基于數(shù)據(jù)平滑度函數(shù)的火電機(jī)組負(fù)荷(準(zhǔn))穩(wěn)態(tài)工況聚類算法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于火力發(fā)電廠汽輪機(jī)組安全經(jīng)濟(jì)性遠(yuǎn)程診斷與服務(wù)技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及 一種基于數(shù)據(jù)平滑度函數(shù)的機(jī)組負(fù)荷（準(zhǔn)）穩(wěn)態(tài)工況聚類算法。
【背景技術(shù)】
[0002] 在現(xiàn)階段，依靠現(xiàn)代信息技術(shù)，特別是計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的快速發(fā)展和應(yīng)用，節(jié)能技 術(shù)實(shí)驗(yàn)室實(shí)現(xiàn)了對(duì)發(fā)電企業(yè)和發(fā)電集團(tuán)信息基礎(chǔ)設(shè)施的整合和利用，通過機(jī)組現(xiàn)場(chǎng)實(shí)時(shí)一 次運(yùn)行數(shù)據(jù)的集中報(bào)送，逐步建成了集火電機(jī)組實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集、傳輸、存儲(chǔ)和計(jì)算為一體的 能耗大數(shù)據(jù)支撐平臺(tái)。通過機(jī)組能耗大數(shù)據(jù)支撐平臺(tái)，為異地電廠或發(fā)電集團(tuán)的設(shè)備運(yùn)行 原始參數(shù)等各種資源與節(jié)能技術(shù)的有效溝通，提供了非常方便的聯(lián)系交流途徑，實(shí)現(xiàn)了異 地?cái)?shù)據(jù)共享的功能。
[0003] 然而火電機(jī)組是一個(gè)復(fù)雜的耦合系統(tǒng)，尤其是具有多級(jí)回?zé)岷驮贌嵯到y(tǒng)的大容 量、高參數(shù)機(jī)組，由于工況的暫態(tài)變化，以及機(jī)組在蓄熱、放熱、壓縮、膨脹等熱力過程中的 熱慣性，導(dǎo)致其實(shí)時(shí)運(yùn)行參數(shù)的傳輸具有滯后性和動(dòng)態(tài)性的特點(diǎn)。并且各個(gè)設(shè)備運(yùn)行狀態(tài) 存在不確定變化，在（準(zhǔn)）穩(wěn)態(tài)與非穩(wěn)態(tài)之間不斷交替運(yùn)行，過渡狀態(tài)中數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)特性變 動(dòng)尤其劇烈，其中機(jī)組負(fù)荷是一個(gè)表征機(jī)組運(yùn)行工況的重要參數(shù)，所有的機(jī)組二次性能指 標(biāo)數(shù)據(jù)計(jì)算都是在特定機(jī)組負(fù)荷或者說特定工況下進(jìn)行的。
[0004] 進(jìn)行設(shè)備狀態(tài)診斷分析時(shí)首先要獲得歷史數(shù)據(jù)集的穩(wěn)定工況，只有（準(zhǔn)）穩(wěn)態(tài)工 況下各參數(shù)才具有較強(qiáng)狀態(tài)的一致性，在非穩(wěn)態(tài)工況下，數(shù)據(jù)不能真實(shí)地反映系統(tǒng)輸入輸 出的關(guān)系，會(huì)帶來辨識(shí)和建模誤差。如果直接從機(jī)組歷史數(shù)據(jù)庫(kù)中將非穩(wěn)態(tài)數(shù)據(jù)提取并用 于計(jì)算分析，其結(jié)果會(huì)有較大的波動(dòng)和偏差，不能反映機(jī)組設(shè)備的實(shí)際運(yùn)行狀態(tài)和性能，非 穩(wěn)態(tài)數(shù)據(jù)在機(jī)組的診斷和分析方面不具有實(shí)際的指導(dǎo)意義和應(yīng)用價(jià)值。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是提供一種有效的基于數(shù)據(jù)平滑度函數(shù)的機(jī)組負(fù)荷 (準(zhǔn)）穩(wěn)態(tài)工況判定方法，以實(shí)現(xiàn)對(duì)火電廠能耗大數(shù)據(jù)平臺(tái)中海量機(jī)組數(shù)據(jù)的（準(zhǔn)）穩(wěn)態(tài)工 況判定，其可以更加高效準(zhǔn)確的獲取機(jī)組海量數(shù)據(jù)的（準(zhǔn)）穩(wěn)態(tài)工況，并在系統(tǒng)平臺(tái)中保存 為典型工況數(shù)據(jù)集，為機(jī)組后續(xù)的性能指標(biāo)計(jì)算和診斷分析提供重要的數(shù)據(jù)支撐。
[0006] 為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明所采取的技術(shù)方案為：一種基于數(shù)據(jù)平滑度函數(shù)的 機(jī)組負(fù)荷（準(zhǔn)）穩(wěn)態(tài)工況聚類算法，其具體包括以下步驟：
[0007] (1)系統(tǒng)平臺(tái)機(jī)組負(fù)荷數(shù)據(jù)預(yù)處理
[0008] 數(shù)據(jù)預(yù)處理是獲取機(jī)組負(fù)荷典型工況數(shù)據(jù)集的第一步，通過綜合應(yīng)用統(tǒng)計(jì)學(xué)方法 對(duì)采集數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)據(jù)校正，以消除粗大誤差和壞值點(diǎn)，提高所研宄數(shù)據(jù)對(duì)象的準(zhǔn)確性和一 致性，使其能夠真實(shí)反映機(jī)組的運(yùn)行狀況；
[0009] 以系統(tǒng)平臺(tái)歷史數(shù)據(jù)庫(kù)中2n+l個(gè)機(jī)組負(fù)荷數(shù)據(jù)為研宄對(duì)象，標(biāo)記數(shù)據(jù)采樣間 隔節(jié)點(diǎn)分別為X_n,x_n+1,…，x_i,Xd,Xi,…，Xm,xn。機(jī)組負(fù)荷數(shù)據(jù)分別記為W_n,W_n+1，… ，W+WyWi，…，Wm，Wn，表示在對(duì)應(yīng)間隔節(jié)點(diǎn)上系統(tǒng)采集到的機(jī)組負(fù)荷數(shù)據(jù)。由于系統(tǒng)平臺(tái)按 照時(shí)間每5分鐘對(duì)實(shí)際運(yùn)行的機(jī)組進(jìn)行一次數(shù)據(jù)采集，同時(shí)將采集到的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在系統(tǒng)數(shù) 據(jù)庫(kù)中，即系統(tǒng)平臺(tái)是以時(shí)間序列為等距節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)采集模式。做變換t= (x-X(l)/5則上 述 2n+l個(gè)等間隔節(jié)點(diǎn)變?yōu)椋簍_n= -n,t_n+1= -n+1,…，t_!= -1，t〇= 0,ti= 1，…，t= n_l，tn=n
[0010] 用m次多項(xiàng)式擬合機(jī)組負(fù)荷數(shù)據(jù)，如下式（1):
[0011]
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種基于數(shù)據(jù)平滑度函數(shù)的機(jī)組負(fù)荷（準(zhǔn)）穩(wěn)態(tài)工況聚類算法，包括以下步驟： (1) 機(jī)組負(fù)荷數(shù)據(jù)預(yù)處理 數(shù)據(jù)預(yù)處理是獲取機(jī)組負(fù)荷典型工況數(shù)據(jù)集的第一步，通過綜合應(yīng)用統(tǒng)計(jì)學(xué)方法對(duì)采 集數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)據(jù)校正，以消除粗大誤差和壞值點(diǎn)，使其能夠真實(shí)反映機(jī)組的運(yùn)行狀況； (2) 定義數(shù)據(jù)平滑度函數(shù)F 對(duì)經(jīng)過預(yù)處理的機(jī)組負(fù)荷數(shù)據(jù)集進(jìn)行（準(zhǔn)）穩(wěn)態(tài)判定，以機(jī)組負(fù)荷數(shù)據(jù)單調(diào)變化的程 度大小為判定準(zhǔn)則，定義機(jī)組負(fù)荷數(shù)據(jù)平滑度函數(shù)F ; (3) 通過聚類算法獲得機(jī)組負(fù)荷（準(zhǔn)）穩(wěn)態(tài)工況 按照設(shè)定的數(shù)據(jù)平滑度要求，以數(shù)據(jù)平滑度函數(shù)為準(zhǔn)則對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行區(qū)分和分類，通過 聚類獲得機(jī)組典型工況數(shù)據(jù)集。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于數(shù)據(jù)平滑度函數(shù)的機(jī)組負(fù)荷（準(zhǔn)）穩(wěn)態(tài)工況聚類 算法，其特征在于：所述步驟（1)中所述的機(jī)組負(fù)荷數(shù)據(jù)預(yù)處理，以系統(tǒng)平臺(tái)歷史數(shù)據(jù)庫(kù)中 2n+l個(gè)機(jī)組負(fù)荷數(shù)據(jù)為研宄對(duì)象，標(biāo)記數(shù)據(jù)采樣間隔節(jié)點(diǎn)分別為x_ n，x_n+1，…，x-i，X(l，X1，… ，χ η+ xn，機(jī)組負(fù)荷數(shù)據(jù)分別記為W_n，W_n+1，…，W+ Wtl, W1，…，Wlri, Wn，表示在對(duì)應(yīng)間隔節(jié)點(diǎn)上 系統(tǒng)采集到的機(jī)組負(fù)荷數(shù)據(jù)；由于系統(tǒng)平臺(tái)按照時(shí)間每5分鐘對(duì)實(shí)際運(yùn)行的機(jī)組進(jìn)行一次 數(shù)據(jù)采集，同時(shí)將采集到的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫(kù)中，即系統(tǒng)平臺(tái)是以時(shí)間序列為等距節(jié) 點(diǎn)的數(shù)據(jù)采集模式；做變換t = (x-x^/5,則上述2n+l個(gè)等間隔節(jié)點(diǎn)變?yōu)椋簍_n= -n, t _η+ι =-n+1, ···, t_!= -I, t 〇= 0, t != I, ···, t n_!= n-1, t n= n 用m次多項(xiàng)式擬合機(jī)組負(fù)荷數(shù)據(jù)，如下式（I):
其中，Ci一待定參數(shù)（i = 0, 1，; m-階次因子。 為了消除粗差和壞值點(diǎn)，需要確定待定參數(shù)Ci,構(gòu)造以下等式：
應(yīng)用最小二乘原理，使誤差值& (_n < j < η)的平方和最小，以獲得最優(yōu)的系數(shù)Ci,
公式（3)分別對(duì)Ci求偏導(dǎo)，并令其為0,可得以下方程組：
求解方程組（4)，獲得最優(yōu)參數(shù)Ci,將其代入公式（1)中從而得到機(jī)組負(fù)荷數(shù)據(jù)的回歸 值％，以代替原始機(jī)組負(fù)荷數(shù)據(jù)Wj。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于數(shù)據(jù)平滑度函數(shù)的機(jī)組負(fù)荷（準(zhǔn)）穩(wěn)態(tài)工況聚類算 法，其特征在于：所述步驟（2)中定義數(shù)據(jù)平滑度函數(shù)，對(duì)經(jīng)過預(yù)處理的機(jī)組負(fù)荷數(shù)據(jù)集進(jìn) 行（準(zhǔn)）穩(wěn)態(tài)判定，以機(jī)組負(fù)荷數(shù)據(jù)單調(diào)變化的程度大小為判定準(zhǔn)則，定義機(jī)組負(fù)荷數(shù)據(jù)平 滑度的相關(guān)概念如下： 待判定的機(jī)組負(fù)荷歷史數(shù)據(jù)為Wi,其中，i = 1，2, ···]!; 定義機(jī)組負(fù)荷數(shù)據(jù)變化量為Cli= (Wi-WiJ ; η個(gè)機(jī)組負(fù)荷數(shù)據(jù)變化量為Wd，其中 Wd= d2+d3+...+dn 為了考核機(jī)組負(fù)荷數(shù)據(jù)的波動(dòng)程度，引入機(jī)組負(fù)荷數(shù)據(jù)平滑度函數(shù)的概念； 計(jì)算待判定的η個(gè)機(jī)組負(fù)荷數(shù)據(jù)平均值，其中
因此機(jī)組負(fù)荷數(shù)據(jù)平滑度函數(shù)F為：
機(jī)組負(fù)荷數(shù)據(jù)平滑度F的具體意義是：當(dāng)指定時(shí)間段數(shù)據(jù)平滑度比較大時(shí)，則表示負(fù) 荷數(shù)據(jù)呈現(xiàn)單調(diào)增加或單調(diào)減小的趨勢(shì)；反之，當(dāng)數(shù)據(jù)平滑度較小時(shí)，說明負(fù)荷數(shù)據(jù)變化比 較平緩；數(shù)據(jù)平滑度函數(shù)是一個(gè)介于〇和1之間的數(shù)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于數(shù)據(jù)平滑度函數(shù)的機(jī)組負(fù)荷（準(zhǔn)）穩(wěn)態(tài)工況聚類算 法，其特征在于：所述步驟（3)中通過聚類算法獲得機(jī)組負(fù)荷（準(zhǔn)）穩(wěn)態(tài)工況，具體步驟如 下： 輸入：某臺(tái)機(jī)組負(fù)荷歷史數(shù)據(jù)集； 輸出：機(jī)組負(fù)荷數(shù)據(jù)聚類結(jié)果，機(jī)組典型工況數(shù)據(jù)； Stepl:將指定的機(jī)組負(fù)荷歷史數(shù)據(jù)按照時(shí)間序列放入數(shù)組中； Step2:機(jī)組負(fù)荷數(shù)據(jù)預(yù)處理，剔除粗差和壞值； Step3:定義變量i，并置為零； Step4:定義指針W(t)，并將其指向機(jī)組負(fù)荷數(shù)據(jù)集的初始位置； Step5: (1) 指針指向的位置標(biāo)記為tl = *W(tI); (2) 由指針位置向后，掃描機(jī)組負(fù)荷數(shù)組； (3) 計(jì)算該時(shí)間段內(nèi)的機(jī)組負(fù)荷數(shù)據(jù)平滑度函數(shù)，并做判斷； 如果不滿足數(shù)據(jù)平滑度函數(shù)要求，那么： {指針W(t)指向掃描數(shù)據(jù)終止點(diǎn)，重復(fù)過程⑴一（3) ;} 否則： {(4)繼續(xù)掃描相同數(shù)量的機(jī)組負(fù)荷數(shù)據(jù)； (5)計(jì)算所掃描的全部機(jī)組負(fù)荷數(shù)據(jù)平滑度函數(shù)，并判斷； 如果滿足數(shù)據(jù)平滑度函數(shù)要求，那么： {重復(fù)過程⑷一（5) ;} 否則： {指針w(t)指向掃描（準(zhǔn)）穩(wěn)態(tài)工況數(shù)據(jù)終止點(diǎn)，并標(biāo)記為to = *w(to) ;}} Ste6:計(jì)算t〇-tI，并做判斷； 如果（t〇-tI)> = 1小時(shí)，那么： {確定為一個(gè)機(jī)組負(fù)荷（準(zhǔn)）穩(wěn)態(tài)工況聚類，并標(biāo)記為一個(gè)典型工況數(shù)據(jù)集； 計(jì)數(shù)變量：i = i+Ι ; 指針W(t)指向掃描數(shù)據(jù)結(jié)束點(diǎn)的下一個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn)處； 轉(zhuǎn)向過程（1)，重復(fù)以上過程直到機(jī)組負(fù)荷數(shù)據(jù)集中不存在沒有被掃描的數(shù)據(jù)為止；} 否則： {指針W(t)指向掃描數(shù)據(jù)結(jié)束點(diǎn)的下一個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn)處； 轉(zhuǎn)向過程（1)，重復(fù)以上過程直到機(jī)組負(fù)荷數(shù)據(jù)集中不存在沒有被掃描的數(shù)據(jù)為 止；}。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種基于數(shù)據(jù)平滑度函數(shù)的機(jī)組負(fù)荷(準(zhǔn))穩(wěn)態(tài)工況聚類算法，其步驟為：(1)通過綜合應(yīng)用統(tǒng)計(jì)學(xué)方法對(duì)采集到的機(jī)組負(fù)荷數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)據(jù)預(yù)處理，提高所研究數(shù)據(jù)對(duì)象的準(zhǔn)確性和一致性，使其能夠真實(shí)反映機(jī)組的運(yùn)行狀況；(2)以數(shù)據(jù)平滑度函數(shù)為準(zhǔn)則，截?cái)啻笥谠O(shè)定臨界閾值的單調(diào)數(shù)據(jù)區(qū)域，對(duì)機(jī)組負(fù)荷數(shù)據(jù)進(jìn)行(準(zhǔn))穩(wěn)態(tài)工況判定；(3)選擇符合數(shù)據(jù)平滑度要求，且滿足最短(準(zhǔn))穩(wěn)態(tài)工況時(shí)間的機(jī)組負(fù)荷數(shù)據(jù)，通過有效的聚類算法獲得機(jī)組典型工況數(shù)據(jù)集并存儲(chǔ)。本方法靈活適用，適于火電機(jī)組負(fù)荷數(shù)據(jù)(準(zhǔn))穩(wěn)態(tài)工況的判定，可以獲取機(jī)組運(yùn)行典型工況數(shù)據(jù)，為后續(xù)的機(jī)組診斷服務(wù)以及機(jī)組運(yùn)行狀態(tài)分析優(yōu)化等工作提供了有效的數(shù)據(jù)支撐。
【IPC分類】G06F19-00
【公開號(hào)】CN104750973
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510090659
【發(fā)明人】李曉光, 盧盛陽, 郭江龍, 米翠麗, 陳二松
【申請(qǐng)人】河北省電力建設(shè)調(diào)整試驗(yàn)所
【公開日】2015年7月1日
【申請(qǐng)日】2015年2月28日