì)算詳見文獻(xiàn)[5]。
以某火電廠300 MW循環(huán)流化床鍋爐[19-20]為研究對(duì)象,所用數(shù)據(jù)來自集散控制系統(tǒng)(DCS)現(xiàn)場(chǎng),在其負(fù)荷分別為50%、70%和100%時(shí)通過集散控制系統(tǒng)以30 s的間隔時(shí)間采樣一次,各采集50組工況運(yùn)行數(shù)據(jù),基本包括機(jī)組所有典型運(yùn)行工況。從中隨機(jī)選取120組樣本(50%、70%和100%負(fù)荷下各40組)作為訓(xùn)練樣本,剩下的30組樣本作為該模型的測(cè)試樣本。
由于FLN的輸入權(quán)值和隱藏層閾值在初始化時(shí)是隨機(jī)給定的,因而FLN模型的預(yù)測(cè)精度和泛化能力難以保證。為了克服這種缺點(diǎn),應(yīng)用AQGWO對(duì)FLN的隱藏層閾值和輸入權(quán)值進(jìn)行尋優(yōu),以目標(biāo)函數(shù)適應(yīng)度值最小為原則,達(dá)到最大迭代循環(huán)次數(shù)時(shí)結(jié)束循環(huán),把AQGWO尋得的最優(yōu)隱藏層閾值和輸入權(quán)值代入FLN模型,AQGWO-FLN建立完成。
AQGWO設(shè)置的參數(shù)與前面保持一致。FLN的參數(shù)分別設(shè)成:隱藏層激勵(lì)函數(shù)為“sigmoid”;隱藏層節(jié)點(diǎn)數(shù)為42;隱藏層閾值和輸入權(quán)值尋優(yōu)區(qū)間均為[-1,1]。該模型的優(yōu)化目標(biāo)函數(shù)為最小均方差,函數(shù)定義為:
(25)
式中:f為最小均方差函數(shù);ρi,r為實(shí)際NOx排放質(zhì)量濃度;ρi為模型預(yù)測(cè)所得NOx排放質(zhì)量濃度。
具體的模型優(yōu)化過程如圖4所示。通過大量的仿真實(shí)驗(yàn),確定該模型的循環(huán)迭代次數(shù)為200。先將120組訓(xùn)練樣本代入FLN模型,根據(jù)適應(yīng)度函數(shù)值選取最優(yōu)隱藏層閾值和輸入權(quán)值;再將30組測(cè)試樣本輸入FLN模型,得到測(cè)試樣本預(yù)測(cè)值,并與實(shí)際值進(jìn)行對(duì)比,以驗(yàn)證模型的預(yù)測(cè)能力。
圖4 采用AQGWO優(yōu)化FLN結(jié)構(gòu)參數(shù)的流程圖
仿真結(jié)果如圖5和圖6所示。圖5為120組NOx排放質(zhì)量濃度訓(xùn)練樣本預(yù)測(cè)值與實(shí)際值的對(duì)比,發(fā)現(xiàn)除個(gè)別組的數(shù)據(jù)外,模型具有較高的擬合度。圖6為30組NOx排放質(zhì)量濃度測(cè)試樣本預(yù)測(cè)值、FLN模型預(yù)測(cè)值與實(shí)際值的對(duì)比,發(fā)現(xiàn)AQGWO-FLN模型NOx排放質(zhì)量濃度的預(yù)測(cè)值比FLN模型更加準(zhǔn)確,且與實(shí)際值的擬合度非常高,能很好地預(yù)測(cè)NOx排放質(zhì)量濃度,具有較強(qiáng)的泛化能力。
圖5 訓(xùn)練樣本預(yù)測(cè)值與實(shí)際值的對(duì)比
為了綜合評(píng)價(jià)各模型預(yù)測(cè)值與實(shí)際值的準(zhǔn)確度及預(yù)測(cè)效果,對(duì)均方根誤差(RMSE)、平均絕對(duì)誤差(MAE)、平均相對(duì)百分比誤差(MAPE)和相關(guān)性系數(shù)(R-square) 這4個(gè)性能指標(biāo)進(jìn)行對(duì)比,同時(shí)采用FLN模型、DE-FLN模型、WOA-FLN模型、PSO-FLN模型和GWO-FLN模型對(duì)循環(huán)流化床鍋爐的NOx排放質(zhì)量濃度進(jìn)行預(yù)測(cè)。各模型輸入?yún)?shù)、輸出參數(shù)和隱藏層節(jié)點(diǎn)個(gè)數(shù)的設(shè)置與前面一致,預(yù)測(cè)結(jié)果如表3和表4所示。
圖6 測(cè)試樣本預(yù)測(cè)值與實(shí)際值對(duì)比
由表3可知,對(duì)于訓(xùn)練樣本,AQGWO-FLN的RMSE為1.518 2,MAE為1.155 8,MAPE為9.281 7×10-7,R-square為0.996 4,這4項(xiàng)指標(biāo)均優(yōu)于其他5種模型。因此,對(duì)于訓(xùn)練樣本而言,AQGWO-FLN模型的預(yù)測(cè)能力和擬合精度均優(yōu)于其他5種模型。
表3 訓(xùn)練樣本的準(zhǔn)確度對(duì)比
表4 測(cè)試樣本的準(zhǔn)確度對(duì)比
由表4可以看出,對(duì)于測(cè)試樣本,AQGWO -FLN模型的RMSE為0.914 0,MAE為0.750 5,MAPE為7.593 6×10-7,R-square為0.999 2,這4項(xiàng)指標(biāo)均優(yōu)于其他5種模型,尤其MAPE模型比其他5種模型小2個(gè)數(shù)量級(jí)。因此,對(duì)于測(cè)試樣本而言,AQGWO-FLN模型的泛化能力和模型預(yù)測(cè)精度均優(yōu)于其他5種模型。結(jié)合表3和表4可知,雖然其他5種模型也能對(duì)訓(xùn)練樣本進(jìn)行很好地預(yù)測(cè),但對(duì)測(cè)試樣本的預(yù)測(cè)效果均沒有AQGWO-FLN模型好。
各模型對(duì)測(cè)試樣本的預(yù)測(cè)誤差如圖7所示。與其他5種模型相比,AQGWO-FLN模型預(yù)測(cè)NOx排放質(zhì)量濃度的誤差曲線較平穩(wěn),波動(dòng)較小,最大誤差也比其他模型小,這說明AQGWO -FLN模型的預(yù)測(cè)結(jié)果更準(zhǔn)確。
圖7 測(cè)試樣本的預(yù)測(cè)誤差對(duì)比
(1)采用量子位Bloch坐標(biāo)編碼初始化群體位置,迭代后期增加了變異算子和慣性權(quán)重,對(duì)原始灰狼算法進(jìn)行改進(jìn)。為了驗(yàn)證AQGWO的性能,采用8個(gè)經(jīng)典的測(cè)試集函數(shù)對(duì)該算法進(jìn)行了性能測(cè)試,并與基本GWO、WOA、DE、PSO進(jìn)行了比較。結(jié)果表明,AQGWO模型收斂速度更快,收斂精度也更高。
(2)以某火電廠300 MW循環(huán)流化床鍋爐為研究對(duì)象,利用改進(jìn)的AQGWO-FLN模型建立了循環(huán)流化床鍋爐NOx排放特性預(yù)測(cè)模型,利用得到的預(yù)測(cè)結(jié)果與FLN、PSO-FLN、DE-FLN、WOA-FLN模型和GWO-FLN模型的預(yù)測(cè)結(jié)果進(jìn)行比較。結(jié)果表明,AQGWO-FLN模型可以更準(zhǔn)確有效地預(yù)測(cè)NOx排放質(zhì)量濃度,其預(yù)測(cè)精度、泛化能力均強(qiáng)于其他5種算法,為電站鍋爐預(yù)測(cè)NOx排放提供了一種新的高效方法。
參考文獻(xiàn):
[1] 劉志強(qiáng), 劉青, 蔣文斌, 等. 循環(huán)流化床鍋爐SO2和NOx排放的影響規(guī)律研究[J].鍋爐技術(shù), 2013, 44(3): 23-27.
LIU Zhiqiang, LIU Qing, JIANG Wenbin, et al. The effect of the emission in circulating fluidized bed boilers[J].BoilerTechnology, 2013, 44(3): 23-27.
[2] 歐陽子區(qū), 朱建國, 呂清剛. 無煙煤粉經(jīng)循環(huán)流化床預(yù)熱后燃燒特性及NOx排放特性實(shí)驗(yàn)研究[J].中國電機(jī)工程學(xué)報(bào), 2014, 34(11): 1748-1754.
OUYANG Ziqu, ZHU Jianguo, Lü Qinggang. Experimental study on combustion and NOxemission of pulverized anthracite coal preheated by a circulating fluidized bed[J].ProceedingsoftheCSEE, 2014, 34(11): 1748-1754.
[3] 牛培峰, 麻紅波, 李國強(qiáng), 等. 基于支持向量機(jī)和果蠅優(yōu)化算法的循環(huán)流化床鍋爐NOx排放特性研究[J].動(dòng)力工程學(xué)報(bào), 2013, 33(4): 267-271.
NIU Peifeng, MA Hongbo, LI Guoqiang, et al. Study on NOxemission from CFB boilers based on support vector machine and fruit fly optimization algorithm[J].JournalofChineseSocietyofPowerEngineering, 2013, 33(4): 267-271.
[4] 李霞, 牛培峰, 馬云鵬, 等. 基于改良的雞群優(yōu)化算法優(yōu)化鍋爐NOx排放質(zhì)量濃度[J].動(dòng)力工程學(xué)報(bào), 2017, 37(4): 293-300.
LI Xia, NIU Peifeng, MA Yunpeng, et al. NOxemission reduction of a boiler based on ameliorated chicken swarm optimization[J].JournalofPowerEngineering, 2017, 37(4): 293-300.
[5] 牛培峰, 陳科, 馬云鵬, 等. 基于磷蝦群算法的汽輪機(jī)熱耗率建模應(yīng)用[J].動(dòng)力工程學(xué)報(bào), 2016, 36(10): 781-787.
NIU Peifeng, CHEN Ke, MA Yunpeng, et al. Modelling of turbine heat rate based on krill herd algorithm and its application[J].JournalofChineseSocietyofPowerEngineering, 2016, 36(10): 781-787.
[6] 牛培峰, 趙振, 馬云鵬, 等. 基于風(fēng)驅(qū)動(dòng)算法的鍋爐NOx排放模型優(yōu)化[J].動(dòng)力工程學(xué)報(bào), 2016, 36(9): 732-738.
NIU Peifeng, ZHAO Zhen, MA Yunpeng, et al. Model improvement for boiler NOxemission based on wind driven optimization algorithm[J].JournalofChineseSocietyofPowerEngineering, 2016, 36(9): 732-738.
[7] 牛培峰, 麻紅波, 李國強(qiáng), 等. 基于GSA-SVM的循環(huán)流化床鍋爐NOx排放特性模型[J].計(jì)量學(xué)報(bào), 2013, 34(6): 602-606.
NIU Peifeng, MA Hongbo, LI Guoqiang, et al. NOxemission characteristic model for circulating fluidized bed boilers based on GSA-SVM[J].ActaMetrologicaSinica, 2013, 34(6): 602-606.
[8] 梁志宏. 基于我國新大氣污染排放標(biāo)準(zhǔn)下的燃煤鍋爐高效低NOx協(xié)調(diào)優(yōu)化系統(tǒng)研究及工程應(yīng)用[J].中國電機(jī)工程學(xué)報(bào), 2014, 34(S1): 122-129.
LIANG Zhihong. Study and engineering application of high efficiency and low NOxcoordinated optimization control system for coal-fired boilers based on new air pollutant emission standard[J].ProceedingsoftheCSEE, 2014, 34(S1): 122-129.
[9] 郭通, 蘭巨龍, 李玉峰, 等. 基于量子自適應(yīng)粒子群優(yōu)化徑向基函數(shù)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的網(wǎng)絡(luò)流量預(yù)測(cè)[J].電子與信息學(xué)報(bào), 2013, 35(9): 2220-2226.
GUO Tong, LAN Julong, LI Yufeng, et al. Network traffic prediction with radial basis function neural network based on quantum adaptive particle swarm optimization[J].JournalofElectronics&InformationTechnology, 2013, 35(9): 2220-2226.
[10] KUMAR P, PANT M, SINGH V P. Modified mutation operators for differential evolution[C]//ProceedingsoftheInternationalConferenceonSoftComputingforProblemSolving. India: Springer, 2011.
[11] DING Shifeng, ZHAO Han, ZHANG Yanan, et al. Extreme learning machine: algorithm, theory and applications[J].ArtificialIntelligenceReview, 2015, 44(1): 103-115.
[12] LI Guoqiang, NIU Peifeng, DUAN Xiaolong, et al. Fast learning network: a novel artificial neural network with a fast learning speed[J].NeuralComputingandApplications, 2014, 24(7/8): 1683-1695.
[13] 李國強(qiáng). 新型人工智能技術(shù)研究及其在鍋爐燃燒優(yōu)化中的應(yīng)用[D]. 秦皇島: 燕山大學(xué), 2013.
[14] MIRJALILI S, MIRJALILI S M, LEWIS A. Grey wolf optimizer[J].AdvancesinEngineeringSoftware, 2014, 69: 46-61.
[15] MIRJALILI S, LEWIS A. The whale optimization algorithm[J].AdvancesinEngineeringSoftware, 2016, 95: 51-67.
[16] SYAFARUDDIN H, NARIMATSU H, MIYAUCHI H. Optimal energy utilization of photovoltaic systems using the non-binary genetic algorithm[J].EnergyTechnology&Policy, 2015, 2(1): 10-18.
[17] 易正俊, 何榮花, 侯坤. 量子位Bloch坐標(biāo)的量子人工蜂群優(yōu)化算法[J].計(jì)算機(jī)應(yīng)用, 2012, 32(7): 1935-1938.
YI Zhengjun, HE Ronghua, HOU Kun. Quantum artificial bee colony optimization algorithm based on Bloch coordinates of quantum bit[J].JournalofComputerApplications, 2012, 32(7): 1935-1938.
[18] 傅彩芬, 譚文. 循環(huán)流化床鍋爐燃燒系統(tǒng)的控制研究[J].熱能動(dòng)力工程, 2016, 31(2): 66-73.
FU Caifen, TAN Wen. The control of combustion system of circulating fluidized bed boiler[J].JournalofEngineeringforThermalEnergyandPower, 2016, 31(2): 66-73.
[19] 馬宏明, 翟曉敏. 某電廠300 MW亞臨界循環(huán)流化床鍋爐鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)介紹[J].鍋爐制造, 2014(3): 16-17, 20.
MA Hongming, ZHAI Xiaomin. Design of steel structure for sub-critical 300 MW CFB boiler[J].BoilerManufacturing, 2014(3): 16-17, 20.
[20] 陳獻(xiàn)春, 楊瑞來, 陳宇, 等. 300 MW循環(huán)流化床鍋爐啟動(dòng)過程爆燃與結(jié)焦的預(yù)防及控制[J].電站系統(tǒng)工程, 2012(5): 24-26, 29.
CHEN Xianchun, YANG Ruilai, CHEN Yu, et al. Precaution and control of explosion and coking during startup in 300 MW CFB boiler[J].PowerSystemEngineering, 2012(5): 24-26, 29.