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

背景技術：

汽輪機閥門流量特性參數(shù)是指能夠反映出進入汽輪機的蒸汽流量與汽輪機高壓調門開度之間對應關系的一組參數(shù)。當汽輪機數(shù)字式電液控制系統(tǒng)(digitalelectro-hydrauliccontrolsystem,deh)中設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，汽輪機將表現(xiàn)出良好的被控性能；否則，就可能出現(xiàn)諸如調閥晃動、單閥/順序閥切換時負荷波動大、在機組變負荷和一次調頻時，出現(xiàn)負荷突變或調節(jié)緩慢的問題，有時甚至還會造成電力系統(tǒng)振蕩事故，使得機組控制困難，影響機組的安全穩(wěn)定性及經濟性能。在實際中，由于設備改造或運行老化等原因，deh中設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，在機組進行改造或長期運行后，對其進行閥門流量特性參數(shù)的優(yōu)化是必要的。

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

技術實現(xiàn)要素：

本發(fā)明要解決的技術問題：針對現(xiàn)有技術的上述問題，提供一種基于大數(shù)據(jù)分析的汽輪機閥門流量特性參數(shù)優(yōu)化方法。該方法利用大數(shù)據(jù)思想，通過大量的機組歷史運行數(shù)據(jù)，利用數(shù)據(jù)挖掘技術，獲取機組在其歷史工況范圍內的運行信息，進而實現(xiàn)對汽輪機閥門流量特性參數(shù)的優(yōu)化。該方法能夠實現(xiàn)對機組最大歷史運行區(qū)間的閥門流量特性參數(shù)的優(yōu)化；不需要對汽輪機進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組的安全穩(wěn)定運行帶來的不利影響。

為了解決上述技術問題，本發(fā)明采用的技術方案為：

一種基于大數(shù)據(jù)分析的汽輪機閥門流量特性參數(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獲取機組歷史運行數(shù)據(jù)；

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

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

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

5)將計算獲得的實際進汽流量代替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)對汽輪機閥門流量特性參數(shù)的優(yōu)化。

優(yōu)選地，步驟1)中獲取機組歷史運行數(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，獲得的機組歷史運行數(shù)據(jù)的采樣數(shù)據(jù)包括綜合閥位指令、機組負荷、主蒸汽壓力、調節(jié)級壓力、主蒸汽溫度、高壓調閥的指令及反饋。

優(yōu)選地，步驟2)中進行初步篩選的邏輯語句如式(1)所示；

式(1)中，xi表示機組歷史運行數(shù)據(jù)的第i種采樣數(shù)據(jù)，i＝1,2,…,n，n為機組歷史運行數(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)；代表獲得的機組歷史運行數(shù)據(jù)中第i種采樣數(shù)據(jù)xi的最大值和最小值，x′i代表經過初篩后獲得的機組處于穩(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為預設的百分數(shù)閾值。

優(yōu)選地，步驟3)的詳細步驟包括：

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為機組歷史運行數(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)表達式如式(2)所示；

式(2)中，x′1(l)為數(shù)據(jù)子集ωl中機組綜合閥位指令的第l個界限值，分別為經過初篩后機組處于穩(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為機組歷史運行數(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)中的改進型弗留格爾公式的函數(shù)表達式如式(5)所示；

式(5)中，gl表示由計算獲取的汽輪機實際進汽流量的百分數(shù)，為特征數(shù)據(jù)中的汽輪機調節(jié)級壓力，為特征數(shù)據(jù)中的汽輪機主蒸汽壓力，分別為汽輪機的額定主蒸汽壓力和額定調節(jié)級壓力，根據(jù)機組滿負荷且調閥全開時的歷史運行數(shù)據(jù)獲取。

本發(fā)明基于大數(shù)據(jù)分析的汽輪機閥門流量特性參數(shù)優(yōu)化方法具有下述優(yōu)點：本發(fā)明不需要對汽輪機進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組的安全穩(wěn)定運行帶來的不利影響；通過大量的機組歷史運行數(shù)據(jù)通過數(shù)據(jù)挖掘獲取機組運行信息，并據(jù)此實現(xiàn)對機組最大歷史運行區(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)化范圍受試驗時機組負荷運行范圍限制的弊端。

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汽流量與綜合閥位指令之間的關系曲線。

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2個調門，下文對本實施例基于大數(shù)據(jù)分析的汽輪機閥門流量特性參數(shù)優(yōu)化方法進行進一步的詳細說明。如圖1所示，本實施例基于大數(shù)據(jù)分析的汽輪機閥門流量特性參數(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)獲取機組歷史運行數(shù)據(jù)；

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

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

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

5)將計算獲得的實際進汽流量代替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)中獲取機組歷史運行數(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，獲得的機組歷史運行數(shù)據(jù)的采樣數(shù)據(jù)包括綜合閥位指令、機組負荷、主蒸汽壓力、調節(jié)級壓力、主蒸汽溫度、高壓調閥的指令及反饋(高壓調閥cv1和cv2的指令)。

本實施例中，步驟2)中進行初步篩選的邏輯語句如式(1)所示；

式(1)中，xi表示機組歷史運行數(shù)據(jù)的第i種采樣數(shù)據(jù)，i＝1,2,…,n，n為機組歷史運行數(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)；代表獲得的機組歷史運行數(shù)據(jù)中第i種采樣數(shù)據(jù)xi的最大值和最小值，x′i代表經過初篩后獲得的機組處于穩(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為預設的百分數(shù)閾值。本實施例中，獲得的機組歷史運行數(shù)據(jù)的采樣數(shù)據(jù)包括綜合閥位指令、機組負荷、主蒸汽壓力、調節(jié)級壓力、主蒸汽溫度、高壓調閥的指令及反饋共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、機組負荷、主蒸汽壓力、調節(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為機組歷史運行數(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)表達式如式(2)所示；

式(2)中，x′1(l)為數(shù)據(jù)子集ωl中機組綜合閥位指令的第l個界限值，分別為經過初篩后機組處于穩(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為機組歷史運行數(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的選擇應與數(shù)據(jù)分布的幾何特性有關；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)中的改進型弗留格爾公式的函數(shù)表達式如式(5)所示；

式(5)中，gl表示由計算獲取的汽輪機實際進汽流量的百分數(shù)，為特征數(shù)據(jù)中的汽輪機調節(jié)級壓力，為特征數(shù)據(jù)中的汽輪機主蒸汽壓力，分別為汽輪機的額定主蒸汽壓力和額定調節(jié)級壓力，根據(jù)機組滿負荷且調閥全開時的歷史運行數(shù)據(jù)獲取。本實施例中，經計算獲得的汽輪機實際進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實際進汽流量的百分數(shù)gl的基礎上，根據(jù)gl及特征數(shù)據(jù)中的各調閥的開度，可獲得兩者之間的對應關系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共有4個調門，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)明思路下的技術方案均屬于本發(fā)明的保護范圍。應當指出，對于本技術領域的普通技術人員來說，在不脫離本發(fā)明原理前提下的若干改進和潤飾，這些改進和潤飾也應視為本發(fā)明的保護范圍。