梁偉平，張超峰，史劉陽

(華北電力大學(xué)，河北 保定　071003)

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火電機(jī)組專家評(píng)分系統(tǒng)的研究與開發(fā)

梁偉平，張超峰，史劉陽

(華北電力大學(xué)，河北 保定071003)

針對(duì)火電機(jī)組冷態(tài)啟動(dòng)時(shí)間長(zhǎng)、過程復(fù)雜、監(jiān)控評(píng)分難等一系列問題，提出了一種“分解-綜合”的方法，并用以開發(fā)了面向火電機(jī)組自動(dòng)評(píng)分系統(tǒng)。評(píng)分規(guī)則客觀公正，實(shí)時(shí)地反映出操作人員的熟練程度。開發(fā)出來的系統(tǒng)已經(jīng)成功應(yīng)用于仿真機(jī)，具有廣泛的應(yīng)用前景。

火電機(jī)組；仿真機(jī)；評(píng)分系統(tǒng)；冷態(tài)啟動(dòng)

0　引言

隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和科學(xué)技術(shù)的不斷進(jìn)步，對(duì)電力的需求不斷增長(zhǎng)，大量新機(jī)組已經(jīng)開始建設(shè)或完成，電力生產(chǎn)等工業(yè)過程已步入連續(xù)化、自動(dòng)化、集成化、智能化發(fā)展時(shí)代，加之人們對(duì)電力生產(chǎn)等工業(yè)過程提出了高產(chǎn)、低耗、安全等要求，因此對(duì)電站運(yùn)行的要求越來越高[1]。目前，電站仿真機(jī)已經(jīng)趨于成熟，可以用來培訓(xùn)電站運(yùn)行人員。一個(gè)完整的電站仿真機(jī)具有結(jié)構(gòu)龐大、數(shù)據(jù)復(fù)雜、操作參數(shù)多樣等特點(diǎn)，對(duì)現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行人員技術(shù)的要求非常高，因此，前期培訓(xùn)中對(duì)操作人員的評(píng)價(jià)尤為重要[2]。傳統(tǒng)的火電機(jī)組評(píng)分是基于電廠教練員觀察并記錄相應(yīng)的操作過程，完全基于教練員的主觀感覺對(duì)培訓(xùn)人員進(jìn)行評(píng)價(jià)，有時(shí)存在非常大的誤差。而火電機(jī)組評(píng)分系統(tǒng)則能夠比較客觀地對(duì)培訓(xùn)人員進(jìn)行評(píng)價(jià)，提高了培訓(xùn)效率。

1　火電機(jī)組評(píng)分系統(tǒng)

1.1過程分解

由于火電機(jī)組是一個(gè)十分龐大復(fù)雜的系統(tǒng)，在啟動(dòng)過程中不同的人對(duì)設(shè)備的操作存在較大差異，因此，火電機(jī)組評(píng)分系統(tǒng)必須依照教練員的要求以及現(xiàn)場(chǎng)情況設(shè)定，從而實(shí)現(xiàn)設(shè)備及參數(shù)間的協(xié)調(diào)。如何科學(xué)合理判斷操作的正確性以及安排各個(gè)操作之間分值則尤為重要。

對(duì)一個(gè)復(fù)雜的系統(tǒng)進(jìn)行分析時(shí)，往往將其拆分成若干個(gè)子系統(tǒng)，拆分后的子系統(tǒng)仍可分解成更簡(jiǎn)單的子系統(tǒng)，而火電機(jī)組系統(tǒng)則是依據(jù)操作過程進(jìn)行拆分。一個(gè)完整的冷態(tài)啟動(dòng)操作過程大致分為以下幾個(gè)二級(jí)子過程：投入輔助系統(tǒng)、鍋爐上水、點(diǎn)火前準(zhǔn)備工作、鍋爐點(diǎn)火及升溫升壓過程、沖轉(zhuǎn)過程、并網(wǎng)過程、切缸過程、升溫升壓過程等。而相應(yīng)的二級(jí)子過程又可依次往下分解成更小的子級(jí)過程,例如，二級(jí)子過程鍋爐上水可分為潤(rùn)滑油操作、給水系統(tǒng)操作、鍋爐汽水操作等三級(jí)子過程。而火電機(jī)組評(píng)分系統(tǒng)評(píng)價(jià)操作員得分則是依據(jù)從最小子級(jí)過程到一級(jí)過程的逐步得分而進(jìn)行累加[3]。此過程稱為“分解-綜合”，如圖1所示。

圖1　火電機(jī)組冷態(tài)啟動(dòng)“分解-綜合”示意

1.2知識(shí)庫建立

規(guī)則庫中的專家知識(shí)必須以電廠的實(shí)際運(yùn)行規(guī)程為基礎(chǔ)，并結(jié)合仿真教練員的現(xiàn)場(chǎng)工作經(jīng)驗(yàn)總結(jié)得出。每條知識(shí)就是一個(gè)結(jié)構(gòu)體，里面包括點(diǎn)名、點(diǎn)名說明、點(diǎn)類型、點(diǎn)值、分值權(quán)重等。對(duì)于某些過程操作，只有當(dāng)知識(shí)庫中的限制條件滿足時(shí)才能往下進(jìn)行，這些限制條件往往是閥門開關(guān)或者模擬量的實(shí)際值。例如，600 MW機(jī)組鍋爐上水過程中，只有當(dāng)凝汽器水位上升到950 mm時(shí)才能打開凝結(jié)水泵，如果凝汽器水位低于設(shè)定值時(shí)打開凝結(jié)水泵，那么此步的分值會(huì)相應(yīng)扣除，這些規(guī)則稱為步序規(guī)則。而對(duì)于其他一些過程操作而言，有些操作沒有規(guī)定的順序，只要操作員按照要求進(jìn)行相應(yīng)的操作就會(huì)得分，例如，投入輔助系統(tǒng)時(shí)主要是為鍋爐點(diǎn)火做準(zhǔn)備，主要是一些設(shè)備的啟停，這些規(guī)則稱為條件規(guī)則。規(guī)則庫中建立的是步序規(guī)則和條件規(guī)則，這種確定型的推理機(jī)制可以保證評(píng)分系統(tǒng)客觀反映操作員的水平。這種設(shè)計(jì)既保證考核的靈活性，專家知識(shí)建立清晰，又兼顧解決了考核過程中時(shí)序性問題[4-5]。

過程曲線是某一段時(shí)間內(nèi)某過程變量的變化過程。在機(jī)組的啟動(dòng)過程中，常用主蒸汽溫度、主蒸汽壓力、再熱蒸汽溫度、再熱蒸汽壓力、汽輪機(jī)轉(zhuǎn)速、負(fù)荷等曲線觀察機(jī)組運(yùn)行的情況，因此，可以將過程曲線作為仿真機(jī)評(píng)分系統(tǒng)考核的輔助手段。

1.3推理機(jī)設(shè)計(jì)

推理機(jī)制應(yīng)根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)操作決定。本文采用的是確定型推理機(jī)制，采用該機(jī)制的推理機(jī)能滿足正向推理任務(wù)，推理的策略主要是解決過程中知識(shí)的表達(dá)以及順序。根據(jù)知識(shí)庫中所建立的步序規(guī)則、條件規(guī)則進(jìn)行推理，培訓(xùn)人員在相應(yīng)的操作步驟中如果步序操作錯(cuò)誤則扣除該步分值，即以非對(duì)即錯(cuò)的法則進(jìn)行評(píng)判。實(shí)際考核中，推理機(jī)的結(jié)束依賴于過程操作結(jié)束或者強(qiáng)制結(jié)束[4]。

1.4曲線分值計(jì)算

在計(jì)算分值時(shí)，需要實(shí)時(shí)檢測(cè)操作員操作的實(shí)際過程變量值與設(shè)定曲線之間的偏差，并利用對(duì)偏差積分的原理求偏差面積，其公式如下：

式中:Y1t為t時(shí)刻變量的實(shí)際值；Y2t為t時(shí)刻標(biāo)準(zhǔn)曲線的參數(shù)值；et為標(biāo)準(zhǔn)曲線所允許的偏差；T為總考核時(shí)間；Δt為時(shí)間間隔。

圖2　火電機(jī)組運(yùn)行曲線考核原理示意

2　軟件實(shí)現(xiàn)

火電機(jī)組評(píng)分系統(tǒng)的研發(fā)是面向控制對(duì)象的，因此研發(fā)基于C++6.0(基于Windows操作系統(tǒng)的可視化集成開發(fā)環(huán)境)并結(jié)合圖形用戶界面(GUI)的特性，通過共享內(nèi)存讀取模型側(cè)的過程變量值。

啟動(dòng)火電機(jī)組仿真系統(tǒng)之后，依次載入算法和模型，啟動(dòng)時(shí)選擇相應(yīng)的登錄權(quán)限并輸入設(shè)定好的密碼就可以啟動(dòng)軟件，評(píng)分系統(tǒng)啟動(dòng)主界面 ，用戶可點(diǎn)擊菜單欄中的快捷鍵或菜單添加所需要的試卷名稱、試題名稱、題目名稱。然后在相應(yīng)題目中建立所需要的規(guī)則，并輸入相應(yīng)的專家知識(shí)?？己饲€具體信息是在路徑下的“主汽溫度.csv”文件中，當(dāng)選擇添加過程曲線時(shí)，程序?qū)⒆詣?dòng)加載路徑下的所有曲線信息。教練員在對(duì)不同的人進(jìn)行考核時(shí)，可以選擇不同的偏差范圍，對(duì)于操作熟練的人可以選擇較小的曲線允許偏差范圍，反之可以選擇較大的偏差范圍。

專家知識(shí)庫輸入如圖3所示，數(shù)據(jù)“0”代表操作過程中實(shí)際開關(guān)如果是關(guān)閉狀態(tài)得分，“1”代表操作過程中實(shí)際開關(guān)是打開狀態(tài)得分，同理可以進(jìn)行模擬量的輸入。邏輯表達(dá)式提供“&”和“|”，分別代表“與”和“或”兩種運(yùn)算，在計(jì)算最終結(jié)果時(shí)，只有邏輯表達(dá)式的最終運(yùn)算為真時(shí)才能得分。

圖3　火電機(jī)組專家知識(shí)庫輸入示意

當(dāng)進(jìn)行操作員考核時(shí)，把冷態(tài)啟動(dòng)中獲得的實(shí)際參數(shù)值與規(guī)則庫中專家知識(shí)的參數(shù)進(jìn)行對(duì)比，確定得分情況。評(píng)價(jià)過程中如果出現(xiàn)失分情況，系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)在相應(yīng)路徑下生成一個(gè)“評(píng)分系統(tǒng)導(dǎo)入錯(cuò)誤記錄.txt”文件，教練員可通過查看這個(gè)文件分析考核人員實(shí)際出現(xiàn)的問題。

3　歷史成績(jī)查詢

此功能主要用來查詢已考核人員的歷史信息。教練員可以依據(jù)姓名、班組、分?jǐn)?shù)分布區(qū)間、開始時(shí)間分布區(qū)間、結(jié)束時(shí)間分布區(qū)間等關(guān)鍵字對(duì)已考核人員的具體信息進(jìn)行查詢。

4　結(jié)論

本文從火電機(jī)組實(shí)際運(yùn)行特點(diǎn)出發(fā)，將以專家系統(tǒng)理論為基礎(chǔ)的火電機(jī)組評(píng)分系統(tǒng)成功應(yīng)用到火電機(jī)組仿真機(jī)培訓(xùn)中，結(jié)構(gòu)上將系統(tǒng)與模型數(shù)據(jù)庫進(jìn)行信息傳輸，此系統(tǒng)憑借對(duì)專家知識(shí)的設(shè)定清晰、修改方便、多樣性使用等特點(diǎn)被推廣到仿真機(jī)中，并能針對(duì)不同的機(jī)組設(shè)置出不同的考核題目，能夠較客觀地評(píng)價(jià)學(xué)員實(shí)際操作水平，減少人為因素的影響，減少了電廠人員培訓(xùn)的工作量。

[1]張海燕. 電站仿真機(jī)評(píng)分系統(tǒng)的圖形化建模研究[J].計(jì)算機(jī)仿真,2010(10):276-278,311.

[2]項(xiàng)曙光,李玉剛,岳金彩.過程仿真培訓(xùn)成績(jī)的自動(dòng)評(píng)定及其實(shí)現(xiàn)(I)——仿真培訓(xùn)成績(jī)的評(píng)分方法[J].計(jì)算機(jī)仿真,1999(1):71-73,35.

[3]王勇.仿真培訓(xùn)中學(xué)員操作技能評(píng)價(jià)模型與自動(dòng)評(píng)價(jià)系統(tǒng)研究[D].保定：華北電力大學(xué),2003.

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(本文責(zé)編：齊琳)

2016-04-15；

2016-05-30

TM 621

B

1674-1951(2016)06-0021-02

梁偉平(1963—)，男，河北承德人，副教授，工學(xué)博士，從事火力發(fā)電廠電動(dòng)機(jī)調(diào)速技術(shù)節(jié)能改造研究、熱工控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及參數(shù)優(yōu)化等方面的工作(E-mail:lwp-123a@VIP.sina.com)。

張超峰(1991—)男，河北邢臺(tái)人，在讀碩士研究生，從事熱工控制系統(tǒng)、智能控制系統(tǒng)研究方面的工作(E-mail:414339459@qq.com)。

史劉陽(1991—)男，河南平頂山人，在讀碩士研究生從事分散控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與開發(fā)方面的工作(E-mail:sly873697256@163.com)。