田 際,馮庭有,單 婕,江志宏,顏景博

(華能東莞燃機熱電有限責(zé)任公司,廣東 東莞 523590)

由于全廠單元機組的復(fù)雜性越來越高,因此需加強對全廠單元機組周界的監(jiān)控。結(jié)合智能信息化特征分析和數(shù)據(jù)處理技術(shù),采用信息化管理、大數(shù)據(jù)分析方法和智能控制技術(shù),構(gòu)建全廠單元機組周界監(jiān)控的大數(shù)據(jù)分析模型,通過模糊度檢測,實現(xiàn)對全廠單元機組周界監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計,提高全廠單元機組周界監(jiān)控系統(tǒng)的輸出穩(wěn)定性和自適應(yīng)性[1]。研究相關(guān)的全廠單元機組周界監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計方法,對提高全廠單元機組的安全性和穩(wěn)態(tài)運行工況能力具有重要意義[2]。

基于全廠單元機組周界信息采集和視頻特征分析,可以構(gòu)建參數(shù)信息解析模型,并采用視頻參數(shù)監(jiān)控和大數(shù)據(jù)信息融合監(jiān)控方法,實現(xiàn)對環(huán)境信息的采集和融合處理,以提高全廠單元機組周界監(jiān)控能力。傳統(tǒng)方法中,主要有基于機器視覺分析的全廠單元機組周界監(jiān)控方法[3]、基于聯(lián)合參數(shù)識別的全廠單元機組周界監(jiān)控方法[4]、基于自適應(yīng)參數(shù)尋優(yōu)的全廠單元機組周界監(jiān)控方法[5]等,這些方法均通過構(gòu)建全廠單元機組周界監(jiān)控的參數(shù)辨識和特征信息分布控制模型,采用耦合參數(shù)識別和自適應(yīng)特征分布式融合的方式,實現(xiàn)全廠單元機組周界監(jiān)控。但是傳統(tǒng)方法的適應(yīng)度水平不高,監(jiān)控系統(tǒng)的實時性不好,因此本文提出基于管理信息系統(tǒng)(management information system,MIS)模型的全廠單元機組周界監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計方法。

1 全廠單元機組周界監(jiān)控參數(shù)分析和特征提取

1.1 全廠單元機組周界監(jiān)控系統(tǒng)參數(shù)分析

全廠單元機組周界監(jiān)控系統(tǒng)使用大量的傳感器和數(shù)據(jù)收集設(shè)備,為了從不同的參數(shù)維度獲取更多的信息,提高周界狀態(tài)的準確性和完整性,通過構(gòu)建約束參數(shù)模型,采用MIS模型參數(shù)融合方法,將采集到的不同參數(shù)進行融合,形成一個綜合的參數(shù)數(shù)據(jù)集,實現(xiàn)對全廠單元機組周界監(jiān)控參數(shù)融合和擴展信息分析[6],從而更好地利用已有參數(shù)數(shù)據(jù),避免重復(fù)投入。同時,對于數(shù)據(jù)不足或缺失,可以利用該方法進行融合和填充,以實現(xiàn)對全廠單元機組周界的綜合監(jiān)控。全廠單元機組周界監(jiān)控總體結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 全廠單元機組周界監(jiān)控系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)

根據(jù)圖1所示的全廠單元機組周界監(jiān)控系統(tǒng)結(jié)構(gòu),采用多維參數(shù)約束控制方法,構(gòu)建全廠單元機組周界監(jiān)控系統(tǒng)的聯(lián)合特征分布集,得到頻域特征參數(shù)分布,表示為NS,采用諧波輸出阻抗控制方法,得到全廠單元機組周界監(jiān)控系統(tǒng)的綜合特征量為:

b(z)=qj+aj+cj

(1)

式中:b(z)為綜合特征量,qj、aj、cj分別為全廠單元機組周界監(jiān)控覆蓋信息的模糊度特征量、擴頻序列特征量、全覆蓋集特征量。通過全廠單元機組周界監(jiān)控參數(shù)融合,采用逆變器濾波電容特征分析方法,構(gòu)建全廠單元機組周界監(jiān)控系統(tǒng)的視覺分析模型[7],得到輸出接口的空間分布層次,通過聯(lián)合特征分析和模糊聚類[8],得到全廠單元機組周界監(jiān)控系統(tǒng)輸出的n層傳輸總耗時為:

(2)

(3)

式中:R為融合參數(shù)模型,B為全廠單元機組周界監(jiān)控系統(tǒng)的隨機分布序列,L為周界監(jiān)控系統(tǒng)的多普勒頻偏。根據(jù)上述分析,采用二次調(diào)頻參數(shù)控制方法,完成全廠單元機組周界監(jiān)控系統(tǒng)的各次諧波阻抗參數(shù)融合處理[9]。

1.2 全廠單元機組周界監(jiān)控系統(tǒng)特征分析

基于諧波阻抗濾波檢測方法,構(gòu)建全廠單元機組周界監(jiān)控系統(tǒng)的聯(lián)合特征參數(shù)分析模型,結(jié)合離散化后的數(shù)字控制和分區(qū)調(diào)度方法,在全廠單元機組并聯(lián)系統(tǒng)處于孤島運行時,得到并聯(lián)參數(shù)融合和特征聚類模型[10],采用動態(tài)響應(yīng)控制方法,得到全廠單元機組周界監(jiān)控系統(tǒng)的聯(lián)合特征參數(shù)M為:

M=j+K0+a(d)

(4)

式中:j為全廠單元機組周界的網(wǎng)側(cè)濾波電感信息參數(shù),采用電容電壓間接控制方法獲取,不需要對電路進行大范圍的干擾和改動,只需對電容的電壓進行測量即可獲取濾波電感參數(shù)信息,以避免對電路性能和運行穩(wěn)定性的影響;K0=(m-1)w0,為機組周界監(jiān)控輸出的載波參數(shù),通過電壓直接控制方法得到,其中m、w0分別為載波頻率和調(diào)制深度;a(d)為全廠單元機組周界監(jiān)控的聯(lián)合特征分布融合聚類函數(shù)。

采用電網(wǎng)母線電壓分布式融合方法,構(gòu)建全廠單元機組周界監(jiān)控系統(tǒng)的內(nèi)模參數(shù)控制模型,得到輸出量化特征分布集,表示為:

x(v)=cosM+θ+y(n)

(5)

式中:x(v)為全廠單元機組周界監(jiān)控系統(tǒng)的內(nèi)模參數(shù)控制模型,θ為重復(fù)控制的內(nèi)模系數(shù),y(n)為二次調(diào)頻參數(shù)。分析全廠單元機組周界監(jiān)控系統(tǒng)的各次諧波阻抗參數(shù),結(jié)合空間信道均衡配置,得到均衡配置模型,基于可靠性特征分布式融合,得到全廠單元機組周界監(jiān)控系統(tǒng)的狀態(tài)轉(zhuǎn)移概率a(uc)為:

(6)

式中:?vi和βvi為通過多源參數(shù)融合結(jié)果構(gòu)建的全廠單元機組周界監(jiān)控系統(tǒng)的自回歸特征分析模型。全廠單元機組周界監(jiān)控系統(tǒng)的輸出聯(lián)合特征參數(shù)結(jié)果為:

P=nCj+rm+a(uc)

(7)

式中:P為視頻特征參數(shù)融合結(jié)果,nCj為全廠單元機組周界監(jiān)控系統(tǒng)的自適應(yīng)權(quán)重,rm為閉環(huán)傳遞函數(shù)。提取全廠單元機組周界監(jiān)控系統(tǒng)的聯(lián)合特征參數(shù),通過多維空間重組,實現(xiàn)對全廠單元機組周界監(jiān)控系統(tǒng)的視頻特征參數(shù)融合分析。

2 全廠單元機組周界監(jiān)控系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計

2.1 MIS模型參數(shù)識別

通過MIS模型控制和比例諧振控制方法,解析并控制全廠單元機組周界監(jiān)控系統(tǒng)的聯(lián)合規(guī)范性特征,采用組合單元控制的方法,構(gòu)建MIS適應(yīng)度分析模型,得到MIS模型控制的自適應(yīng)學(xué)習(xí)目標函數(shù)式:

Va(w)={n1+i(z)+l}+P

(8)

式中:Va(w)為MIS模型控制的自適應(yīng)學(xué)習(xí)目標函數(shù),n1為全廠單元機組周界監(jiān)控系統(tǒng)訪問控制參數(shù),i(z)為基于優(yōu)化自適應(yīng)控制的全廠單元機組周界控制系統(tǒng)的輸出電壓正則化參數(shù),l為全廠單元機組周界控制系統(tǒng)的模板參數(shù)。

基于基波頻率波動控制方法,通過全廠單元機組周界監(jiān)控的聯(lián)合參數(shù)尋優(yōu)模型,得到輸出參數(shù)尋優(yōu)結(jié)果:

G=Va(w)+l+ξ

(9)

式中:G為輸出參數(shù)尋優(yōu)結(jié)果,ξ為均衡控制參數(shù)。根據(jù)獲取的輸出參數(shù)尋優(yōu)結(jié)果,實現(xiàn)全廠單元機組周界監(jiān)控過程的自適應(yīng)訪問控制,提高MIS模型參數(shù)識別能力。

2.2 全廠單元機組周界監(jiān)控系統(tǒng)優(yōu)化

保證頻率偏移在合理范圍內(nèi)的情況下,通過諧波電流參數(shù)分布,分析全廠單元機組周界監(jiān)控的穩(wěn)態(tài)參數(shù),結(jié)合穩(wěn)態(tài)特征解析控制方法,得到聯(lián)合參數(shù)過濾模型,結(jié)合冗余度特征分布式檢測方法,構(gòu)建尋優(yōu)控制模型,得到全廠單元機組周界監(jiān)控系統(tǒng)輸出穩(wěn)態(tài)特征量的稀疏狀態(tài)參數(shù)分布矩陣W:

(10)

式中:A為基波和各次諧波處的幅值參數(shù)檢測結(jié)果,q(m)為全廠單元機組周界監(jiān)控系統(tǒng)模糊度分辨函數(shù)。系統(tǒng)開關(guān)元件的開關(guān)狀態(tài)可以控制信號的轉(zhuǎn)換,在開關(guān)周期內(nèi),通過反饋參數(shù)調(diào)節(jié)得到全廠單元機組周界監(jiān)控系統(tǒng)輸出的模式辨識特征量,表示為:

Z(v)=|ha(f)+ur|+W

(11)

式中:Z(v)為系統(tǒng)輸出的模式辨識特征量,ha(f)為全廠單元機組周界監(jiān)控系統(tǒng)的MIS模型參數(shù)調(diào)制函數(shù),ur為高次諧振頻率參數(shù)。根據(jù)式(11),結(jié)合增益控制和自適應(yīng)的特征分集方法,建立全廠單元機組周界監(jiān)控系統(tǒng)的聯(lián)合特征分析模型,得到聯(lián)合特征分布特征量為:

(12)

(13)

(14)

式中:dij為全廠單元機組周界監(jiān)控輸出的聯(lián)合特征參數(shù)。在保證頻率偏移的情況下,通過對全廠單元機組周界的諧波電流參數(shù)分布解析,進行全廠單元機組周界監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計,系統(tǒng)優(yōu)化結(jié)構(gòu)如圖2所示。

圖2 全廠單元機組周界監(jiān)控系統(tǒng)優(yōu)化結(jié)構(gòu)圖

3 實驗分析

選取某熱電廠作為研究對象,根據(jù)該實例設(shè)計實驗,驗證本文方法在實現(xiàn)全廠單元機組周界監(jiān)控及優(yōu)化控制中的應(yīng)用性能。熱電廠的總裝機容量為140萬 kW,年發(fā)電量為44億 kW·h。1號機組的容量為300 MW,2號機組和3號機組的容量均為350 MW,機組從電網(wǎng)中吸收電能的數(shù)量和向電網(wǎng)注入的電能的數(shù)量之差一般不大于5 MW·h。根據(jù)上述參數(shù),得到全廠單元機組周界監(jiān)控系統(tǒng)輸出的阻抗波特圖如圖3所示。

圖3 全廠單元機組周界監(jiān)控系統(tǒng)輸出的阻抗波特圖

由圖3可知,采用本文方法進行全廠單元機組周界監(jiān)控時輸出阻抗增益較大。為了驗證方法的輸出性能,將文獻[4]基于飛輪儲能的網(wǎng)/儲協(xié)調(diào)虛擬同步機控制策略的監(jiān)控系統(tǒng)與文獻[5]基于電力敏感客戶預(yù)測模型的監(jiān)控系統(tǒng)作為對照,與本文方法對比,測試不同方法進行全廠單元機組周界監(jiān)控輸出的誤碼率,得到對比結(jié)果如圖4所示。

圖4 全廠單元機組周界監(jiān)控輸出的誤碼率

由圖4可知,采用本文方法進行全廠單元機組周界監(jiān)控輸出的誤碼率較低,說明與傳統(tǒng)方法相比,本文方法的監(jiān)控精度更高。

監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計的目標之一是提供穩(wěn)定、準確的監(jiān)控信號。監(jiān)控輸出的幅值變化可以反映信號的強度或振幅的大小,相位變化可以描述信號的時序特征,即信號的相對位置和時間偏移情況,因此將兩者作為實驗指標,以評估系統(tǒng)對信號強度的采集和傳輸?shù)姆€(wěn)定性。通過設(shè)定不同的頻率h,全面評估監(jiān)控系統(tǒng)在不同頻率和時間尺度下的表現(xiàn)和可靠性。選取文獻[5]基于電力敏感客戶預(yù)測模型的監(jiān)控系統(tǒng)與本文方法進行對比,圖中的最大值為本文方法最大幅值。全廠單元機組周界監(jiān)控輸出的幅值變化和相位變化結(jié)果如圖5所示。

由圖5可知,采用本文方法進行全廠單元機組周界監(jiān)控時輸出幅值上下浮動較小,信號傳輸較為穩(wěn)定,相位偏移較小。

時間開銷可以直接反映系統(tǒng)對于監(jiān)控事件的響應(yīng)速度。為進一步驗證所提方法的應(yīng)用有效性,將監(jiān)控時間作為評價指標,設(shè)計測試實驗,得到對比結(jié)果見表1。

表1 全廠單元機組周界監(jiān)控的時間開銷 單位:ms

由表1可知,采用本文方法進行全廠單元機組周界監(jiān)控的時間開銷較小,滿足監(jiān)控系統(tǒng)的長期穩(wěn)定性和可持續(xù)發(fā)展的需求。

4 結(jié)束語

本文提出的基于MIS模型的全廠單元機組周界監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計方法,采用MIS模型參數(shù)融合方法實現(xiàn)參數(shù)融合和擴展信息分析,結(jié)合離散化后的數(shù)字控制和分區(qū)調(diào)度方法,得到全廠單元機組并聯(lián)參數(shù)融合和特征聚類模型,通過諧波電流參數(shù)分布解析,進行全廠單元機組周界監(jiān)控設(shè)計。實驗驗證結(jié)果顯示,采用本文方法設(shè)計的全廠單元機組周界監(jiān)控系統(tǒng)的可靠性較高、穩(wěn)定性較好、實時性較好。