一次调频DEH侧控制系统的实时带宽增强方法与流程

本发明属于电力系统，具体涉及一次调频数字电液调节系统实时带宽增强方法。

背景技术：

1、数字式电液调节系统（deh）作为一种先进的汽轮机控制系统，在现代工业生产中得到了广泛的应用。deh系统通过数字化的方式实现对汽轮机的精确控制，具有响应速度快、控制精度高等优点，对提高汽轮机的运行效率、降低能耗具有重要意义。本文将结合已公开的现有技术，探讨deh系统在汽轮机控制领域的发展现状及其面临的问题。

2、deh系统主要由电子部分和液压部分两部分组成。电子部分负责对汽轮机的运行参数进行监测和控制，液压部分则通过液压执行机构实现对汽轮机调节阀的精确控制。在电子部分中，计算机作为主要的控制装置，负责实时采集汽轮机的运行参数，如振动参数、电流参数和电压参数等，并对这些参数进行处理和分析。通过先进的控制算法，计算机可以对汽轮机的运行状态进行实时监测，并根据需要调整控制策略，以确保汽轮机的安全稳定运行。此外，deh系统还包括支持向量机、卡尔曼滤波器等先进的预测模型，用于对未来运行参数的预测和分析，以实现对汽轮机运行状态的预测和优化控制。液压部分主要由液压执行机构和调节阀等组件构成。液压执行机构负责根据电子部分输出的控制信号，调节汽轮机的调节阀，从而控制汽轮机的负荷和转速等参数。采用高性能的液压执行机构，可以实现对汽轮机的精确控制，提高系统的动态性能和响应速度。

3、尽管deh系统在汽轮机控制中具有诸多优点，但在实际应用中仍然存在一些问题和挑战：系统稳定性与可靠性问题：deh系统对汽轮机的稳定性和可靠性要求非常高，然而在实际应用中，由于系统复杂性和环境变化等因素的影响，系统稳定性和可靠性往往难以保障。尤其是在长时间运行或者恶劣工况下，系统容易出现故障或者失效，影响汽轮机的安全运行。控制精度与响应速度问题：deh系统的控制精度和响应速度直接影响着汽轮机的运行效率和性能。然而，由于传感器精度、控制算法等方面的限制，系统的控制精度和响应速度往往无法满足实际需求，导致汽轮机的性能优化受到限制。成本与维护问题：deh系统的建设和维护成本较高，尤其是涉及到高性能的硬件设备和先进的控制算法时，成本压力更加明显。此外，deh系统的维护和保养也需要专业的技术和设备，增加了运营成本和风险。现场数据采集与处理问题：deh系统需要实时采集和处理大量的运行数据，然而在现场环境中，数据采集和处理往往受到环境条件、设备故障等因素的影响，导致数据的准确性和及时性受到影响，进而影响了系统的控制效果和性能优化。

技术实现思路

1、本发明的主要目的在于提供一次调频deh侧控制系统的实时带宽增强方法，即：一次调频数字电液调节系统实时带宽增强方法，通过对数字电液调节系统的输出信号进行实时采集，并利用高斯滤波器对输出信号进行平滑处理，进而使用零相位滤波器对信号进行处理，以减小滤波器引入的时延效应。同时，通过谐振滤波器对预处理信号进行滤波处理，增强信号在目标频段内的信号成分。此外，还提出了一种基于支持向量机的非线性分类方法，用于对系统运行参数进行分类，并根据分类结果调整带宽增强参数，从而实现对频率修正信号带宽的增强。同时，采用卡尔曼滤波器预测模型，对未来多个时间步的运行参数进行预测，并据此进行带宽增强，以进一步提高系统的稳定性和控制精度。

2、为解决上述技术问题，本发明提供一次调频数字电液调节系统实时带宽增强方法，所述方法包括：

3、步骤1：实时采集数字电液调节系统的输出信号，使用高斯滤波器对输出信号进行平滑处理，并进行零相位滤波，得到预处理信号；

4、步骤2：将历史采集的数字电液调节系统的运行参数，利用核函数将运行参数映射到高维空间，并通过支持向量机实现非线性分类，得到运行参数的分类结果，以此训练一个支持向量预测模型；并设定分类结果和带宽增强系数的映射规则库，在映射规则库中，每种分类结果对应一个带宽增强系数；

5、步骤3：对预处理信号进行特征提取，以捕获预处理信号的时频特性；设定一个目标频段，使用该目标频段内的谐振滤波器对预处理信号进行滤波处理，增强预处理信号在目标频段内的信号成分；对谐振滤波器滤波后的预处理信号进行一次调频，以根据设定的相位偏移参数和载波频率，调整频率范围，得到频率修正信号；

6、步骤4：实时采集数字电液调节系统的运行参数，将实时采集的运行参数输入到支持向量预测模型；得到实时采集的运行参数的分类结果，基于映射规则库中的分类结果与带宽增强系数的对应关系，得到实时采集的运行参数的分类结果对应的带宽增强参数；基于预处理信号的时频特性，对频率修正信号的带宽使用带宽增强系数进行增强。

7、进一步的，数字电液调节系统的运行参数的参数类型包括：振动参数、电流参数和/或电压参数；当运行参数的参数类型超过一种时，运行参数为一个向量。

8、进一步的，步骤1中进行零相位滤波通过对输出信号进行两次滤波来实现；首先，对输出信号进行正向滤波，得到中间结果，然后，对中间结果进行反向滤波，得到预处理信号，以使得高斯滤波器的相位响应在频域上接近于零，从而减小高斯滤波引入的时延效应；步骤1中，使用如下公式，得到预处理信号：

9、；

10、其中，是预处理信号，是数字电液调节系统的输出信号，是傅里叶变换，是高斯滤波器的频率响应；是傅里叶逆变换；为时间。

11、进一步的，数字电液调节系统的输出信号与输入信号的关系使用如下方程进行表示：

12、；

13、其中，表示关于时间的二阶导数；表示阻尼项，其中：是阻尼比，用来描述数字电液调节系统的阻尼效应，它决定了数字电液调节系统的阻尼程度，范围为；当时，系统无阻尼，当时，系统为临界阻尼，大于1时为过阻尼；是自然频率，表示数字电液调节系统在没有阻尼的情况下的振荡频率；表示数字电液调节系统的输入信号。

14、进一步的，步骤2中的支持向量机模型使用如下公式进行表示：

15、；

16、其中，是分类超平面的权重向量，决定了分类超平面的方向；是分类超平面的偏置项，用于调整分类超平面的位置，决定了分类超平面与原点的距离；是松弛变量，表示第个运行参数的松弛变量；和均为是惩罚参数，控制误分类的惩罚程度，则控制权重向量的正则化程度；是运行参数的数量；是限制权重向量的范数，通过控制，防止支持向量机模型过度拟合训练数据，以提高支持向量机模型的泛化能力；为第个运行参数；分类超平面被定义为：

17、；

18、其中是运行参数的非线性映射；步骤2中的核函数为高斯核函数，使用如下公式进行表示：

19、；

20、其中，为高斯核函数均值，为为高斯核函数的方差。

21、进一步的，步骤2中的谐振滤波器使用如下公式进行表示：

22、；

23、其中，是谐振滤波器中谐振峰的数量，等于运行参数的数量；和分别是每个谐振峰的振幅、共振频率和阻尼比；是谐振滤波器滤波后的预处理信号；通常表示复变量，它是一个复数域中的变量，代表复平面上的频率，其实部表示频率，虚部表示频率的变化率。

24、进一步的，步骤3中使用如下公式，对谐振滤波器滤波后的预处理信号进行一次调频：

25、；

26、其中，为频率修正信号；表示载波频率；表示余弦波信号的初始相位；为谐振滤波器的相位函数。

27、进一步的，所述方法还包括：将历史采集的数字电液调节系统的运行参数作为训练集，训练一个基于卡尔曼滤波器的预测模型；所述预测模型，根据实时的运行参数，预测下一个时间步的运行参数；将下一个时间步的运行参数输入到支持向量预测模型；得到下一个时间步的运行参数的分类结果，基于映射规则库中的分类结果与带宽增强系数的对应关系，得到下一个时间步的运行参数的分类结果对应的带宽增强参数；设置一个增强间隔，当在一个时间步完成了对频率修正信号的带宽使用带宽增强系数进行增强后，在增强间隔内，不再实时采集运行参数，而是使用预测模型预测未来的多个时间步的运行参数，并据此得到未来多个时间步的带宽增强系数，使用这些带宽增强系数，对这些未来的时间步对应的频率修正信号进行带宽增强。

28、进一步的，步骤4中，使用如下公式，基于预处理信号的时频特性，对频率修正信号的带宽使用带宽增强系数进行增强：

29、；

30、其中，为频率修正信号在时间时，频率为处的幅度；为带宽增强系数；为目标频段的上限；为目标频段的下限；对频率修正信号的带宽使用带宽增强系数进行增强后得到的结果；为预处理信号的时频特性，使用如下公式计算得到：

31、；

32、其中，是母小波基函数，是尺度参数，是平移参数；表示母小波的复共轭；是归一化常数，使用如下公式计算得到:

33、；

34、其中，是母小波的傅里叶变换；为角频率。

35、本发明的一次调频数字电液调节系统实时带宽增强方法，具有以下有益效果：首先，本发明通过对数字电液调节系统的输出信号进行实时采集和处理，利用高斯滤波器和零相位滤波器对信号进行平滑处理，有效地减小了滤波器引入的时延效应，提高了信号处理的精度和实时性。在汽轮机运行过程中，系统对输出信号的准确捕获和快速处理是确保系统稳定性和可靠性的关键。通过本发明的方法，能够更精确地获取汽轮机运行状态的实时信息，为后续的控制策略提供可靠的数据支持。其次，本发明提出了基于谐振滤波器的信号增强方法，通过对预处理信号进行特定频段的滤波处理，增强了信号在目标频段内的信号成分，进一步提高了系统对目标频段信号的识别和响应能力。在汽轮机控制中，频率修正信号的准确性和稳定性对于保证汽轮机的正常运行至关重要。通过本发明的方法，能够有效地提高系统对频率修正信号的处理精度，降低了系统对外部干扰和噪声的敏感度，提高了系统的抗干扰能力和稳定性。此外，本发明还采用了基于支持向量机的非线性分类方法，对系统运行参数进行分类，并根据分类结果调整带宽增强参数，实现对频率修正信号带宽的增强。通过机器学习算法对系统运行参数进行智能分类和分析，能够更加准确地识别不同运行状态下的系统行为，为系统的实时控制提供了更加精细和个性化的策略。同时，通过动态调整带宽增强参数，能够实现对频率修正信号的实时调节，使系统能够更好地适应不同的工况和运行环境，提高了系统的适应性和灵活性。另外，本发明还提出了一种基于卡尔曼滤波器的预测模型，对未来多个时间步的运行参数进行预测，并据此进行带宽增强。通过对系统运行参数的预测，能够更加准确地预判系统未来的运行状态和趋势，为系统的实时控制提供了更加可靠的参考依据。同时，采用卡尔曼滤波器模型对系统运行参数进行预测，具有良好的实时性和精度，能够及时发现系统运行状态的变化，并采取相应的控制措施，保证系统的稳定运行。