基于歷史數(shù)據(jù)偏最小二乘建模方法的研究和應(yīng)用

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1、ClassifiedIndex：TK223U．D．C：621．3DissertationfortheDoctoralDegreeinEngineeringResearchandApplicationofPartialLeastSquaresModelingMethodsBasedonHistoricalDataCandidate：Supervisor：AcademicDegreeAppliedfor：Speciality：School：DateofDefence：QuYaxinProfiLiuJizhenDoctorof

2、EngineeringControlTheoryandEngineeringSch001ofContr01andComputerEngineeringJune，2012Degree--Conferring-·Institution：NorthChinaElectricPowerUniversity華北電力大學(xué)博士學(xué)位論文原創(chuàng)性聲明本人鄭重聲明：此處所提交的博士學(xué)位論文《基于歷史數(shù)據(jù)的偏最小二乘建模方法研究與應(yīng)用》，是本人在導(dǎo)師指導(dǎo)下，在華北電力大學(xué)攻讀博士學(xué)位期間獨(dú)立進(jìn)行研究工作所取得的成果。據(jù)本人所知，論文中除已注明部

3、分外不包含他人已發(fā)表或撰寫(xiě)過(guò)的研究成果。對(duì)本文的研究工作做出重要貢獻(xiàn)的個(gè)人和集體，均已在文中以明確方式注明。本聲明的法律結(jié)果將完全由本人承擔(dān)。作者簽名：j苗互垂i日期：?卅)年多月7鄉(xiāng)同華北電力大學(xué)博士學(xué)位論文使用授權(quán)書(shū)《基于歷史數(shù)據(jù)的偏最小二乘建模方法研究與應(yīng)用》系本人在華北電力大學(xué)攻讀博士學(xué)位期間在導(dǎo)師指導(dǎo)下完成的博士學(xué)位論文。本論文的研究成果歸華北電力大學(xué)所有，本論文的研究?jī)?nèi)容不得以其它單位的名義發(fā)表。本人完全了解華北電力大學(xué)關(guān)于保存、使用學(xué)位論文的規(guī)定，同意學(xué)校保留并向有關(guān)部門送交論文的復(fù)印件和電子版本，允許論文

4、被查閱和借閱，學(xué)?？梢詾榇嬖陴^際合作關(guān)系的兄弟高校用戶提供文獻(xiàn)傳遞服務(wù)和交換服務(wù)。本人授權(quán)華北電力大學(xué)，可以采用影印、縮印或其他復(fù)制手段保存論文，可以公布論文的全部或部分內(nèi)容。本學(xué)位論文屬于(請(qǐng)?jiān)谝陨舷鄳?yīng)方框內(nèi)打“√”)：保密口，在年解密后適用本授權(quán)書(shū)／不保密d作者簽名：導(dǎo)師簽名：I掘磊基阻日期：pD年鄉(xiāng)月／知R期：沙p年∥刖鄉(xiāng)同摘要電站信息技術(shù)的大力發(fā)展，為基于數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的運(yùn)行優(yōu)化研究提供了良好的平臺(tái)，其中，基于電站實(shí)時(shí)／歷史數(shù)據(jù)庫(kù)中海量數(shù)據(jù)對(duì)復(fù)雜熱力系統(tǒng)建模的方法已逐漸成為研究的熱點(diǎn)課題之～。然而，運(yùn)行數(shù)據(jù)不同于試驗(yàn)數(shù)

5、據(jù)，有著許多不利于建模的特點(diǎn)，例如，變量間存在多重相關(guān)性、工況組合分布不均勻、過(guò)程存在非線性等，這些問(wèn)題都嚴(yán)重阻礙著歷史數(shù)據(jù)建模方法的發(fā)展和應(yīng)用。針對(duì)這些問(wèn)題，本文研究了基于偏最小二乘理論(PartialLeastSquaresprojectiontolatentstructures，PLS)的熱工過(guò)程建模方法，較好地解決了上述問(wèn)題。論文的主要內(nèi)容和研究成果包括：1．分析了電站歷史數(shù)據(jù)的特點(diǎn)，總結(jié)了基于歷史數(shù)據(jù)建模方法的三個(gè)階段，即數(shù)據(jù)準(zhǔn)備、數(shù)據(jù)建模和模型驗(yàn)證。介紹了歷史數(shù)據(jù)的常用預(yù)處理方法，常用的建模理論以及模型檢驗(yàn)方

6、法，闡述了擬合精度與預(yù)測(cè)精度的區(qū)別。2．回顧了PLS方法的發(fā)展歷史及研究現(xiàn)狀，介紹了PLS以特征提取思想解決變量間多重相關(guān)性的過(guò)程，并給出了利用交叉有效性確定提取成分個(gè)數(shù)以及PLS模型的常用輔助分析方法，最后總結(jié)了PLS的非線性建模方法。3．針對(duì)電站歷史數(shù)據(jù)分布不均勻的特點(diǎn)，提出了建模樣本選擇的三點(diǎn)原則。借鑒于試驗(yàn)建模方法具有優(yōu)質(zhì)建模樣本的思想，提出了以試驗(yàn)設(shè)計(jì)原理選擇建模樣本的方法。在分析比較了幾種常見(jiàn)的試驗(yàn)設(shè)計(jì)方法后，確定了以均勻設(shè)計(jì)作為建模樣本的選取原則，并給出了該方法的詳細(xì)實(shí)現(xiàn)過(guò)程。最后通過(guò)仿真分析驗(yàn)證了建模樣本

7、均勻性對(duì)于提高模型精度的意義。4．以均勻設(shè)計(jì)為原則的建模樣本選擇方法在應(yīng)用到實(shí)際熱工過(guò)程時(shí)，會(huì)因變量間的多重相關(guān)性導(dǎo)致無(wú)法獲得所要求的數(shù)據(jù)，針對(duì)這一問(wèn)題，提出了先對(duì)原始數(shù)據(jù)進(jìn)行PLS特征提取再進(jìn)行均勻選擇的方法，并分析了該方法的有效性。隨后在此方法的基礎(chǔ)上，提出了對(duì)原始數(shù)據(jù)進(jìn)行正交信號(hào)修正(OrthogonalSignalCorrection，osc)的改進(jìn)方法，進(jìn)一步保證了均勻建模樣本數(shù)據(jù)的獲取。5．以熱工過(guò)程中的再熱汽溫系統(tǒng)為例，介紹了基于歷史數(shù)據(jù)的PLS建模方法應(yīng)用過(guò)程。從能量平衡的原理出發(fā)，提出了以再熱期望焓升(

8、即單位流量蒸汽吸熱能力)作為因變量的再熱汽溫建模方法，并對(duì)其影響因素進(jìn)行了全面的定性分析，構(gòu)建了火焰中心高度、入爐煤質(zhì)等現(xiàn)場(chǎng)沒(méi)有引入但卻有著關(guān)鍵作用的中間變量。通過(guò)多組模型對(duì)比的方式驗(yàn)證了：1)以再熱期望焓升作為因變量建模能有效地減輕再熱汽溫模型中的非線性成分，較好地反映汽溫變化的本質(zhì)；2)摘要以均勻設(shè)計(jì)為原則的建模