李生軍

(蘭州電機(jī)股份有限公司，甘肅蘭州730000)

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水電站信號(hào)數(shù)據(jù)的價(jià)值探討

李生軍

(蘭州電機(jī)股份有限公司，甘肅蘭州730000)

水電站具有大量的機(jī)、電、液系統(tǒng)檢測數(shù)據(jù)，其功能往往被定制在控制、保護(hù)、巡視、記錄等應(yīng)用范圍內(nèi)，這些大量的信息數(shù)據(jù)長期被“壓制”，沒有被“喚醒”；而在大數(shù)據(jù)分析的框架下急需被激發(fā)，為電站帶來增值服務(wù)。數(shù)據(jù)作為資源需要專業(yè)領(lǐng)域的挖掘和制造，在對(duì)水電數(shù)據(jù)資源的應(yīng)用價(jià)值進(jìn)行梳理和分析的基礎(chǔ)上，通過水電站的數(shù)據(jù)價(jià)值分析和預(yù)測，可為水電帶來新的增值服務(wù)。圖3幅。

水電站；大數(shù)據(jù)；數(shù)據(jù)挖掘； 數(shù)據(jù)價(jià)值；規(guī)則算法

0　引　言

近年來,水電站在監(jiān)控保護(hù)及測試領(lǐng)域取得了突飛猛進(jìn)的發(fā)展,其成果主要得益于計(jì)算機(jī)和自動(dòng)控制技術(shù)領(lǐng)域的進(jìn)步，功能和可靠性都顯著提高,其發(fā)展更趨于專業(yè)化。有條件的電站更是通過專網(wǎng)進(jìn)行集中控制改造,建立了水電站集控中心；其中水電機(jī)組的監(jiān)測在整個(gè)過程中占有很大權(quán)重,但其最大作用僅限于控制和保護(hù)。本文從大數(shù)據(jù)的視角來探討水電機(jī)組的監(jiān)測應(yīng)用價(jià)值,通過對(duì)機(jī)組監(jiān)測數(shù)據(jù)價(jià)值的探討來重新定義水電機(jī)組的檢測功能,從數(shù)據(jù)價(jià)值視角來引領(lǐng)水電技術(shù)的發(fā)展,對(duì)水力發(fā)電進(jìn)入大數(shù)據(jù)時(shí)代是一次探索。

1　當(dāng)前電站檢測信號(hào)(數(shù)據(jù))的主要用途

水電站機(jī)組自動(dòng)化測試信號(hào)的應(yīng)用,主要趨向于控制和保護(hù)及提高機(jī)組自動(dòng)化水平,這些大量的信號(hào)數(shù)據(jù)功能主要用于下幾點(diǎn):

(1)參與機(jī)組自動(dòng)化順序控制和過程控制。例如，機(jī)組的開機(jī)順序控制(見圖1)。

圖1機(jī)組事故停機(jī)控制程序示意

過程控制常見的有：調(diào)速器的轉(zhuǎn)速控制，利用了機(jī)組轉(zhuǎn)速信號(hào)的反饋參與過程控制；勵(lì)磁系統(tǒng)的恒壓控制，同樣采用了機(jī)端電壓信號(hào)參與過程控制。

(2)機(jī)組狀態(tài)的監(jiān)測、歷史記錄。機(jī)組溫度、轉(zhuǎn)速、壓力、振動(dòng)等狀態(tài)的監(jiān)測，由電站監(jiān)測系統(tǒng)完成數(shù)據(jù)顯示、記錄等，其大部分功能處于半“休眠”狀態(tài)。

(3)保護(hù)功能。主要有機(jī)組軸承溫度保護(hù)控制、過速保護(hù)控制、電機(jī)差動(dòng)保護(hù)等。

(4)用于水電設(shè)備診斷技術(shù)。傳統(tǒng)診斷技術(shù)的診斷過程分為狀態(tài)監(jiān)測、識(shí)別診斷和決策預(yù)防3個(gè)階段, 其功能有所增強(qiáng)，價(jià)值有所激發(fā)，但對(duì)于水電設(shè)備來說也顯得單一和死板(見圖2)。

圖2傳統(tǒng)的診斷過程示意

基于以上幾點(diǎn)的應(yīng)用價(jià)值，測試信號(hào)(數(shù)據(jù))大部分時(shí)間處于休眠狀態(tài)，除了保護(hù)和控制外，其歷史數(shù)據(jù)僅僅作為記錄供參考；部分未參與控制和保護(hù)的信號(hào)則長期被擱置，好多測試元件甚至多年損壞也沒被修復(fù)，已變成“死數(shù)據(jù)”。水電設(shè)備診斷技術(shù)的應(yīng)用對(duì)測試信號(hào)價(jià)值有所提升，但局限于專業(yè)儀器的分析，比較單一和局限。

為此引入“大數(shù)據(jù)”架構(gòu)下的價(jià)值挖掘，對(duì)水電的發(fā)展具有深遠(yuǎn)意義。

2　水電數(shù)據(jù)的價(jià)值分析

有機(jī)構(gòu)這樣定義“大數(shù)據(jù)”：“大數(shù)據(jù)”是需要新處理模式才能具有更強(qiáng)的決策力、洞察發(fā)現(xiàn)力和流程優(yōu)化能力的海量、高增長率和多樣化的信息產(chǎn)業(yè)。

以大壩、流道及機(jī)電設(shè)備實(shí)時(shí)采集的信號(hào)、電站日常管理信息、設(shè)備參數(shù)等均可作為大數(shù)據(jù)資源，其價(jià)值將會(huì)逐漸被挖掘，對(duì)電站制定新的運(yùn)行規(guī)則，提高資源高效利用將會(huì)開辟新的領(lǐng)域。實(shí)時(shí)采集的數(shù)據(jù)不再是電站控制和保護(hù)的“奴隸”，必將會(huì)成為大數(shù)據(jù)海量信息的 “成員”而產(chǎn)生“智慧”。

數(shù)據(jù)的應(yīng)用非常廣泛，例如，電站過機(jī)流量的解算：

Q=P/(9.81*Hη1η2),

式中，P為測得的發(fā)電機(jī)有功功率，H為水頭(可用差壓水頭傳感器測得)，η1為通過數(shù)字化水輪機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)曲線提取的水機(jī)效率值，η2為發(fā)電機(jī)效率值。

通過對(duì)過機(jī)流量的解算,可以非常實(shí)時(shí)地推送出流域節(jié)點(diǎn)的動(dòng)態(tài)流量曲線,結(jié)合地理系統(tǒng)可以“制造”出很多有價(jià)值的產(chǎn)品。同時(shí)，可以根據(jù)流量變化曲線與引水管水頭損失變化曲線關(guān)系求解出引水管沿程損失系數(shù)K值,為水力損失的理論研究和計(jì)算提供試驗(yàn)數(shù)據(jù)。

再如,轉(zhuǎn)輪葉片可以通過運(yùn)行的歷史數(shù)據(jù)分析和運(yùn)行工況的加權(quán)計(jì)算，有效地制定最佳修理時(shí)間，將維修時(shí)間控制在如下圖的破壞初生期(見圖3)。

圖3運(yùn)行時(shí)間——損壞程度曲線

對(duì)這些水電站的數(shù)據(jù)應(yīng)用可通過不同的數(shù)學(xué)解算方法極大地提高精度和可靠性，尤其在時(shí)間軸上的動(dòng)態(tài)變化規(guī)律帶給我們許多驚喜，如動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)的一階導(dǎo)數(shù)和二階導(dǎo)數(shù)的應(yīng)用價(jià)值和可靠性都很高。但所有的數(shù)據(jù)需要我們通過專業(yè)化對(duì)接才能實(shí)現(xiàn)“加工”和“制造”,將其價(jià)值提煉出來，這需要進(jìn)行大量的數(shù)學(xué)建模和規(guī)則算法的研究。水電大數(shù)據(jù)從狹義上來說，主要是電站內(nèi)機(jī)電設(shè)備的監(jiān)測信號(hào)和管理運(yùn)行信息的數(shù)據(jù)，廣義上講還包括電站外相關(guān)聯(lián)的大量數(shù)據(jù)(如地理信息、氣象信息等)。

水力發(fā)電是技術(shù)性環(huán)保能源，所有采集和使用的數(shù)據(jù)不同于社會(huì)信息方面的大數(shù)據(jù)，其具備很強(qiáng)的自然屬性。通過對(duì)水電數(shù)據(jù)的挖掘、機(jī)器學(xué)習(xí)和

人工智能等相關(guān)技術(shù)的應(yīng)用，可能會(huì)改變水力發(fā)電技術(shù)領(lǐng)域的很多算法和基礎(chǔ)理論，實(shí)現(xiàn)水電技術(shù)上的突破。

3　建立水電大數(shù)據(jù)中心的基礎(chǔ)

隨著互聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)和云計(jì)算技術(shù)的發(fā)展，建立水電大數(shù)據(jù)中心的技術(shù)條件越來越成熟。 測試元件和傳感技術(shù)的發(fā)展有效提高了數(shù)據(jù)種類和數(shù)量，同時(shí)信號(hào)的可靠性有了很大保證。這些信息數(shù)據(jù)通過互聯(lián)網(wǎng)將會(huì)保證與專業(yè)人員的有效對(duì)接，實(shí)現(xiàn)專業(yè)化處理，為水電提供“增值”服務(wù)。

從數(shù)據(jù)價(jià)值需求的角度來說，將對(duì)產(chǎn)生數(shù)據(jù)的每個(gè)技術(shù)環(huán)節(jié)起到指導(dǎo)作用，如從“數(shù)據(jù)價(jià)值”的需求來重新制定水電測試系統(tǒng)的配置及要求，通過數(shù)據(jù)應(yīng)用價(jià)值的挖掘，可以激活“休眠”的信號(hào)，同時(shí)補(bǔ)充必要的信號(hào)測量。另外，以“數(shù)據(jù)價(jià)值”為目標(biāo)規(guī)劃來發(fā)展測試技術(shù)和信號(hào)前置處理技術(shù)的應(yīng)用功能，將對(duì)水電數(shù)據(jù)價(jià)值挖掘起到強(qiáng)有力的支撐作用。從信號(hào)時(shí)間的尺度上來說，既可截取某一時(shí)段采集的實(shí)時(shí)信號(hào)進(jìn)行動(dòng)態(tài)和暫態(tài)分析，也可根據(jù)年度數(shù)據(jù)變化的情況進(jìn)行分析。

4　結(jié)　論

水電站所采集的信號(hào)已不僅僅局限于電站控制和保護(hù)的應(yīng)用，其數(shù)據(jù)資源的價(jià)值將會(huì)帶給電站一次新的升級(jí)；從自動(dòng)化程度的提高，再到大數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的價(jià)值挖掘和決策判斷，水電必將進(jìn)入DT時(shí)代。預(yù)測這些來自水電站的數(shù)據(jù)將會(huì)被應(yīng)用于多領(lǐng)域科學(xué)研究?；蛟S有一天，“信息熵”、“安全熵”的一些理論將從這些大水電數(shù)據(jù)分析里得到驗(yàn)證。

水電大數(shù)據(jù)對(duì)電廠的價(jià)值回饋不是一蹴而就,需要各方鼓勵(lì)和接納建立水電數(shù)據(jù)信息平臺(tái),逐漸為水電提供增值服務(wù),這對(duì)水電發(fā)展進(jìn)入大數(shù)據(jù)時(shí)代具有深遠(yuǎn)意義。

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責(zé)任編輯吳昊

2016-06-30

李生軍(1975-)，男，工程師，主要從事水輪機(jī)組自動(dòng)化設(shè)計(jì)工作。

E_mail: 1328727597@qq.org。