本發(fā)明屬于熱力電站機(jī)組熱力經(jīng)濟(jì)性能分析技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及基于多變量的電站機(jī)組穩(wěn)態(tài)工況判斷方法。

背景技術(shù)：

隨著數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)、先進(jìn)測(cè)量技術(shù)和dcs技術(shù)的日漸成熟，各個(gè)電站產(chǎn)生和積累了大量的歷史運(yùn)行數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)真實(shí)的記錄和反映了機(jī)組的操作信息、運(yùn)行狀態(tài)和機(jī)組特性，從中挖掘和提取有趣的規(guī)則對(duì)電站機(jī)組的經(jīng)濟(jì)高效運(yùn)行有著重要的指導(dǎo)意義。但電力生產(chǎn)自身的特殊性決定只有機(jī)組處于穩(wěn)定運(yùn)行時(shí)的數(shù)據(jù)才具有參考的價(jià)值，然而歷史庫(kù)中的數(shù)據(jù)并非都是在機(jī)組穩(wěn)定工況下采集得到的，所以穩(wěn)態(tài)工況的判斷對(duì)于提取機(jī)組有效工況歷史數(shù)據(jù)和指導(dǎo)機(jī)組運(yùn)行等有著重要的意義。目前常用的電站機(jī)組穩(wěn)態(tài)監(jiān)測(cè)方法主要是兩段組合檢測(cè)(cst)、基于證據(jù)理論的穩(wěn)態(tài)檢測(cè)(mte)、多項(xiàng)式濾波穩(wěn)態(tài)檢測(cè)等，工程上主要以機(jī)組負(fù)荷參數(shù)的變化趨勢(shì)作為穩(wěn)定工況判斷的依據(jù)，即當(dāng)負(fù)荷變化值小于一定閾值時(shí)即視為穩(wěn)定工況。然而電力生產(chǎn)過程中涉及到多種變量和參數(shù)，呈現(xiàn)高維度、強(qiáng)耦合、多邊界條件等的特點(diǎn)。傳統(tǒng)方法僅針對(duì)機(jī)組負(fù)荷參數(shù)作為分析對(duì)象判定得到的“穩(wěn)定工況”中其他參數(shù)并不全是穩(wěn)定的，結(jié)論缺乏說服力。由于電力生產(chǎn)自身的特殊性決定只有機(jī)組穩(wěn)定運(yùn)行時(shí)的運(yùn)行參數(shù)才具有參考的價(jià)值，現(xiàn)有技術(shù)往往僅以機(jī)組負(fù)荷變化率作為穩(wěn)態(tài)工況判斷的標(biāo)準(zhǔn)，導(dǎo)致選取的數(shù)據(jù)并不是真正意義上的穩(wěn)態(tài)工況下的數(shù)據(jù)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明提出一種基于多變量的電站機(jī)組穩(wěn)態(tài)工況判斷方法，以電力生產(chǎn)過程中多個(gè)重要變量、參數(shù)為分析對(duì)象，綜合評(píng)判各個(gè)參數(shù)對(duì)于最終系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)的“貢獻(xiàn)值”，定義綜合穩(wěn)態(tài)指數(shù)判斷，準(zhǔn)確判斷機(jī)組是否處于穩(wěn)態(tài)中，從而為提取機(jī)組穩(wěn)定工況、指導(dǎo)電站機(jī)組的優(yōu)化運(yùn)行和電力行業(yè)的節(jié)能提效等工作提供參考依據(jù)和有利前提條件。

本發(fā)明的目的在于，針對(duì)電站dcs中積累的海量運(yùn)行數(shù)據(jù)，分析和判斷其中機(jī)組穩(wěn)態(tài)工況下的數(shù)據(jù)，對(duì)于電站機(jī)組的優(yōu)化運(yùn)行、電力行業(yè)的節(jié)能提效等工作有著重要意義。由于電力生產(chǎn)的特點(diǎn)決定電站運(yùn)行各個(gè)參數(shù)存在著高耦合、高維度、高復(fù)雜性等特點(diǎn)，工程上的機(jī)組穩(wěn)態(tài)工況判斷方法僅以機(jī)組負(fù)荷的變化率為參考，不能實(shí)現(xiàn)對(duì)機(jī)組穩(wěn)態(tài)工況的準(zhǔn)確判斷，本發(fā)明從數(shù)據(jù)挖掘的角度出發(fā)，選取多個(gè)重要運(yùn)行參數(shù)，定義系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)指數(shù)，通過對(duì)系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)指數(shù)值的計(jì)算來判斷機(jī)組所處工況的狀態(tài)，相比傳統(tǒng)方法更為準(zhǔn)確和全面。

本發(fā)明首先依照熱工理論選取機(jī)組運(yùn)行過程中的重要運(yùn)行參數(shù)，在此基礎(chǔ)上利用不同參數(shù)之間的相關(guān)度進(jìn)行數(shù)據(jù)維歸約，從而選取影響機(jī)組運(yùn)行的代表性參數(shù)，并以歸約的參數(shù)為對(duì)象計(jì)算各個(gè)參數(shù)的穩(wěn)態(tài)指數(shù)和系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)指數(shù)，提高了計(jì)算的準(zhǔn)確度和計(jì)算效率。本發(fā)明的技術(shù)方案是：

一種基于多變量的電站機(jī)組穩(wěn)態(tài)工況判斷方法，包括以下主要步驟：

(1)根據(jù)熱工理論選擇電站機(jī)組運(yùn)行過程中與機(jī)組運(yùn)行工況有關(guān)的重要參數(shù)，如機(jī)組負(fù)荷、主汽流量、主汽壓力等；

(2)以步驟(1)選擇的參數(shù)為分析對(duì)象，對(duì)各個(gè)參數(shù)進(jìn)行數(shù)據(jù)規(guī)范化處理，以防止值域范圍較大的參數(shù)影響挖掘結(jié)果；

(3)對(duì)規(guī)范化后的參數(shù)進(jìn)行基于相關(guān)度分析的數(shù)據(jù)維歸約，實(shí)現(xiàn)壓縮數(shù)據(jù)維度的目的，從而在保證運(yùn)算準(zhǔn)確度的前提下提高計(jì)算的效率；

(4)以維歸約后的參數(shù)為對(duì)象，利用多項(xiàng)式濾波算法計(jì)算各參數(shù)的變化趨勢(shì)；

(5)計(jì)算單變量穩(wěn)態(tài)指數(shù)，定義單變量的穩(wěn)態(tài)指數(shù)β，且β∈[0，1]，當(dāng)β＝0時(shí)，表明檢測(cè)過程穩(wěn)定；當(dāng)β＝1時(shí)，表明檢測(cè)過程不穩(wěn)定，β越接近0，表明狀態(tài)越接近穩(wěn)定。每個(gè)參數(shù)的單變量穩(wěn)態(tài)指數(shù)取上一步驟中的參數(shù)變化率；

(6)計(jì)算系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)指數(shù)b∈[0，1]，即當(dāng)b越接近0，表明熱工系統(tǒng)越接近于穩(wěn)定工況。系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)指數(shù)為各個(gè)單變量穩(wěn)態(tài)指數(shù)的加權(quán)之和。

本發(fā)明的有益效果：

(1)由于火電廠機(jī)組各個(gè)參數(shù)之間存在高度耦合，某一個(gè)變量處于穩(wěn)定狀態(tài)并不能表明整個(gè)系統(tǒng)處于穩(wěn)定狀態(tài)。傳統(tǒng)機(jī)組穩(wěn)定工況判斷僅以負(fù)荷變化率為準(zhǔn)，本發(fā)明提出的基于多變量綜合穩(wěn)態(tài)判定方法，提高了對(duì)機(jī)組穩(wěn)態(tài)工況的識(shí)別的準(zhǔn)確度；

(2)本發(fā)明提出的基于多變量綜合穩(wěn)態(tài)判定方法，能實(shí)現(xiàn)對(duì)機(jī)組是否處于穩(wěn)態(tài)工況進(jìn)行準(zhǔn)確判斷，從而為提取機(jī)組穩(wěn)定工況的數(shù)據(jù)和指導(dǎo)電站機(jī)組的節(jié)能優(yōu)化運(yùn)行提供了有利的前提條件。

附圖說明

圖1為本發(fā)明基于多變量的電站機(jī)組穩(wěn)態(tài)工況判斷方法的流程圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖，對(duì)本發(fā)明進(jìn)一步詳細(xì)說明。

電力生產(chǎn)的熱工過程十分復(fù)雜，包含機(jī)、爐、電三大部分，運(yùn)行過程中涉及眾多參數(shù)，經(jīng)濟(jì)型評(píng)價(jià)指標(biāo)多樣(煤耗、熱耗等)，其數(shù)據(jù)存在高維度、高耦合、數(shù)量龐大等特點(diǎn)。

以某300mw機(jī)組的汽輪機(jī)作為分析對(duì)象，由于機(jī)組熱耗率的高低直接反映機(jī)組運(yùn)行狀態(tài)的好壞，是考察機(jī)組運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性的重要指標(biāo)，因此，選擇與機(jī)組熱耗相關(guān)參數(shù)作為穩(wěn)態(tài)判別的依據(jù)。熱耗的計(jì)算方法如下：

式中，d0、dzr、dfw、dgj、dzj為主蒸汽、再熱蒸汽、給水、過熱減溫水和再熱減溫水流量，h0、hfw、hgi、hzj為主蒸汽、給水、過熱減溫水和再熱減溫水焓值，δhzr為再熱蒸汽焓升，pel為機(jī)組負(fù)荷。

由式中可見和汽機(jī)熱耗相關(guān)的參數(shù)涉及主汽流量、主汽溫度、主汽壓力、主汽焓值等十多個(gè)運(yùn)行參數(shù)，呈現(xiàn)種類多、維度高的特點(diǎn)，且各個(gè)參數(shù)取值范圍有較大差異，為了避免具有較大值域的參數(shù)對(duì)維歸約造成影響，首先應(yīng)對(duì)n條歷史數(shù)據(jù)中m個(gè)參數(shù)進(jìn)行規(guī)范化處理，z分?jǐn)?shù)規(guī)范化如下：

其中，vij為第n條歷史數(shù)據(jù)中參數(shù)j的取值，為參數(shù)j在總采樣時(shí)間內(nèi)的平均值，σj為參數(shù)j在總采樣時(shí)間內(nèi)的標(biāo)準(zhǔn)差，n為采樣歷史數(shù)據(jù)的條數(shù)，m為選取的重要參數(shù)的數(shù)量。

之后將各參數(shù)壓縮至區(qū)間[0，1]內(nèi)：

基于參數(shù)的相關(guān)度進(jìn)行維度歸約。計(jì)算m個(gè)參數(shù)兩兩之間的相關(guān)度，參數(shù)之間相關(guān)度計(jì)算方式如下：

式中，σva、σvb為參數(shù)a、b的均值和標(biāo)準(zhǔn)差。

通過整理可得兩兩參數(shù)之間的相關(guān)度矩陣如下，且rij＝rji：

設(shè)定相應(yīng)的閾值λ，將相關(guān)度高于該閾值的幾類參數(shù)歸為一類，再選取其中某一參數(shù)作為該類的代表參數(shù)，而達(dá)到壓縮數(shù)據(jù)維度的目的。

利用多項(xiàng)式濾波對(duì)歸約后的各個(gè)參數(shù)進(jìn)行計(jì)算，達(dá)到去除所測(cè)信號(hào)噪聲的高頻部分、提高檢測(cè)的準(zhǔn)確度和獲取參數(shù)變化趨勢(shì)目的，算法如下：

x(t)＝p0+p1t+p2t²+…+pkt^k

式中x(t)為時(shí)間的函數(shù)；k為模型階數(shù)；[p0，p1...pk]為需要求解的參數(shù)，p0為信號(hào)的平均值，p1為信號(hào)隨時(shí)間變化的斜率。

設(shè)采樣時(shí)間為n，把維歸約后的參數(shù)采樣值[x1，x2...xn]帶入上式，得到：

利用最小二乘法求解p0，p1…pk，考慮到模型的簡(jiǎn)單和魯棒性，可以取k＝2，從而在進(jìn)行濾波的同時(shí)可以得到參數(shù)的基本變化趨勢(shì)。

計(jì)算各個(gè)參數(shù)的穩(wěn)態(tài)指數(shù)。定義參數(shù)穩(wěn)態(tài)指數(shù)β(β∈[0，1])，當(dāng)β＝0時(shí)，表明檢測(cè)過程穩(wěn)定；當(dāng)β＝1時(shí)，表明不穩(wěn)定，β越接近0，表明狀態(tài)越接近穩(wěn)定。根據(jù)多項(xiàng)式濾波得到各個(gè)變量窗口內(nèi)各參數(shù)隨時(shí)間變化的斜率[p11，p12…p1m]，并按下式進(jìn)行規(guī)范化處理，從而得到每個(gè)參數(shù)的穩(wěn)態(tài)指數(shù)β：

其中，p1i為參數(shù)i在觀測(cè)窗口內(nèi)的變化率，minp1i、maxp1i為參數(shù)i在采樣時(shí)間內(nèi)變化率的最小值和最大值。

計(jì)算系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)指數(shù)。電力生產(chǎn)的熱工系統(tǒng)的穩(wěn)定是由各個(gè)參數(shù)共同決定的，為了體現(xiàn)各個(gè)參數(shù)的變化對(duì)于系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)影響程度，可令ωi＝p1i，定義系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)指數(shù)b如下：

式中，βi為第i個(gè)參數(shù)的穩(wěn)態(tài)指數(shù)；ωi為該參數(shù)對(duì)系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)的影響程度，為各個(gè)參數(shù)對(duì)系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)的影響的權(quán)值。

由上式可以看出，系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)指數(shù)b∈[0，1]，即當(dāng)b越接近0，表明熱工系統(tǒng)越接近于穩(wěn)定工況。