田 際,馮庭有,單 婕,江志宏,顏景博

(華能東莞燃機熱電有限責任公司,廣東 東莞 523590)

由于全廠單元機組的復雜性越來越高,因此需加強對全廠單元機組周界的監(jiān)控。結合智能信息化特征分析和數據處理技術,采用信息化管理、大數據分析方法和智能控制技術,構建全廠單元機組周界監(jiān)控的大數據分析模型,通過模糊度檢測,實現對全廠單元機組周界監(jiān)控系統(tǒng)設計,提高全廠單元機組周界監(jiān)控系統(tǒng)的輸出穩(wěn)定性和自適應性[1]。研究相關的全廠單元機組周界監(jiān)控系統(tǒng)設計方法,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,可以構建參數信息解析模型,并采用視頻參數監(jiān)控和大數據信息融合監(jiān)控方法,實現對環(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]、基于聯合參數識別的全廠單元機組周界監(jiān)控方法[4]、基于自適應參數尋優(yōu)的全廠單元機組周界監(jiān)控方法[5]等,這些方法均通過構建全廠單元機組周界監(jiān)控的參數辨識和特征信息分布控制模型,采用耦合參數識別和自適應特征分布式融合的方式,實現全廠單元機組周界監(jiān)控。但是傳統(tǒng)方法的適應度水平不高,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)設計方法。

1 全廠單元機組周界監(jiān)控參數分析和特征提取

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據收集設備,為了從不同的參數維度獲取更多的信息,提高周界狀態(tài)的準確性和完整性,通過構建約束參數模型,采用MIS模型參數融合方法,將采集到的不同參數進行融合,形成一個綜合的參數數據集,實現對全廠單元機組周界監(jiān)控參數融合和擴展信息分析[6],從而更好地利用已有參數數據,避免重復投入。同時,對于數據不足或缺失,可以利用該方法進行融合和填充,以實現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)控總體結構如圖1所示。

圖1 全廠單元機組周界監(jiān)控系統(tǒng)總體結構

根據圖1所示的全廠單元機組周界監(jiān)控系統(tǒng)結構,采用多維參數約束控制方法,構建全廠單元機組周界監(jiān)控系統(tǒng)的聯合特征分布集,得到頻域特征參數分布,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)控參數融合,采用逆變器濾波電容特征分析方法,構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。根據上述分析,采用二次調頻參數控制方法,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,構建全廠單元機組周界監(jiān)控系統(tǒng)的聯合特征參數分析模型,結合離散化后的數字控制和分區(qū)調度方法,在全廠單元機組并聯系統(tǒng)處于孤島運行時,得到并聯參數融合和特征聚類模型[10],采用動態(tài)響應控制方法,得到全廠單元機組周界監(jiān)控系統(tǒng)的聯合特征參數M為:

M=j+K0+a(d)

(4)

式中:j為全廠單元機組周界的網側濾波電感信息參數,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,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制深度;a(d)為全廠單元機組周界監(jiān)控的聯合特征分布融合聚類函數。

采用電網母線電壓分布式融合方法,構建全廠單元機組周界監(jiān)控系統(tǒng)的內模參數控制模型,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)的內模參數控制模型,θ為重復控制的內模系數,y(n)為二次調頻參數。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,結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)轉移概率a(uc)為:

(6)

式中:?vi和βvi為通過多源參數融合結果構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)的輸出聯合特征參數結果為:

P=nCj+rm+a(uc)

(7)

式中:P為視頻特征參數融合結果,nCj為全廠單元機組周界監(jiān)控系統(tǒng)的自適應權重,rm為閉環(huán)傳遞函數。提取全廠單元機組周界監(jiān)控系統(tǒng)的聯合特征參數,通過多維空間重組,實現對全廠單元機組周界監(jiān)控系統(tǒng)的視頻特征參數融合分析。

2 全廠單元機組周界監(jiān)控系統(tǒng)優(yōu)化設計

2.1 MIS模型參數識別

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)的聯合規(guī)范性特征,采用組合單元控制的方法,構建MIS適應度分析模型,得到MIS模型控制的自適應學習目標函數式:

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

(8)

式中:Va(w)為MIS模型控制的自適應學習目標函數,n1為全廠單元機組周界監(jiān)控系統(tǒng)訪問控制參數,i(z)為基于優(yōu)化自適應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,l為全廠單元機組周界控制系統(tǒng)的模板參數。

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

G=Va(w)+l+ξ

(9)

式中:G為輸出參數尋優(yōu)結果,ξ為均衡控制參數。根據獲取的輸出參數尋優(yōu)結果,實現全廠單元機組周界監(jiān)控過程的自適應訪問控制,提高MIS模型參數識別能力。

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的情況下,通過諧波電流參數分布,分析全廠單元機組周界監(jiān)控的穩(wěn)態(tài)參數,結合穩(wěn)態(tài)特征解析控制方法,得到聯合參數過濾模型,結合冗余度特征分布式檢測方法,構建尋優(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)參數分布矩陣W:

(10)

式中:A為基波和各次諧波處的幅值參數檢測結果,q(m)為全廠單元機組周界監(jiān)控系統(tǒng)模糊度分辨函數。系統(tǒng)開關元件的開關狀態(tài)可以控制信號的轉換,在開關周期內,通過反饋參數調節(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模型參數調制函數,ur為高次諧振頻率參數。根據式(11),結合增益控制和自適應的特征分集方法,建立全廠單元機組周界監(jiān)控系統(tǒng)的聯合特征分析模型,得到聯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)控輸出的聯合特征參數。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分布解析,進行全廠單元機組周界監(jiān)控系統(tǒng)設計,系統(tǒng)優(yōu)化結構如圖2所示。

圖2 全廠單元機組周界監(jiān)控系統(tǒng)優(yōu)化結構圖

3 實驗分析

選取某熱電廠作為研究對象,根據該實例設計實驗,驗證本文方法在實現全廠單元機組周界監(jiān)控及優(yōu)化控制中的應用性能。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,機組從電網中吸收電能的數量和向電網注入的電能的數量之差一般不大于5 MW·h。根據上述參數,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/儲協調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的穩(wěn)定性。通過設定不同的頻率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和可靠性。選取文獻[5]基于電力敏感客戶預測模型的監(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)控事件的響應速度。為進一步驗證所提方法的應用有效性,將監(jiān)控時間作為評價指標,設計測試實驗,得到對比結果見表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)設計方法,采用MIS模型參數融合方法實現參數融合和擴展信息分析,結合離散化后的數字控制和分區(qū)調度方法,得到全廠單元機組并聯參數融合和特征聚類模型,通過諧波電流參數分布解析,進行全廠單元機組周界監(jiān)控設計。實驗驗證結果顯示,采用本文方法設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。