检索结果-南通市图书馆

作者：王世东东北电力大学

学位级别：硕士

在当今的能源体系中,煤炭占据全球能源消耗的主体,其重要性不言而喻。但煤炭燃烧过程的低效率及由此产生的大量氮氧化物等有害物质,对空气质量构成了重大威胁。因此,提高锅炉燃烧效率、降低污染物排放已经成为当前燃煤锅炉研究的关键问... 详细信息

在当今的能源体系中,煤炭占据全球能源消耗的主体,其重要性不言而喻。但煤炭燃烧过程的低效率及由此产生的大量氮氧化物等有害物质,对空气质量构成了重大威胁。因此,提高锅炉燃烧效率、降低污染物排放已经成为当前燃煤锅炉研究的关键问题。自持燃烧器是一种新型的低氮燃烧器,借助其独特的结构设计和热能回收机理,能在点火后保持稳定自燃。其具有分级燃烧特性,可在高温缺氧条件下有效降低氮氧化物的生成。在经济与效率双重考虑下,本研究运用Fluent软件,以青岛某电厂40 MW锅炉为研究对象,在相同仿真条件下,对原常规旋流燃烧器与自持燃烧器输入下的炉膛出口热力参数进行对比,验证了自持燃烧器低氮燃烧特性。为了充分地发挥自持燃烧器在锅炉应用中具有低氮燃烧的优势,基于对锅炉模型的细致研究,提出了一系列优化的方法,旨在实现高效燃烧与超低排放。具体研究工作如下:(1)本文依照数值模拟的基本思想,结合研究的对象特性,分析并建立了合适的数学模型。利用Solidworks软件对电厂锅炉进行几何建模,导入Gambit软件进行网格划分,并进行合理的边界条件设定,最后利用Fluent软件分别对100%BMCR工况进行模拟仿真并验证模型准确性。继续对50%BMCR工况进行仿真实验,通过对比原旋流燃烧器和自持燃烧器不同输入下炉膛出口热力参数,验证了自持燃烧器低氮燃烧特性。(2)根据电厂锅炉实际投运情况,本研究基于自持燃烧器锅炉实际投运工况(50%BMCR)展开研究,对仿真所得的温度场、速度场及NOx浓度分别进行了详细分析,得到50%BMCR工况下炉内温度场分布均匀性较差,燃烧效果较差的结论。(3)基于以上结论,改变锅炉运行参数,以炉膛稳燃和内部流场分布均匀为调控目标。根据该L型锅炉的特点,通过调控配风比例和分离二次风,初步改善了炉膛内部温度和流场分布。为使流场更为均衡,提出了“分级预混”的策略,显著改善了燃烧效果和流场均匀度。(4)在上述运行参数的基础上,以飞灰含碳量、NOx和CO浓度作为检测目标,继续展开对炉膛燃烧效率和NOx等污染物排放深入研究。改进锅炉燃尽风喷口位置,改善了炉膛燃尽率及污染物排放。为大幅度降低NOx排放,提出了15%烟气回流的优化策略,炉膛出口NOx降低率达60%。此外,在保持相对均衡的条件下,继续对二次风和燃尽风的风温风速气相参数进行优化,实现炉膛高燃烧效率和低NOx等污染物排放的成效。综上所述,本文对基于自持燃烧器的40MW锅炉进行多工况仿真实验,验证了自持燃烧器低氮燃烧特性,以高燃烧效率及超低排放为目标优化了锅炉运行参数,对指导实际锅炉的高效绿色低氮燃烧具有重大价值和意义。

关键词：自持燃烧器数值模拟优化策略低NOx排放

基于UWB定位的光伏组件智能清洁系统设计与应用

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基于UWB定位的光伏组件智能清洁系统设计与应用

作者：朱文秀吉林化工学院

学位级别：硕士

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基于深度学习的锅炉燃烧预测研究

基于深度学习的锅炉燃烧预测研究

作者：郑博仑东北电力大学

学位级别：硕士

作为我国能源发电体系中的核心支柱,火力发电厂凭借其特有的电力供应稳定性,在电力系统中发挥着托底保障与调峰的关键作用。不仅如此,燃煤锅炉在石油提炼、化工生产、冶金锻造以及民用供暖等多个领域亦有着举足轻重的地位。而原煤在炉... 详细信息

作为我国能源发电体系中的核心支柱,火力发电厂凭借其特有的电力供应稳定性,在电力系统中发挥着托底保障与调峰的关键作用。不仅如此,燃煤锅炉在石油提炼、化工生产、冶金锻造以及民用供暖等多个领域亦有着举足轻重的地位。而原煤在炉膛内燃烧时产生的氮氧化物（NOx）,对自然环境及人体健康都有一定危害。因此,本文针对某热电厂660MW燃煤机组锅炉燃烧系统建模问题与优化控制问题进行了以下研究:（1）所用数据均为燃煤机组2021年6月1日至2022年3月1日,以30min为间隔采集得到共计12283条现场运行数据。通过数据特性分析,发现锅炉运行期间包含多端启停过程。为减少锅炉启停阶段的异常数据,采用基于主成分分析和聚类方法的数据处理方式,从而筛选出锅炉正常运行状态的数据。（2）为了进一步提高锅炉燃烧系统预测模型的预测精度,解决以30min为间隔的数据时序相关性较差,使用LSTM基准模型预测NOx排放量精度较差的问题,采用时序特征编码来显性表示数据集的时序特征。（3）针对处理后数据关于趋势情况的预测精度不佳的问题,提出了基于再分解思想的二次分解架构,对数据集进行模态分解,提取出有关趋势的子模态,针对该子模态进行进一步的处理。此外,针对传统VMD方法普遍需要依托经验进行参数调节的问题,通过引入排列熵与模态分解能量比设计了自适应VMD方法。（4）在网络结构上,针对分解后的子模态数据特征,本文分别提出了两种基础模型预测框架。在多次实验对比分析后,针对两种基础模型的不同优势,本文进一步提出了引入样本熵和注意力机制的改进混合预测框架。通过进一步的实验对比,改进后混合预测框架均取得了最优的预测精度,同时所耗时间也较少,证明了所提出方法的有效性。（5）在探讨锅炉燃烧系统的优化控制问题上,本文依托一个构建的高精度预测框架,创新性地提出了一种基于深度确定性策略梯度（DDPG）的锅炉燃烧系统优化控制策略。该策略基于强化学习技术,旨在实现稳定的低NOx排放控制,从而优化锅炉的运行效率与环保性能。经过与其他控制方法的对比分析,本文所提出的方法在控制效果上均表现出优越性,这充分验证了该方法在锅炉优化控制中的有效性。

关键词： NOx预测强化学习 LSTM 信号分解多框架混合预测

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电厂锅炉燃烧系统建模及优化研究

电厂锅炉燃烧系统建模及优化研究

作者：孙悦吉林化工学院

学位级别：硕士

作为能源供应体系中的重要一环,燃煤锅炉在石油、化工、冶金及民用采暖领域占据着重要位置,同时原煤在炉膛内燃烧时产生的氮氧化物(NOx),对自然环境及人体健康都有一定危害。如何有效的对污染物排放进行实时监测,减排的同时提升锅炉燃... 详细信息

作为能源供应体系中的重要一环,燃煤锅炉在石油、化工、冶金及民用采暖领域占据着重要位置,同时原煤在炉膛内燃烧时产生的氮氧化物(NOx),对自然环境及人体健康都有一定危害。如何有效的对污染物排放进行实时监测,减排的同时提升锅炉燃烧热效率是目前燃煤锅炉行业面临的重要任务。针对燃烧过程中氮氧化物测量存在的精度低、实时性差及优化过程复杂的问题,本文以某300MW燃煤锅炉为研究对象,提出了一种基于Stacking模型的数据驱动建模方法,分别从数据预处理、相关性分析及特征选择、模型融合、多目标优化四个方面展开研究,主要研究工作包括以下几个方面:(1)通过拉以达准则对DCS数据系统中采集到的数据进行甄别,剔除异常值;采用线性插值法对空缺值进行填充,使时间标签相匹配,提升数据完整性。(2)设计了组合特征选取方案(CFS,Combined Feature Selection),对运行变量进行特征选择;采用经验模态分解算法(EMD,Empirical Mode Decomposition)对变量进行分解,以进行二次特征选择,充分挖掘变量数据间的线性和非线性关系。通过特征选择,可以克服NOx排放量影响因素较多且相互耦合的问题,为后续建模实验做准备。(3)采用K均值聚类算法对样本进行划分,区分数据所属的不同的工况;建立基于Stacking集成方法的分层模型,优化模型参数,建立不同工况下锅炉NOx排放量和燃烧效率高精度预测模型。(4)以前文建立的预测模型为基础,构造燃烧优化的目标函数,使用两种不同的优化策略,并对优化结果进行对比分析,一种是基于遗传算法(GA,Genetic Algorithm)的单目标优化;另一种是采用非支配排序遗传算法(NAGA-Ⅱ,Non-dominated Sorting Genetic Algorithm-Ⅱ)的多目标优化,最终求得燃烧系统决策变量的Pareto最优解集。结果表明,所构建的Stacking分层融合模型能够实现对NOx排放量和锅炉热效率的高精度预测且误差均小于5%;同时多目标优化策略能够有效的实现锅炉燃烧高效低排放,可以为电厂节能生产及后续优化控制问题提供数据参考。

关键词： NOx排放数据分解集成学习 Stacking 多目标优化

新型高精度单码道绝对式磁编码器的设计及优化

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新型高精度单码道绝对式磁编码器的设计及优化

作者：杨成宗东北电力大学

学位级别：硕士

伴随着众多领域内技术的不断更新和发展,先进的测量技术和手段也在不断的发生变革。角度测量作为众多控制领域内不可或缺的重要标尺,对于控制过程的稳定性、精度和时间等都是非常重要的。角度测量装置发展至今已经到了较为成熟的阶段,... 详细信息

伴随着众多领域内技术的不断更新和发展,先进的测量技术和手段也在不断的发生变革。角度测量作为众多控制领域内不可或缺的重要标尺,对于控制过程的稳定性、精度和时间等都是非常重要的。角度测量装置发展至今已经到了较为成熟的阶段,不断发展的编码器技术为控制过程提供了强有力的保障。因此,不断开发和设计新形式的编码器,不断设计和研发出精度更高、成本更低、应用更加灵活的磁编码器,无疑是有必要的。本文针对于传统形式的编码器进行分析,提出了一种新型的磁栅角度编码方法和的角度解码算法,并制作出了对应的单码道绝对式磁编码器。本文中所设计的新型磁栅以单码道磁环为基础,将磁栅上的磁极规划为两个区域,区域间存在磁极大小和数量的差异,并以此来构造求解绝对角度的方法。利用有限元分析软件MAXWELL对磁栅进行仿真分析,获得磁栅的磁场情况。根据仿真得到的结果,本文设计出了搭配新型磁栅使用的解算硬件电路。硬件主要由用以实现不同功能为区分的电路所组成,包括供电电路、模数转换电路、解算控制电路和磁传感器电路等,根据磁栅的磁场情况以及磁编码器实际测量过程中的主要运动情况对元器件和电路进行了合理的选择和设计。本文还设计了针对本磁栅的改进游标原理法,通过对基本游标原理进行改进设计,将其重构成为了能够求解本文所提出的新型编码形式的解码算法。根据所设计制作的新型磁编码器,本文介绍了用以进行测试和实验的控制转台以及利用控制转台所进行测试所得到的相关性能情况。根据结果进行分析,所设计的磁编码器在稳定性、复现性等基本特性上满足要求,但是拥有较大的角度误差,需要设计方法对其进行补偿。针对于所设计出的磁编码器拥有较大误差的问题,本文对磁编码器主要的误差来源和影响如磁栅精度、安装误差、温度变化等进行了分析,同时选择利用PSO-SVR算法对误差建立统一的数据回归模型进行补偿。补偿结果表明,磁编码器的精度特性得到了较大的优化,样本最大角度误差由1.4°减小到0.62°。

关键词：磁编码器游标原理单码道磁栅支持向量回归

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磁编码器设计及误差补偿研究

磁编码器设计及误差补偿研究

作者：生迪迪东北电力大学

学位级别：硕士

磁编码器作为位置传感器,在工业控制、航空航天、医学等领域应用愈加广泛。磁编码器的高精度和小型化已成为磁编码器行业研究的重点和发展趋势。本文围绕提高磁编码器的精度和减小其体积这一趋势,设计了一套磁编码器系统,并对其误差补... 详细信息

磁编码器作为位置传感器,在工业控制、航空航天、医学等领域应用愈加广泛。磁编码器的高精度和小型化已成为磁编码器行业研究的重点和发展趋势。本文围绕提高磁编码器的精度和减小其体积这一趋势,设计了一套磁编码器系统,并对其误差补偿策略进行了研究。本文首先设计了磁编码器的物理结构,研究了磁栅的空间磁场理论与解码算法,并利用Ansoft-Maxwell进行了仿真研究。根据系统的应用需求对磁编码器进行硬件设计,选用STM32F103,磁敏感元件选用i C-MU150,完成了高精度、小型化磁编码器系统的硬件设计方案,并完成数据测试方案设计。根据系统硬件以及解码算法的设计方案,在软件设计方面采用模块化思想,将整体系统分为数据采集模块、数据解算与存储模块以及上位机模块,对各个模块进行详细的软件设计,完成了解码算法的软件实现。设计了基于Labview的上位机人机交互界面,磁编码器系统通过多种通讯方式将数据发送上位机界面进行显示。对磁编码器进行了硬件电路、系统软件以及与上位机通信的测试,磁编码器能够稳定输出绝对角度位置。同时使用磁编码器输出的数据进行转速和精度的性能测试,实验结果表明:在不同转速下,磁编码器能够实现稳定输出,并且输出原始精度为0.23°。本文提出利用PSO(Particle Swarm Optimization)粒子群算法优化DBN(Deep Neural Network)深度置信网络策略对磁编码误差进行补偿,利用仿真软件对数据集进行实验仿真实验,并将实验结果与传统的BP(Back Propagation)神经网络、LSTM(Long Short-Term Memory)长短期记忆网络、DBN深度置信网络的补偿结果进行分析比较,实验结果表明:PSO-DBN网络策略补偿效果最好,经补偿后精度能够达到0.012′,与原始精度相比有大幅度提高,符合本课题对磁编码器的设计要求。

关键词：磁编码器高精度小型化误差补偿 PSO-DBN深度学习

便携式核磁共振主磁体系统及射频线圈的结构设计

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便携式核磁共振主磁体系统及射频线圈的结构设计

作者：李俊洲东北电力大学

学位级别：硕士

核磁共振作为一种精准、快速、无损的测量技术,已广泛应用于材料科学、结构生物学、医学等领域。但核磁共振系统存在着设备沉重、体积庞大、成本高昂和检测地点受限等缺点,使得该测量技术在日常中得不到有效普及。为进一步发展该技术,... 详细信息

核磁共振作为一种精准、快速、无损的测量技术,已广泛应用于材料科学、结构生物学、医学等领域。但核磁共振系统存在着设备沉重、体积庞大、成本高昂和检测地点受限等缺点,使得该测量技术在日常中得不到有效普及。为进一步发展该技术,使核磁共振系统具备体积小、成本低和可用于现场检测等优点,便携式核磁共振主磁体系统成为了核磁共振发展的新方向。针对便携式核磁共振主磁体系统现状存在的不足,本课题以煤粉为检测对象,围绕设计要求,确定阵列截面、磁块个数、磁环内外半径、磁环高度、磁环层数和磁环间距等结构参数,设计出一款Halbach阵列型主磁体系统,该主磁体系统具有场强高、体积小、成本低和可用于现场检测等优点。针对端部效应所导致的均匀度过差情况,本课题对主磁体系统对提出逐对调整磁块高度、逐级优化的方案,并引入品质因子Q用来表征磁块单位高度变化对均匀度的提升能力,使均匀度提高95.15%。最后通过优化线圈相对信噪比,设计出与主磁体系统相匹配的射频线圈与射频探头。本论文为便携式核磁共振主磁体系统的后续研究提供了参考。本文主要工作内容如下:1.本论文基于有限元仿真分析方法,围绕设计要求并确定结构参数,最终设计出一款具有9层磁环的主磁体系统,系统尺寸为Φ240×138 mm,中间通孔尺寸为Φ60×138mm,工作区域尺寸为Φ20×20 mm,磁场强度为1029 m T,整体均匀度为8612 ppm。2.为解决主磁体系统高度过低导致的端部效应问题,对主磁体系统提出逐对调整磁块高度、逐级优化的方案,并引入品质因子Q用来表征磁块单位高度变化对均匀度的提升能力。最终优化后的系统尺寸为Φ240×141.8 mm,磁场强度为1.09 T,整体均匀度为418 ppm。优化后均匀度提高95.15%,磁场强度提高近6%,但优化结构多耗费了13.38%的磁性材料。3.针对系统性能受材料性能影响较大的问题,本研究对系统进行材料性能特性分析,结果显示材料性能误差呈对称分布时均匀度所受影响更小,因此应严格在同一块磁性材料上选材。针对系统性能受工作温度影响较大的问题,本研究对系统进行工作温度特性分析,结果显示随着工作温度升高,磁场强度呈线性递减。4.设计出与主磁体系统匹配的射频线圈与射频探头。确定了射频线圈类型和线圈材料,并通过优化线圈相对信噪比来计算线圈结构参数,最终设计出螺线管线圈与射频探头的具体结构。

关键词：核磁共振系统 Halbach阵列轴向调整有限元仿真射频线圈

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超声波风速风向传感器的研制

超声波风速风向传感器的研制

作者：赵天东北电力大学

学位级别：硕士

随着我国双碳目标的提出,风力发电的发展势头愈发迅猛。但由于风的高随机性和不确定性对发电机组发电效率和输出功率具有较大的影响,这就需要风场中的实时风速风向信息,来调整发电机组的运行状态,确保发电机组能够高效、可靠、安全的运... 详细信息

随着我国双碳目标的提出,风力发电的发展势头愈发迅猛。但由于风的高随机性和不确定性对发电机组发电效率和输出功率具有较大的影响,这就需要风场中的实时风速风向信息,来调整发电机组的运行状态,确保发电机组能够高效、可靠、安全的运行。本文基于时差法对超声波风速风向传感器进行设计,选用STM32F407VET6微处理器作为系统的控制核心,对超声波的传播时间进行测量,从而计算风速和风向的具体数值。系统主要从硬件和软件两个部分进行设计。硬件部分:设计了微处理器最小系统,使其能够实现整个系统的工作逻辑控制;采用固定脉冲直接驱动大功率开关管的方式,对超声波换能器进驱动产生超声波;使用低功耗、高带宽的运算放大器进行信号处理电路的设计,对接收信号进行放大、滤波,再由电压比较器转换为数字信号最终由微处理器捕获处理;采用HMC5883L作为系统的方位检测单元,为传感器的安装提供参考;采用BMP180作为系统的环境检测单元,实时检测传感器工作环境;采用DC-DC模块和LDO电源芯片构建系统的电源电路,作为硬件电路中各芯片的供电来源;使用Altium Designer 20软件进行系统PCB板的绘制、布线和制板,最终完成硬件电路的整体测试。软件部分:采用定时器捕获中断方式获取超声波的传播时间,并由数组记录保存,便于微处理器计算时的调用;由微处理器IO的输出控制继电器和ADG904的通道切换,实现换能器发射和接收功能的转换;利用IIC通讯方式对气压温度模块和地磁模块的寄存器进行操作,实现对方位和气压温度信息的准确测量;对系统底层的通讯协议和时钟配置进行设计,实现外设模块与微处理器的通讯。在实验室环境搭建测试平台,对超声波风速风向传感器进行整机测试,并对测量误差进行分析。针对超声波传播时间的测量,采用希尔-小波变换进行优化,相比阈值法判断的信号到达时间提前了两个周期,提高了超声波信号传播时间的测量精度。

关键词：超声波风速风向时差法 STM32 希尔-小波变换

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基于STM32的高精度抗干扰测斜仪研制

基于STM32的高精度抗干扰测斜仪研制

作者：邢云峰东北电力大学

学位级别：硕士

石油是国家生存和发展不可或缺的战略资源。对石油生产而言,钻头能否按照方案到达目标位置,关系着这口油井能否达到指定的油层并且出油。若定向井的井眼轨迹误差偏大,将会导致井位报废,带来巨大的经济损失。因此,井眼轨迹的精确控制对... 详细信息

石油是国家生存和发展不可或缺的战略资源。对石油生产而言,钻头能否按照方案到达目标位置,关系着这口油井能否达到指定的油层并且出油。若定向井的井眼轨迹误差偏大,将会导致井位报废,带来巨大的经济损失。因此,井眼轨迹的精确控制对石油勘探非常关键。测斜仪是石油勘探、地质勘察中测量钻头轨迹参数的重要测量工具,它能测量出方位角、工具面角和倾斜角三个姿态参数。影响测斜仪精度的因素包括制造工艺与安装误差,因此提高测斜仪的精度是我们迫切需要解决的问题。本课题设计的测斜仪由硬件和软件两部分组成。硬件部分,综合考虑测斜仪的精度、功耗和体积等因素,对其进行硬件电路的设计,主要包括系统控制模块、磁场测量模块、加速度测量模块和电源模块。本系统采用ST公司的STM32F407作为系统的控制核心,采用HMC1001和HMC1002磁阻传感器来测量地磁场,采用精度较高的放大器AMP04,对磁场信号进行放大,采用CS5509A/D转换模块对放大后的磁阻信号进行模数转换。采用ADXL362加速度传感器测量重力加速度。为提高系统抗干扰性,在磁阻传感器的信号处理中设计了置位复位脉冲电路。软件部分分为上位机与下位机,下位机采用Keil5软件使用C语言进行编程,使用Labview进行上位机设计。单片机使用串口通信将数据发送给上位机,然后通过上位机界面进行显示。整个系统设计完成后,分别进行了硬件电路调试、系统软件的测试以及上位机的通信测试,测试表明测斜仪能够稳定输出方位角、倾斜角以及工具面角,方位角输出最大原始误差为3.39°。针对上述误差,本文采用PSO(Particle Swarm Optimization)粒子群算法优化Elman网络(PSO-Elman)对测斜系统的方位角进行误差补偿,然后将补偿结果与BP(Back Propagation)神经网络、RBF(Radial Basis Function)径向基神经网络、Elman网络的补偿结果进行比较,结果表明PSO-Elman网络满足工程要求,达到0.5°,补偿效果较好,精度较高。

关键词：测斜仪高精度误差补偿 PSO-Elman