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.中國大唐集團科學(xué)技術(shù)研究總院有限公司華東電力試驗研究院,安徽 合肥 230031)

0 引言

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

因此,如能實時掌握機組汽輪機流量特性,有助于在線指導(dǎo)和優(yōu)化機組運行。通常汽輪機流量特性采用定期人工試驗的手段獲取,由于試驗過程十分復(fù)雜,且影響機組帶負(fù)荷運行。本項目根據(jù)機組實時運行數(shù)據(jù),利用數(shù)據(jù)驅(qū)動的動態(tài)建模方法,建立汽輪機流量特性實時模型,具備實時在線監(jiān)測汽輪機調(diào)門流量特性的能力。

1 數(shù)據(jù)驅(qū)動建模法

1.1 汽輪機進汽相對流量計算

汽輪機進汽流量通常采用質(zhì)量流量或相對流量表示,由于相對流量計算條件相對簡單,計算精度受參數(shù)誤差影響較小,因此本文將其作為汽輪機流量特性的計算依據(jù)。汽輪機進汽相對流量是指機組流量指令與通過汽輪機高調(diào)門的蒸汽流量占機組所有高調(diào)門全開時總流量的百分比。根據(jù)弗留格爾近似公式[3-4],汽輪機進汽相對流量與主蒸汽壓力、主蒸汽溫度、排汽壓力等相關(guān),計算見式(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、后級壓力、溫度和高壓缸排汽壓力。對于超(超)臨界機組,高調(diào)門蒸汽溫度變化較大,應(yīng)加以修正。

根據(jù)式(1)可計算不同流量指令下對應(yīng)的進汽流量,并建立汽輪機調(diào)門流量特性。

1.2 數(shù)據(jù)驅(qū)動建模

結(jié)合相對流量計算法,建立數(shù)據(jù)驅(qū)動模型,采集機組汽輪機流量特性實時數(shù)據(jù),數(shù)據(jù)包括主蒸汽壓力、高調(diào)門開度、排汽壓力、機組流量指令等。由于機組運行實時數(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,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)最小絕對誤差準(zhǔn)則對數(shù)據(jù)中值進行濾波;通過工況篩選,選取適合建模的工況數(shù)據(jù),最后建立汽輪機流量特性模型。本文采用數(shù)據(jù)驅(qū)動建模方法包括數(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

由于實時數(shù)據(jù)具有樣本體量大、數(shù)據(jù)價值密度低等特點,在進行數(shù)學(xué)建模前,必須對實時數(shù)據(jù)進行預(yù)處理,以減小噪聲對建模的影響。

a.剔除冗余數(shù)據(jù)及不準(zhǔn)確值

實際生產(chǎn)運行中的大數(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,為了減少計算量,提高計算精度,將這些數(shù)據(jù)濾除,濾除規(guī)則如下：以機組流量指令測點為依據(jù),當(dāng)相鄰2個樣本間的機組流量指令偏差絕對值小于閾值時,視為2個樣本相同,刪除其中1個。

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,若不進行數(shù)據(jù)處理,對信息深度挖掘?qū)a(chǎn)生較大影響,會陷入局部極值點。中值濾波[5]是基于排序統(tǒng)計理論的一種能有效抑制噪聲的非線性信號處理技術(shù),其基本原理是把數(shù)字序列中1點的值用該點的1個鄰域中各點值的中值代替,讓周圍數(shù)值接近真實值,從而消除孤立噪聲點。

對于汽輪機流量特性大數(shù)據(jù)中,涉及壓力、負(fù)荷、開度、溫度等大量模擬信號。應(yīng)用中值濾波進行數(shù)據(jù)平滑化處理,取長度為3的數(shù)據(jù)序列,計算見式(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

汽輪機流量特性涉及的參數(shù)包括主蒸汽壓力、各調(diào)門開度、級后壓力、機組流量指令等[6-7]。由于大數(shù)據(jù)中數(shù)據(jù)量大、價值低,若直接從大數(shù)據(jù)中提取這些參數(shù),所測量的流量特性失真嚴(yán)重,無法利用。因此,需要進一步通過特征挖掘的方式,提取關(guān)鍵數(shù)據(jù),提升數(shù)據(jù)價值。

將分類思想應(yīng)用于特征挖掘,在不同運行工況下,對數(shù)據(jù)樣本的核心參數(shù)進行分段分類篩選,同時引入干擾項,如對負(fù)荷起一定作用的一次調(diào)頻量[8-9]。特征篩選時將存在干擾項的工況數(shù)據(jù)剔除,提高數(shù)據(jù)精確度。按照機組負(fù)荷的變化工況分類,篩選出適合建模的樣本數(shù)據(jù)。機組負(fù)荷的變化工況主要依據(jù)當(dāng)前機組的主蒸汽壓力、機組負(fù)荷、機組負(fù)荷指令的變化情況進行判斷。通過上述特征挖掘技術(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)閥門流量計算公式,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)計算得到的相對流量;D為機組流量指令;E為一次調(diào)頻功率的干擾項;L為機組負(fù)荷。

機組運行工況一般分為穩(wěn)態(tài)和動態(tài),汽輪機流量特性需要采集機組連續(xù)變負(fù)荷工況的數(shù)據(jù),因此根據(jù)機組負(fù)荷變化情況,實時篩選出機組在連續(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)門流量特性和汽輪機流量特性數(shù)學(xué)模型。影響流量特性測量的因素有很多,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 流量特性動態(tài)測量技術(shù)應(yīng)用

該機組汽輪機為東方汽輪機有限責(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、八級回?zé)岢槠狡啓C。應(yīng)用本文數(shù)據(jù)驅(qū)動下的汽輪機流量特性動態(tài)測量技術(shù),通過機組實時運行數(shù)據(jù),對汽輪機單閥流量特性和順序閥流量特性進行挖掘和分析。實時數(shù)據(jù)采集周期為1 s,實時動態(tài)測量機組高調(diào)門流量特性采集參數(shù)包括機組負(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)門后蒸汽壓力、高壓調(diào)門開度指令及反饋、機組負(fù)荷等。

2.1 高調(diào)門流量特性測量結(jié)果

采集機組一段時間的運行數(shù)據(jù),基于數(shù)據(jù)驅(qū)動建模法動態(tài)測量高調(diào)門CV1和CV2的流量特性[10],數(shù)據(jù)驅(qū)動建模測量結(jié)果如圖1、圖2所示。為了對比數(shù)據(jù)驅(qū)動建模算法計算結(jié)果的準(zhǔn)確性,測得CV1、CV2在30%～100%調(diào)門開度區(qū)間的流量特性見圖1、圖2。數(shù)據(jù)驅(qū)動建模法的結(jié)果存在一定噪聲信號影響,高調(diào)門流量特性曲線總體特性趨勢完整,能夠反映調(diào)門全行程整體特性,與試驗曲線基本吻合。

圖1 CV1流量特性對比

圖2 CV2流量特性對比

由圖1、圖2可知,當(dāng)CV1和CV2調(diào)門開度在0%～15%時,流量基本為0,調(diào)門死區(qū)較大;當(dāng)CV1和CV2調(diào)門開度在60%以上時,流量基本達到上限;當(dāng)調(diào)門開度在20%～45%時,流量特性線性度較好。

2.2 汽輪機流量特性測量結(jié)果

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

圖3 汽輪機流量特性對比

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

3 結(jié)語

本文提出數(shù)據(jù)驅(qū)動建模的汽輪機流量特性動態(tài)測量技術(shù),有效拓寬了流量特性的測取區(qū)間,特別是在低負(fù)荷甚至是深度調(diào)峰區(qū)間,仍能測取機組流量特性,通過數(shù)據(jù)驅(qū)動模型計算,可實時在線監(jiān)測發(fā)電機組汽輪機流量特性,測量結(jié)果與實際試驗結(jié)果相吻合。該方法無需向電網(wǎng)調(diào)度部門申請試驗負(fù)荷,減少了運行人員頻繁操作調(diào)整等步驟,為汽輪機流量特性優(yōu)化提供了可靠測量結(jié)果。