本發(fā)明涉及汽輪機(jī)自動控制技術(shù)，具體涉及一種基于大數(shù)據(jù)分析的汽輪機(jī)閥門流量特性參數(shù)優(yōu)化方法。

背景技術(shù)：

汽輪機(jī)閥門流量特性參數(shù)是指能夠反映出進(jìn)入汽輪機(jī)的蒸汽流量與汽輪機(jī)高壓調(diào)門開度之間對應(yīng)關(guān)系的一組參數(shù)。當(dāng)汽輪機(jī)數(shù)字式電液控制系統(tǒng)(digitalelectro-hydrauliccontrolsystem,deh)中設(shè)置的閥門流量特性參數(shù)與實際的閥門流量特性相匹配時，汽輪機(jī)將表現(xiàn)出良好的被控性能；否則，就可能出現(xiàn)諸如調(diào)閥晃動、單閥/順序閥切換時負(fù)荷波動大、在機(jī)組變負(fù)荷和一次調(diào)頻時，出現(xiàn)負(fù)荷突變或調(diào)節(jié)緩慢的問題，有時甚至還會造成電力系統(tǒng)振蕩事故，使得機(jī)組控制困難，影響機(jī)組的安全穩(wěn)定性及經(jīng)濟(jì)性能。在實際中，由于設(shè)備改造或運(yùn)行老化等原因，deh中設(shè)置的閥門流量特性參數(shù)常常會偏離其實際的流量特性，以至于上述異常情況時有發(fā)生。因此，在機(jī)組進(jìn)行改造或長期運(yùn)行后，對其進(jìn)行閥門流量特性參數(shù)的優(yōu)化是必要的。

目前，對汽輪機(jī)閥門流量特性參數(shù)的優(yōu)化途經(jīng)主要有兩種：一種是理論計算輔以現(xiàn)代數(shù)學(xué)的方法，其需要獲得精確的汽輪機(jī)閥門結(jié)構(gòu)參數(shù)。對于已投產(chǎn)的機(jī)組來說，該條件通常難以實現(xiàn)，從而使得該方法難以實際應(yīng)用；另一種是通過對汽輪機(jī)閥門流量特性進(jìn)行試驗，并經(jīng)過技術(shù)人員對試驗數(shù)據(jù)的分析和計算，來實現(xiàn)對汽輪機(jī)閥門流量特性參數(shù)的優(yōu)化。該方法對參數(shù)的優(yōu)化范圍受試驗時機(jī)組所能達(dá)到的負(fù)荷變化區(qū)間的限制，且該試驗也可能影響機(jī)組的安全穩(wěn)定運(yùn)行。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明要解決的技術(shù)問題：針對現(xiàn)有技術(shù)的上述問題，提供一種基于大數(shù)據(jù)分析的汽輪機(jī)閥門流量特性參數(shù)優(yōu)化方法。該方法利用大數(shù)據(jù)思想，通過大量的機(jī)組歷史運(yùn)行數(shù)據(jù)，利用數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)，獲取機(jī)組在其歷史工況范圍內(nèi)的運(yùn)行信息，進(jìn)而實現(xiàn)對汽輪機(jī)閥門流量特性參數(shù)的優(yōu)化。該方法能夠?qū)崿F(xiàn)對機(jī)組最大歷史運(yùn)行區(qū)間的閥門流量特性參數(shù)的優(yōu)化；不需要對汽輪機(jī)進(jìn)行閥門流量特性試驗，大大減輕了工作量，同時避免了該項試驗對機(jī)組的安全穩(wěn)定運(yùn)行帶來的不利影響。

為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用的技術(shù)方案為：

一種基于大數(shù)據(jù)分析的汽輪機(jī)閥門流量特性參數(shù)優(yōu)化方法，實施步驟包括：

1)通過火力發(fā)電廠分散控制系統(tǒng)dcs獲取機(jī)組歷史運(yùn)行數(shù)據(jù)；

2)通過對機(jī)組歷史運(yùn)行數(shù)據(jù)進(jìn)行初步篩選，獲取機(jī)組處于穩(wěn)定工況下的運(yùn)行數(shù)據(jù)；

3)通過對獲得的穩(wěn)定工況下的數(shù)據(jù)進(jìn)行信息挖掘，獲取機(jī)組在各運(yùn)行工況下的特征數(shù)據(jù)；

4)對特征數(shù)據(jù)采用改進(jìn)型弗留格爾公式計算汽輪機(jī)的實際進(jìn)汽流量；

5)將計算獲得的實際進(jìn)汽流量代替deh系統(tǒng)組態(tài)中原閥門流量特性參數(shù)中的綜合閥位指令，實現(xiàn)對汽輪機(jī)閥門流量特性參數(shù)的優(yōu)化。

優(yōu)選地，步驟1)中獲取機(jī)組歷史運(yùn)行數(shù)據(jù)時，數(shù)據(jù)的采樣時間宜為1s～5s，時間跨度選取一周以上，獲得的機(jī)組歷史運(yùn)行數(shù)據(jù)的采樣數(shù)據(jù)包括綜合閥位指令、機(jī)組負(fù)荷、主蒸汽壓力、調(diào)節(jié)級壓力、主蒸汽溫度、高壓調(diào)閥的指令及反饋。

優(yōu)選地，步驟2)中進(jìn)行初步篩選的邏輯語句如式(1)所示；

式(1)中，xi表示機(jī)組歷史運(yùn)行數(shù)據(jù)的第i種采樣數(shù)據(jù)，i＝1,2,…,n，n為機(jī)組歷史運(yùn)行數(shù)據(jù)的采樣數(shù)據(jù)種數(shù)，x(k)＝(x1(k),x2(k),...,xn(k))為一向量，其中k代表按照時間的前后順序獲得的第k種采樣數(shù)據(jù)；代表獲得的機(jī)組歷史運(yùn)行數(shù)據(jù)中第i種采樣數(shù)據(jù)xi的最大值和最小值，x′i代表經(jīng)過初篩后獲得的機(jī)組處于穩(wěn)定工況下的歷史數(shù)據(jù)，x′(k)＝(x′1(k),x′2(k),...,x′n(k))為一向量，a為正整數(shù)參數(shù)，δ為預(yù)設(shè)的百分?jǐn)?shù)閾值。

優(yōu)選地，步驟3)的詳細(xì)步驟包括：

3.1)輸入獲得的穩(wěn)定工況下的數(shù)據(jù)集ω＝{x′(k),k＝1,2,...,m}，其中m為該數(shù)據(jù)集ω中包含的樣本總數(shù)；

3.2)將數(shù)據(jù)集ω按照綜合閥位指令從小到大的順序依次排列，然后將數(shù)據(jù)集ω劃分為指定數(shù)量l個數(shù)據(jù)子集ωl，其中l(wèi)＝1,2,…,l；

3.3)采用密度函數(shù)法獲得數(shù)據(jù)子集ωl的特征數(shù)據(jù)其中，n為機(jī)組歷史運(yùn)行數(shù)據(jù)的采樣數(shù)據(jù)種數(shù)。

優(yōu)選地，步驟3.2)中將數(shù)據(jù)集ω劃分為指定數(shù)量個數(shù)據(jù)子集ωl的函數(shù)表達(dá)式如式(2)所示；

式(2)中，x′1(l)為數(shù)據(jù)子集ωl中機(jī)組綜合閥位指令的第l個界限值，分別為經(jīng)過初篩后機(jī)組處于穩(wěn)定工況下的綜合閥位指令x′1的最大值和最小值，l為數(shù)據(jù)子集數(shù)量。

優(yōu)選地，步驟3.3)的詳細(xì)步驟包括：

3.3.1)獲取數(shù)據(jù)子集ωl中的樣本點x′l(k)處的密度函數(shù)dk；

3.3.2)令d1＝dj＝max{dk,i＝1,2,...,ml}，取與d1對應(yīng)的x′(j)＝(x"1(j),x"2(j),...,x"n(j))作為數(shù)據(jù)子集ωl的特征數(shù)據(jù)，獲得數(shù)據(jù)子集ωl的特征數(shù)據(jù)其中，n為機(jī)組歷史運(yùn)行數(shù)據(jù)的采樣數(shù)據(jù)種數(shù)。

優(yōu)選地，步驟3.3.1)獲取數(shù)據(jù)子集ωl中的樣本點x′l(k)處的密度函數(shù)的函數(shù)表達(dá)式如式(3)所示；

式(3)中，dk為數(shù)據(jù)子集ωl中的樣本點x′l(k)處的密度函數(shù)，用于表示數(shù)據(jù)子集ωl中樣本點的密集程度，樣本點周圍的樣本點越密集，則dk的值越大；ml為數(shù)據(jù)子集ωl中包含的樣本個數(shù)，x′l(k)、x′l(j)分別為第k、j個樣本點，rd為鄰域密度的有效半徑。

優(yōu)選地，所述鄰域密度的有效半徑rd的函數(shù)表達(dá)式如式(4)所示；

式(4)中，rd為鄰域密度的有效半徑，ml為數(shù)據(jù)子集ωl中包含的樣本個數(shù)，x′l(k)、x′l(j)分別為第k、j個樣本點。

優(yōu)選地，步驟4)中的改進(jìn)型弗留格爾公式的函數(shù)表達(dá)式如式(5)所示；

式(5)中，gl表示由計算獲取的汽輪機(jī)實際進(jìn)汽流量的百分?jǐn)?shù)，為特征數(shù)據(jù)中的汽輪機(jī)調(diào)節(jié)級壓力，為特征數(shù)據(jù)中的汽輪機(jī)主蒸汽壓力，分別為汽輪機(jī)的額定主蒸汽壓力和額定調(diào)節(jié)級壓力，根據(jù)機(jī)組滿負(fù)荷且調(diào)閥全開時的歷史運(yùn)行數(shù)據(jù)獲取。

本發(fā)明基于大數(shù)據(jù)分析的汽輪機(jī)閥門流量特性參數(shù)優(yōu)化方法具有下述優(yōu)點：本發(fā)明不需要對汽輪機(jī)進(jìn)行閥門流量特性試驗，大大減輕了工作量，同時避免了試驗時對機(jī)組的安全穩(wěn)定運(yùn)行帶來的不利影響；通過大量的機(jī)組歷史運(yùn)行數(shù)據(jù)通過數(shù)據(jù)挖掘獲取機(jī)組運(yùn)行信息，并據(jù)此實現(xiàn)對機(jī)組最大歷史運(yùn)行區(qū)間的閥門流量特性參數(shù)的優(yōu)化，消除了試驗方法對參數(shù)的優(yōu)化范圍受試驗時機(jī)組負(fù)荷運(yùn)行范圍限制的弊端。

附圖說明

圖1為本發(fā)明實施例一方法的基本流程示意圖。

圖2為本發(fā)明實施例一中數(shù)據(jù)子集ωl劃分示意圖。

圖3為本發(fā)明實施例一中計算實際進(jìn)汽流量與綜合閥位指令之間的關(guān)系曲線。

圖4為本發(fā)明實施例一中優(yōu)化后的閥門流量特性參數(shù)曲線與原參數(shù)曲線的對比。

具體實施方式

實施例一：

本實施例中的汽輪機(jī)2個調(diào)門，下文對本實施例基于大數(shù)據(jù)分析的汽輪機(jī)閥門流量特性參數(shù)優(yōu)化方法進(jìn)行進(jìn)一步的詳細(xì)說明。如圖1所示，本實施例基于大數(shù)據(jù)分析的汽輪機(jī)閥門流量特性參數(shù)優(yōu)化方法的實施步驟包括：

1)通過火力發(fā)電廠分散控制系統(tǒng)dcs(distributedcontrolsystem，簡稱dcs)獲取機(jī)組歷史運(yùn)行數(shù)據(jù)；

2)通過對機(jī)組歷史運(yùn)行數(shù)據(jù)進(jìn)行初步篩選，獲取機(jī)組處于穩(wěn)定工況下的運(yùn)行數(shù)據(jù)；

3)通過對獲得的穩(wěn)定工況下的數(shù)據(jù)進(jìn)行信息挖掘，獲取機(jī)組在各運(yùn)行工況下的特征數(shù)據(jù)；

4)對特征數(shù)據(jù)采用改進(jìn)型弗留格爾公式計算汽輪機(jī)的實際進(jìn)汽流量；

5)將計算獲得的實際進(jìn)汽流量代替deh系統(tǒng)組態(tài)中原閥門流量特性參數(shù)中的綜合閥位指令，實現(xiàn)對汽輪機(jī)閥門流量特性參數(shù)的優(yōu)化。

本實施例中，步驟1)中獲取機(jī)組歷史運(yùn)行數(shù)據(jù)時，數(shù)據(jù)的采樣時間宜為1s～5s，時間跨度選取一周以上，獲得的機(jī)組歷史運(yùn)行數(shù)據(jù)的采樣數(shù)據(jù)包括綜合閥位指令、機(jī)組負(fù)荷、主蒸汽壓力、調(diào)節(jié)級壓力、主蒸汽溫度、高壓調(diào)閥的指令及反饋(高壓調(diào)閥cv1和cv2的指令)。

本實施例中，步驟2)中進(jìn)行初步篩選的邏輯語句如式(1)所示；

式(1)中，xi表示機(jī)組歷史運(yùn)行數(shù)據(jù)的第i種采樣數(shù)據(jù)，i＝1,2,…,n，n為機(jī)組歷史運(yùn)行數(shù)據(jù)的采樣數(shù)據(jù)種數(shù)，x(k)＝(x1(k),x2(k),...,xn(k))為一向量，其中k代表按照時間的前后順序獲得的第k種采樣數(shù)據(jù)；代表獲得的機(jī)組歷史運(yùn)行數(shù)據(jù)中第i種采樣數(shù)據(jù)xi的最大值和最小值，x′i代表經(jīng)過初篩后獲得的機(jī)組處于穩(wěn)定工況下的歷史數(shù)據(jù)，x′(k)＝(x′1(k),x′2(k),...,x′n(k))為一向量，a為正整數(shù)參數(shù)，δ為預(yù)設(shè)的百分?jǐn)?shù)閾值。本實施例中，獲得的機(jī)組歷史運(yùn)行數(shù)據(jù)的采樣數(shù)據(jù)包括綜合閥位指令、機(jī)組負(fù)荷、主蒸汽壓力、調(diào)節(jié)級壓力、主蒸汽溫度、高壓調(diào)閥的指令及反饋共7種采樣數(shù)據(jù)，因此xi(i＝1,2,…,7),分別代表綜合閥位指令、機(jī)組負(fù)荷、主蒸汽壓力、調(diào)節(jié)級壓力、主蒸汽溫度、cv1和cv2的指令等歷史數(shù)據(jù)，此外本實施例中取a＝3，δ＝0.25％。

本實施例中，步驟3)的詳細(xì)步驟包括：

3.1)輸入獲得的穩(wěn)定工況下的數(shù)據(jù)集ω＝{x′(k),k＝1,2,...,m}，其中m為該數(shù)據(jù)集ω中包含的樣本總數(shù)；

3.2)將數(shù)據(jù)集ω按照綜合閥位指令從小到大的順序依次排列，然后將數(shù)據(jù)集ω劃分為指定數(shù)量l個數(shù)據(jù)子集ωl，其中l(wèi)＝1,2,…,l；本實施例中，l取值200，將數(shù)據(jù)集ω劃分為200個數(shù)據(jù)子集ωl(l＝1,2,…,200)；

3.3)采用密度函數(shù)法獲得數(shù)據(jù)子集ωl的特征數(shù)據(jù)其中，n為機(jī)組歷史運(yùn)行數(shù)據(jù)的采樣數(shù)據(jù)種數(shù)。

本實施例中，步驟3.2)中將數(shù)據(jù)集ω劃分為指定數(shù)量個數(shù)據(jù)子集ωl的函數(shù)表達(dá)式如式(2)所示；

式(2)中，x′1(l)為數(shù)據(jù)子集ωl中機(jī)組綜合閥位指令的第l個界限值，分別為經(jīng)過初篩后機(jī)組處于穩(wěn)定工況下的綜合閥位指令x′1的最大值和最小值，l為數(shù)據(jù)子集數(shù)量。數(shù)據(jù)子集ωl中機(jī)組綜合閥位指令的界限值x′1(l)的示意圖如附圖2所示。

本實施例中，步驟3.3)的詳細(xì)步驟包括：

3.3.1)獲取數(shù)據(jù)子集ωl中的樣本點x′l(k)處的密度函數(shù)dk；

3.3.2)令d1＝dj＝max{dk,i＝1,2,...,ml}，取與d1對應(yīng)的x′(j)＝(x"1(j),x"2(j),...,x"n(j))作為數(shù)據(jù)子集ωl的特征數(shù)據(jù)，獲得數(shù)據(jù)子集ωl的特征數(shù)據(jù)其中，n為機(jī)組歷史運(yùn)行數(shù)據(jù)的采樣數(shù)據(jù)種數(shù)。

本實施例中，步驟3.3.1)獲取數(shù)據(jù)子集ωl中的樣本點x′l(k)處的密度函數(shù)的函數(shù)表達(dá)式如式(3)所示；

式(3)中，dk為數(shù)據(jù)子集ωl中的樣本點x′l(k)處的密度函數(shù)，用于表示數(shù)據(jù)子集ωl中樣本點的密集程度，樣本點周圍的樣本點越密集，則dk的值越大；ml為數(shù)據(jù)子集ωl中包含的樣本個數(shù)，x′l(k)、x′l(j)分別為第k、j個樣本點，rd為鄰域密度的有效半徑。

鄰域密度的有效半徑rd的選擇應(yīng)與數(shù)據(jù)分布的幾何特性有關(guān)；本實施例中，鄰域密度的有效半徑rd取值為ml個樣本的均方根距離的1/2，即所述鄰域密度的有效半徑rd的函數(shù)表達(dá)式如式(4)所示；

式(4)中，rd為鄰域密度的有效半徑，ml為數(shù)據(jù)子集ωl中包含的樣本個數(shù)，x′l(k)、x′l(j)分別為第k、j個樣本點。

本實施例中，步驟4)中的改進(jìn)型弗留格爾公式的函數(shù)表達(dá)式如式(5)所示；

式(5)中，gl表示由計算獲取的汽輪機(jī)實際進(jìn)汽流量的百分?jǐn)?shù)，為特征數(shù)據(jù)中的汽輪機(jī)調(diào)節(jié)級壓力，為特征數(shù)據(jù)中的汽輪機(jī)主蒸汽壓力，分別為汽輪機(jī)的額定主蒸汽壓力和額定調(diào)節(jié)級壓力，根據(jù)機(jī)組滿負(fù)荷且調(diào)閥全開時的歷史運(yùn)行數(shù)據(jù)獲取。本實施例中，經(jīng)計算獲得的汽輪機(jī)實際進(jìn)汽流量與綜合閥位指令如圖3所示。

在得到由計算獲取的汽輪機(jī)實際進(jìn)汽流量的百分?jǐn)?shù)gl的基礎(chǔ)上，根據(jù)gl及特征數(shù)據(jù)中的各調(diào)閥的開度，可獲得兩者之間的對應(yīng)關(guān)系f(x)。令gl代替deh系統(tǒng)組態(tài)中原閥門流量特性參數(shù)中的綜合閥位指令，即完成了對汽輪機(jī)閥門流量特性參數(shù)的優(yōu)化，本實施例中，優(yōu)化后的閥門流量特性參數(shù)曲線和原閥門流量特性參數(shù)曲線如圖4所示。

實施例二：

本實施例與實施例一基本相同，其主要不同點為：本實施例中的汽輪機(jī)共有4個調(diào)門，步驟與實施例一相同，在此不再贅述。

以上所述僅是本發(fā)明的優(yōu)選實施方式，本發(fā)明的保護(hù)范圍并不僅局限于上述實施例，凡屬于本發(fā)明思路下的技術(shù)方案均屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。應(yīng)當(dāng)指出，對于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明原理前提下的若干改進(jìn)和潤飾，這些改進(jìn)和潤飾也應(yīng)視為本發(fā)明的保護(hù)范圍。