李 勇,雷志偉

(1.安徽淮南洛能發(fā)電有限責(zé)任公司,安徽 淮南 232000;2.中國(guó)大唐集團(tuán)科學(xué)技術(shù)研究總院有限公司華東電力試驗(yàn)研究院,安徽 合肥 230031)

0 引言

汽輪機(jī)高調(diào)門(mén)作為燃煤機(jī)組負(fù)荷、壓力控制的重要執(zhí)行結(jié)構(gòu)之一,其特性?xún)?yōu)劣影響著機(jī)組一次調(diào)頻性能、AGC性能以及安全性和經(jīng)濟(jì)性[1-2]。

因此,如能實(shí)時(shí)掌握機(jī)組汽輪機(jī)流量特性,有助于在線(xiàn)指導(dǎo)和優(yōu)化機(jī)組運(yùn)行。通常汽輪機(jī)流量特性采用定期人工試驗(yàn)的手段獲取,由于試驗(yàn)過(guò)程十分復(fù)雜,且影響機(jī)組帶負(fù)荷運(yùn)行。本項(xiàng)目根據(jù)機(jī)組實(shí)時(shí)運(yùn)行數(shù)據(jù),利用數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的動(dòng)態(tài)建模方法,建立汽輪機(jī)流量特性實(shí)時(shí)模型,具備實(shí)時(shí)在線(xiàn)監(jiān)測(cè)汽輪機(jī)調(diào)門(mén)流量特性的能力。

1 數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)建模法

1.1 汽輪機(jī)進(jìn)汽相對(duì)流量計(jì)算

汽輪機(jī)進(jìn)汽流量通常采用質(zhì)量流量或相對(duì)流量表示,由于相對(duì)流量計(jì)算條件相對(duì)簡(jiǎn)單,計(jì)算精度受參數(shù)誤差影響較小,因此本文將其作為汽輪機(jī)流量特性的計(jì)算依據(jù)。汽輪機(jī)進(jìn)汽相對(duì)流量是指機(jī)組流量指令與通過(guò)汽輪機(jī)高調(diào)門(mén)的蒸汽流量占機(jī)組所有高調(diào)門(mén)全開(kāi)時(shí)總流量的百分比。根據(jù)弗留格爾近似公式[3-4],汽輪機(jī)進(jìn)汽相對(duì)流量與主蒸汽壓力、主蒸汽溫度、排汽壓力等相關(guān),計(jì)算見(jiàn)式(1)。

(1)

式中：G、G′分別為背壓變化前、后總流量;P01、P0,T01、T0和Pg1、Pg分別為背壓變化前、后級(jí)壓力、溫度和高壓缸排汽壓力。對(duì)于超(超)臨界機(jī)組,高調(diào)門(mén)蒸汽溫度變化較大,應(yīng)加以修正。

根據(jù)式(1)可計(jì)算不同流量指令下對(duì)應(yīng)的進(jìn)汽流量,并建立汽輪機(jī)調(diào)門(mén)流量特性。

1.2 數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)建模

結(jié)合相對(duì)流量計(jì)算法,建立數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)模型,采集機(jī)組汽輪機(jī)流量特性實(shí)時(shí)數(shù)據(jù),數(shù)據(jù)包括主蒸汽壓力、高調(diào)門(mén)開(kāi)度、排汽壓力、機(jī)組流量指令等。由于機(jī)組運(yùn)行實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)中存在大量噪聲和干擾數(shù)據(jù),為了剔除這些干擾項(xiàng),利用數(shù)據(jù)預(yù)處理剔除冗余數(shù)據(jù)和不準(zhǔn)確值,根據(jù)最小絕對(duì)誤差準(zhǔn)則對(duì)數(shù)據(jù)中值進(jìn)行濾波;通過(guò)工況篩選,選取適合建模的工況數(shù)據(jù),最后建立汽輪機(jī)流量特性模型。本文采用數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)建模方法包括數(shù)據(jù)預(yù)處理、特征挖掘、數(shù)據(jù)建模3部分。

1.2.1 數(shù)據(jù)預(yù)處理

由于實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)具有樣本體量大、數(shù)據(jù)價(jià)值密度低等特點(diǎn),在進(jìn)行數(shù)學(xué)建模前,必須對(duì)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理,以減小噪聲對(duì)建模的影響。

a.剔除冗余數(shù)據(jù)及不準(zhǔn)確值

實(shí)際生產(chǎn)運(yùn)行中的大數(shù)據(jù)往往存在許多重復(fù)、冗余的數(shù)據(jù)或不準(zhǔn)確值,為了減少計(jì)算量,提高計(jì)算精度,將這些數(shù)據(jù)濾除,濾除規(guī)則如下：以機(jī)組流量指令測(cè)點(diǎn)為依據(jù),當(dāng)相鄰2個(gè)樣本間的機(jī)組流量指令偏差絕對(duì)值小于閾值時(shí),視為2個(gè)樣本相同,刪除其中1個(gè)。

b.中值濾波降噪

大數(shù)據(jù)中往往包含了許多噪聲和脈沖信號(hào),若不進(jìn)行數(shù)據(jù)處理,對(duì)信息深度挖掘?qū)?huì)產(chǎn)生較大影響,會(huì)陷入局部極值點(diǎn)。中值濾波[5]是基于排序統(tǒng)計(jì)理論的一種能有效抑制噪聲的非線(xiàn)性信號(hào)處理技術(shù),其基本原理是把數(shù)字序列中1點(diǎn)的值用該點(diǎn)的1個(gè)鄰域中各點(diǎn)值的中值代替,讓周?chē)鷶?shù)值接近真實(shí)值,從而消除孤立噪聲點(diǎn)。

對(duì)于汽輪機(jī)流量特性大數(shù)據(jù)中,涉及壓力、負(fù)荷、開(kāi)度、溫度等大量模擬信號(hào)。應(yīng)用中值濾波進(jìn)行數(shù)據(jù)平滑化處理,取長(zhǎng)度為3的數(shù)據(jù)序列,計(jì)算見(jiàn)式(2)。

y(i)=med{x(i-N), …,x(i), …,x(i+N)},i∈3

(2)

式中：med{·}為中值函數(shù)。

1.2.2 特征挖掘

汽輪機(jī)流量特性涉及的參數(shù)包括主蒸汽壓力、各調(diào)門(mén)開(kāi)度、級(jí)后壓力、機(jī)組流量指令等[6-7]。由于大數(shù)據(jù)中數(shù)據(jù)量大、價(jià)值低,若直接從大數(shù)據(jù)中提取這些參數(shù),所測(cè)量的流量特性失真嚴(yán)重,無(wú)法利用。因此,需要進(jìn)一步通過(guò)特征挖掘的方式,提取關(guān)鍵數(shù)據(jù),提升數(shù)據(jù)價(jià)值。

將分類(lèi)思想應(yīng)用于特征挖掘,在不同運(yùn)行工況下,對(duì)數(shù)據(jù)樣本的核心參數(shù)進(jìn)行分段分類(lèi)篩選,同時(shí)引入干擾項(xiàng),如對(duì)負(fù)荷起一定作用的一次調(diào)頻量[8-9]。特征篩選時(shí)將存在干擾項(xiàng)的工況數(shù)據(jù)剔除,提高數(shù)據(jù)精確度。按照機(jī)組負(fù)荷的變化工況分類(lèi),篩選出適合建模的樣本數(shù)據(jù)。機(jī)組負(fù)荷的變化工況主要依據(jù)當(dāng)前機(jī)組的主蒸汽壓力、機(jī)組負(fù)荷、機(jī)組負(fù)荷指令的變化情況進(jìn)行判斷。通過(guò)上述特征挖掘技術(shù),可獲取大數(shù)據(jù)樣本信息。

1.2.3 數(shù)學(xué)建模

根據(jù)式(2)閥門(mén)流量計(jì)算公式,建立相應(yīng)的流量特性數(shù)學(xué)模型F,則有：

F={G,D|E|L}

(3)

式中：G為根據(jù)式(1)計(jì)算得到的相對(duì)流量;D為機(jī)組流量指令;E為一次調(diào)頻功率的干擾項(xiàng);L為機(jī)組負(fù)荷。

機(jī)組運(yùn)行工況一般分為穩(wěn)態(tài)和動(dòng)態(tài),汽輪機(jī)流量特性需要采集機(jī)組連續(xù)變負(fù)荷工況的數(shù)據(jù),因此根據(jù)機(jī)組負(fù)荷變化情況,實(shí)時(shí)篩選出機(jī)組在連續(xù)變負(fù)荷工況的數(shù)據(jù)作為建模樣本,分別建立起高調(diào)門(mén)流量特性和汽輪機(jī)流量特性數(shù)學(xué)模型。影響流量特性測(cè)量的因素有很多,一次調(diào)頻量往往疊加在大數(shù)據(jù)中的負(fù)荷參數(shù),因此數(shù)學(xué)模型需要將其扣除。

2 流量特性動(dòng)態(tài)測(cè)量技術(shù)應(yīng)用

該機(jī)組汽輪機(jī)為東方汽輪機(jī)有限責(zé)任公司制造的N1000-26.25/600/600型超超臨界參數(shù)、一次中間再熱、四缸四排汽、單軸、雙背壓、八級(jí)回?zé)岢槠狡啓C(jī)。應(yīng)用本文數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)下的汽輪機(jī)流量特性動(dòng)態(tài)測(cè)量技術(shù),通過(guò)機(jī)組實(shí)時(shí)運(yùn)行數(shù)據(jù),對(duì)汽輪機(jī)單閥流量特性和順序閥流量特性進(jìn)行挖掘和分析。實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集周期為1 s,實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)測(cè)量機(jī)組高調(diào)門(mén)流量特性采集參數(shù)包括機(jī)組負(fù)荷指令、綜合閥位指令、主蒸汽壓力設(shè)定值、主蒸汽溫度、高壓調(diào)門(mén)后蒸汽壓力、高壓調(diào)門(mén)開(kāi)度指令及反饋、機(jī)組負(fù)荷等。

2.1 高調(diào)門(mén)流量特性測(cè)量結(jié)果

采集機(jī)組一段時(shí)間的運(yùn)行數(shù)據(jù),基于數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)建模法動(dòng)態(tài)測(cè)量高調(diào)門(mén)CV1和CV2的流量特性[10],數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)建模測(cè)量結(jié)果如圖1、圖2所示。為了對(duì)比數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)建模算法計(jì)算結(jié)果的準(zhǔn)確性,測(cè)得CV1、CV2在30%～100%調(diào)門(mén)開(kāi)度區(qū)間的流量特性見(jiàn)圖1、圖2。數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)建模法的結(jié)果存在一定噪聲信號(hào)影響,高調(diào)門(mén)流量特性曲線(xiàn)總體特性趨勢(shì)完整,能夠反映調(diào)門(mén)全行程整體特性,與試驗(yàn)曲線(xiàn)基本吻合。

圖1 CV1流量特性對(duì)比

圖2 CV2流量特性對(duì)比

由圖1、圖2可知,當(dāng)CV1和CV2調(diào)門(mén)開(kāi)度在0%～15%時(shí),流量基本為0,調(diào)門(mén)死區(qū)較大;當(dāng)CV1和CV2調(diào)門(mén)開(kāi)度在60%以上時(shí),流量基本達(dá)到上限;當(dāng)調(diào)門(mén)開(kāi)度在20%～45%時(shí),流量特性線(xiàn)性度較好。

2.2 汽輪機(jī)流量特性測(cè)量結(jié)果

根據(jù)機(jī)組一段時(shí)間的運(yùn)行數(shù)據(jù),采用數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)建模法獲取的汽輪機(jī)流量特性如圖3所示。由于機(jī)組工況較多,且存在數(shù)據(jù)噪聲,數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)法測(cè)量的汽輪機(jī)流量特性曲線(xiàn)存在毛刺現(xiàn)象,但總體特性趨勢(shì)完整,與該機(jī)組在常規(guī)試驗(yàn)工況下獲得的測(cè)試曲線(xiàn)基本匹配,并且能夠深度測(cè)量機(jī)組在低負(fù)荷區(qū)間的流量特性,較常規(guī)方法測(cè)取的范圍更廣。

圖3 汽輪機(jī)流量特性對(duì)比

由圖3可見(jiàn),當(dāng)機(jī)組流量指令在75%～93%時(shí),整體線(xiàn)性度較好;當(dāng)機(jī)組流量指令在93%以上或75%以下時(shí),流量特性整體較為平緩,不利于機(jī)組一次調(diào)頻和AGC負(fù)荷響應(yīng)。

3 結(jié)語(yǔ)

本文提出數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)建模的汽輪機(jī)流量特性動(dòng)態(tài)測(cè)量技術(shù),有效拓寬了流量特性的測(cè)取區(qū)間,特別是在低負(fù)荷甚至是深度調(diào)峰區(qū)間,仍能測(cè)取機(jī)組流量特性,通過(guò)數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)模型計(jì)算,可實(shí)時(shí)在線(xiàn)監(jiān)測(cè)發(fā)電機(jī)組汽輪機(jī)流量特性,測(cè)量結(jié)果與實(shí)際試驗(yàn)結(jié)果相吻合。該方法無(wú)需向電網(wǎng)調(diào)度部門(mén)申請(qǐng)?jiān)囼?yàn)負(fù)荷,減少了運(yùn)行人員頻繁操作調(diào)整等步驟,為汽輪機(jī)流量特性?xún)?yōu)化提供了可靠測(cè)量結(jié)果。