本發(fā)明涉及一種火電設(shè)備性能監(jiān)測(cè)的技術(shù)，基于大數(shù)據(jù)分析挖掘的火電設(shè)備性能監(jiān)測(cè)方法，屬于電廠性能監(jiān)測(cè)及故障診斷領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

在較長一段時(shí)間內(nèi)，火力發(fā)電仍在我國電力生產(chǎn)中占主導(dǎo)地位。電廠是由多個(gè)相互關(guān)聯(lián)的子系統(tǒng)構(gòu)成的復(fù)雜串并聯(lián)系統(tǒng)，其安全可靠運(yùn)行尤為重要。性能監(jiān)測(cè)技術(shù)被廣泛應(yīng)用于電廠來保障其安全運(yùn)行。在火電機(jī)組性能監(jiān)測(cè)上，目前主流的監(jiān)測(cè)方法主要是基于物理機(jī)理建模的平臺(tái)，例如efficencymap、ebsilon、optimax、turabs等平臺(tái)，這些平臺(tái)對(duì)電廠中爆炸式增長的海量生產(chǎn)運(yùn)行數(shù)據(jù)并沒有進(jìn)行充分的利用，挖掘這些數(shù)據(jù)蘊(yùn)藏的價(jià)值財(cái)富，將給火電廠的設(shè)備監(jiān)測(cè)、運(yùn)行優(yōu)化等提供巨大的幫助。

近年來，大數(shù)據(jù)技術(shù)在互聯(lián)網(wǎng)、網(wǎng)絡(luò)通信、金融以及生物醫(yī)療上有了迅猛的發(fā)展和充分的應(yīng)用。2013年隨著《中國電力大數(shù)據(jù)發(fā)展白皮書》的發(fā)布，預(yù)示著大數(shù)據(jù)技術(shù)在我國電力行業(yè)中的應(yīng)用開端，傳統(tǒng)電力行業(yè)伴隨著大數(shù)據(jù)和云計(jì)算的浪潮開始逐步向能源互聯(lián)網(wǎng)轉(zhuǎn)型。而目前國內(nèi)外在能源電力領(lǐng)域的大數(shù)據(jù)分析研究主要應(yīng)用于電力需求側(cè)以及可再生能源發(fā)電，例如需求側(cè)響應(yīng)、用戶管理、動(dòng)態(tài)定價(jià)、風(fēng)力發(fā)電太陽能發(fā)電功率預(yù)測(cè)等，在火電設(shè)備的性能監(jiān)測(cè)上還未有充分的應(yīng)用。

隨著火電廠海量數(shù)據(jù)的增長以及日益增長的節(jié)能減排要求，火電廠亟需一種基于大數(shù)據(jù)分析的性能監(jiān)測(cè)方法結(jié)合運(yùn)行數(shù)據(jù)對(duì)火電設(shè)備的性能進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，從而更好地進(jìn)行故障診斷和運(yùn)行優(yōu)化，提高運(yùn)行效率。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是提供一種基于大數(shù)據(jù)分析的火電設(shè)備性能監(jiān)測(cè)方法，將其應(yīng)用在大型火電廠在線監(jiān)測(cè)平臺(tái)中，充分利用火電設(shè)備的海量運(yùn)行數(shù)據(jù)，并且能夠通過計(jì)算機(jī)進(jìn)行實(shí)時(shí)計(jì)算，速度快且準(zhǔn)確度高地實(shí)現(xiàn)對(duì)火電設(shè)備實(shí)時(shí)性能的監(jiān)測(cè)。

本發(fā)明的技術(shù)方案是：

一種基于大數(shù)據(jù)分析挖掘的火電設(shè)備性能監(jiān)測(cè)方法，其特征是該方法包括以下步驟：

1)從火力發(fā)電機(jī)組實(shí)時(shí)信息監(jiān)控與管理系統(tǒng)中獲取一段時(shí)間的歷史健康運(yùn)行數(shù)據(jù)，計(jì)算測(cè)量變量間的兩兩相關(guān)系數(shù)，得到相關(guān)系數(shù)矩陣，根據(jù)相關(guān)系數(shù)矩陣選取與目標(biāo)設(shè)備溫度、壓力和流量相關(guān)系數(shù)高的變量作為設(shè)備相關(guān)變量x1,x2,…,xm；

其中，m為設(shè)備相關(guān)變量個(gè)數(shù)，

2)對(duì)設(shè)備相關(guān)變量進(jìn)行主成分分析，得到一組主成分變量p1,p2,…,pi,…,pn，其中n為主成分變量個(gè)數(shù)，每一個(gè)主成分變量表達(dá)式為：

其中，kij為各個(gè)設(shè)備相關(guān)變量前系數(shù)，j為1至m的整數(shù)，

通過主成分分析，得到各個(gè)主成分變量方差對(duì)設(shè)備相關(guān)變量整體方差的貢獻(xiàn)率大小，將其逐次遞減排列，選取其中貢獻(xiàn)最大的三個(gè)主成分變量，分別命名為pc1、pc2和pc3，

var(pc1)≥var(pc2)≥...≥var(pcn)

其中var表示對(duì)設(shè)備相關(guān)變量整體方差貢獻(xiàn)的大?。?/p>

3)對(duì)三個(gè)主成分變量pc1、pc2和pc3進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化處理，使pc1、pc2和pc3均服從標(biāo)準(zhǔn)正態(tài)分布；對(duì)標(biāo)準(zhǔn)化后的pc1、pc2和pc3進(jìn)行基于密度的聚類分析；

利用基于密度的聚類分析方法，結(jié)合大數(shù)據(jù)分析平臺(tái)，將設(shè)備的三個(gè)主成分變量pc1、pc2和pc3聚類到不同的三維聚類簇中，所形成的不同聚類簇就代表著設(shè)備正常運(yùn)行工況的聚類簇；

通過對(duì)設(shè)備相關(guān)變量的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)進(jìn)行上述的主成分分析，得到三個(gè)貢獻(xiàn)最大的主成分變量pc1、pc2和pc3的實(shí)時(shí)值，判斷其是否屬于設(shè)備正常運(yùn)行工況的聚類簇，然后進(jìn)行實(shí)時(shí)設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)的監(jiān)測(cè)，若屬于，則設(shè)備在正常工況運(yùn)行，若不屬于，則設(shè)備發(fā)生故障。

本發(fā)明所述的方法的技術(shù)特征還在于：

上述的火電設(shè)備包括各級(jí)回?zé)峒訜崞鳌⒏骷?jí)抽汽管道、各級(jí)汽輪機(jī)級(jí)組、給水泵和凝汽器。

當(dāng)火電設(shè)備為各級(jí)回?zé)峒訜崞鲿r(shí)，設(shè)備相關(guān)變量為：抽汽溫度、加熱器進(jìn)汽壓力、上級(jí)疏水溫度、給水入口溫度、負(fù)荷、給水壓力、主給水流量、疏水溫度和給水出口溫度。

當(dāng)火電設(shè)備為各級(jí)抽汽管道時(shí)，設(shè)備相關(guān)變量為：抽汽進(jìn)口溫度、抽汽進(jìn)口壓力、負(fù)荷、主給水流量和抽汽出口壓力。

當(dāng)火電設(shè)備為各級(jí)汽輪機(jī)級(jí)組時(shí)，設(shè)備相關(guān)變量為：級(jí)組進(jìn)口溫度、級(jí)組進(jìn)口壓力、負(fù)荷、主汽流量、主汽壓力、主汽溫度、凝汽器背壓、級(jí)組出口壓力和級(jí)組出口溫度；

當(dāng)火電設(shè)備為給水泵時(shí)，設(shè)備相關(guān)變量為：給水泵入口壓力、給水泵入口溫度、再熱減溫水流量、再熱減溫水壓力、給水泵轉(zhuǎn)速及電流、負(fù)荷、給水壓力、主給水流量和給水泵出口壓力；

當(dāng)火電設(shè)備為凝汽器時(shí)，設(shè)備相關(guān)變量為：低壓缸進(jìn)汽溫度、低壓缸進(jìn)汽壓力、負(fù)荷、主汽流量、主汽溫度、主汽壓力、凝汽器真空和低壓缸排汽溫度。

本發(fā)明具有以下優(yōu)點(diǎn)及突出性效果：本發(fā)明中在不進(jìn)行復(fù)雜的物理機(jī)理分析情況下，利用數(shù)據(jù)之間的相關(guān)關(guān)系得到了聚類簇空間，利用聚類簇空間實(shí)現(xiàn)性能監(jiān)測(cè)，通過是否屬于聚類簇判斷，得到準(zhǔn)確的監(jiān)測(cè)結(jié)果。本發(fā)明方法更加充分利用火電廠日益增長的海量數(shù)據(jù)，挖掘數(shù)據(jù)內(nèi)隱含的關(guān)系，提高了電廠性能監(jiān)測(cè)的效果。本方法可以在計(jì)算機(jī)大數(shù)據(jù)平臺(tái)上進(jìn)行操作，運(yùn)算速度快，簡單便捷。

附圖說明

圖1是本發(fā)明的分析方法流程示意圖。

圖2是實(shí)施例中設(shè)備相關(guān)系數(shù)矩陣分析圖(設(shè)備為2號(hào)加熱器)。

圖3是實(shí)施例中利用主成分分析并基于密度聚類分析得到的正常運(yùn)行工況聚類簇(設(shè)備為2號(hào)加熱器)。

圖4是實(shí)施例中利用無指導(dǎo)學(xué)習(xí)大數(shù)據(jù)分析性能監(jiān)測(cè)方法應(yīng)用結(jié)果(設(shè)備為2號(hào)加熱器)。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的原理和具體實(shí)施作進(jìn)一步的說明。

1)從火力發(fā)電機(jī)組實(shí)時(shí)信息監(jiān)控與管理系統(tǒng)中獲取一段時(shí)間的歷史健康運(yùn)行數(shù)據(jù)，計(jì)算測(cè)量變量間的兩兩相關(guān)系數(shù)，得到相關(guān)系數(shù)矩陣，根據(jù)相關(guān)系數(shù)矩陣選取與目標(biāo)設(shè)備溫度、壓力和流量相關(guān)系數(shù)高的變量作為設(shè)備相關(guān)變量x1,x2,…,xm；

其中，m為設(shè)備相關(guān)變量個(gè)數(shù)，

2)對(duì)設(shè)備相關(guān)變量進(jìn)行主成分分析，得到一組主成分變量p1,p2,…,pi,…,pn，其中n為主成分變量個(gè)數(shù)，每一個(gè)主成分變量表達(dá)式為：

其中，kij為各個(gè)設(shè)備相關(guān)變量前系數(shù)，j為1至m的整數(shù)，

通過主成分分析，得到各個(gè)主成分變量方差對(duì)設(shè)備相關(guān)變量整體方差的貢獻(xiàn)率大小，將其逐次遞減排列，選取其中貢獻(xiàn)最大的三個(gè)主成分變量，分別命名為pc1、pc2和pc3，

var(pc1)≥var(pc2)≥...≥var(pcn)

其中var表示對(duì)設(shè)備相關(guān)變量整體方差貢獻(xiàn)的大??；

3)對(duì)三個(gè)主成分變量pc1、pc2和pc3進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化處理，使pc1、pc2和pc3三個(gè)變量均成為服從n～(0,1)的正態(tài)分布。對(duì)標(biāo)準(zhǔn)化后的pc1、pc2和pc3進(jìn)行基于密度的聚類分析，具體采用dbscan(density-basedspatialclusteringofapplicationswithnoise)方法。

進(jìn)行dbscan方法，先根據(jù)全體數(shù)據(jù)集的情況，設(shè)定ε鄰域，其中ε表示掃描半徑；再設(shè)定最小包含點(diǎn)數(shù)minpts，若給定數(shù)據(jù)點(diǎn)的ε鄰域內(nèi)的樣本點(diǎn)數(shù)大于minpts，則稱該點(diǎn)為核心點(diǎn)；再者若存在點(diǎn)b，使得b在某核心點(diǎn)a的ε鄰域內(nèi)，則稱b從a直接密度可達(dá)；若存在點(diǎn)a、b、c，b從a直接密度可達(dá)，c從b直接密度可達(dá)，則稱c從a密度可達(dá)；若存在點(diǎn)c，點(diǎn)c從點(diǎn)a或點(diǎn)b都密度可達(dá)，則稱點(diǎn)a與b密度相連。

在全體數(shù)據(jù)集中，找到任意一個(gè)核心點(diǎn)，找出核心點(diǎn)出發(fā)所有可以密度相連的點(diǎn)；遍歷核心點(diǎn)ε鄰域內(nèi)的所有核心點(diǎn)，并尋找這些核心點(diǎn)所有可以密度相連的點(diǎn)，直到?jīng)]有可以擴(kuò)充的點(diǎn)為止，最終可以得到不同的聚類簇邊界，形成不同的聚類簇。

利用dbscan方法，結(jié)合大數(shù)據(jù)分析平臺(tái)，就可以將設(shè)備的三個(gè)主成分變量pc1、pc2和pc3聚類到不同的三維聚類簇中，所形成的不同聚類簇就代表著設(shè)備正常運(yùn)行工況的聚類簇，

通過對(duì)設(shè)備相關(guān)變的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)進(jìn)行上述的主成分分析，得到設(shè)備貢獻(xiàn)最大的主成分變量pc1、pc2和pc3的實(shí)時(shí)值，判斷其是否屬于設(shè)備正常運(yùn)行工況的聚類簇，可以進(jìn)行實(shí)時(shí)設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)的監(jiān)測(cè)，若屬于，則設(shè)備在正常工況運(yùn)行，若不屬于，則設(shè)備發(fā)生故障，效果如圖4所示。

上述的火電設(shè)備包括各級(jí)回?zé)峒訜崞鳌⒏骷?jí)抽汽管道、各級(jí)汽輪機(jī)級(jí)組、給水泵和凝汽器。當(dāng)火電設(shè)備為各級(jí)回?zé)峒訜崞鲿r(shí)，設(shè)備相關(guān)變量為：抽汽溫度、加熱器進(jìn)汽壓力、上級(jí)疏水溫度、給水入口溫度、負(fù)荷、給水壓力、主給水流量、疏水溫度和給水出口溫度。當(dāng)火電設(shè)備為各級(jí)抽汽管道時(shí)，設(shè)備相關(guān)變量為：抽汽進(jìn)口溫度、抽汽進(jìn)口壓力、負(fù)荷、主給水流量、抽汽出口壓力。當(dāng)火電設(shè)備為各級(jí)汽輪機(jī)級(jí)組時(shí)，設(shè)備相關(guān)變量為：級(jí)組進(jìn)口溫度、級(jí)組進(jìn)口壓力、負(fù)荷、主汽流量、主汽壓力、主汽溫度、凝汽器背壓、級(jí)組出口壓力、級(jí)組出口溫度。當(dāng)火電設(shè)備為給水泵時(shí)，設(shè)備相關(guān)變量為：給水泵入口壓力、給水泵入口溫度、再熱減溫水流量、再熱減溫水壓力、給水泵轉(zhuǎn)速及電流、負(fù)荷、給水壓力、主給水流量、給水泵出口壓力。當(dāng)火電設(shè)備為凝汽器時(shí)，設(shè)備相關(guān)變量為：低壓缸進(jìn)汽溫度、低壓缸進(jìn)汽壓力、負(fù)荷、主汽流量、主汽溫度、主汽壓力、凝汽器真空、低壓缸排汽溫度。

實(shí)施例1：

下面以一個(gè)330mw火電機(jī)組為例，對(duì)火電設(shè)備中2號(hào)回?zé)峒訜崞鬟M(jìn)行大數(shù)據(jù)分析性能監(jiān)測(cè)。

1)利用取得的火電設(shè)備健康運(yùn)行數(shù)據(jù)，進(jìn)行相關(guān)關(guān)系分析，計(jì)算設(shè)備得到關(guān)于2號(hào)加熱器的相關(guān)系數(shù)矩陣，如圖2所示，依此選取2號(hào)加熱器的相關(guān)變量，如表1所示，隨后分別進(jìn)行相應(yīng)的主成分分析、dbscan聚類分析方法與大數(shù)據(jù)分析性能監(jiān)測(cè)；

表12號(hào)高壓加熱器相關(guān)變量

2)利用主成分分析的方法對(duì)以上相關(guān)變量進(jìn)主成分變量選取，依據(jù)表2得到用于解釋2號(hào)加熱器變量空間的三個(gè)主成分變量pc1、pc2和pc3。

表2主成分分析后的主成分變量構(gòu)成

3)此后，利用三個(gè)主成分組成的空間進(jìn)行采用dbscan方法進(jìn)行基于密度的聚類分析，在dbscan方法中，根據(jù)2號(hào)加熱器的實(shí)際問題及數(shù)據(jù)集的大小設(shè)置minpts為10，根據(jù)2號(hào)加熱器的實(shí)際問題將ε設(shè)定為1(代表一倍標(biāo)準(zhǔn)差)。進(jìn)而得到了兩個(gè)2號(hào)加熱器正常運(yùn)行狀態(tài)的聚類簇，如圖3所示；

4)通過判斷任意實(shí)時(shí)運(yùn)行工況是否屬于以上正常運(yùn)行工況的聚類簇，實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)的監(jiān)測(cè)，如圖4所示，兩處圈出的點(diǎn)表示超出了圖3正常工況的聚類簇，經(jīng)驗(yàn)證，這些工況代表了加熱器性能退化或故障的工況；

以上實(shí)驗(yàn)結(jié)果證明，基于大數(shù)據(jù)分析的火電設(shè)備性能監(jiān)測(cè)能夠通過數(shù)據(jù)得到實(shí)時(shí)且準(zhǔn)確的監(jiān)測(cè)結(jié)果。