火電機(jī)組控制性能實(shí)時(shí)監(jiān)測研究

韓洛奇

摘 ? 要：火電機(jī)組的設(shè)計(jì)壽命一般在30年以上，隨著運(yùn)行過程中設(shè)備的損耗和老化，機(jī)組控制系統(tǒng)的部分控制性能也會(huì)出現(xiàn)下降的情況，而控制系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)對于確保機(jī)組安全穩(wěn)定運(yùn)行至關(guān)重要，因此，十分有必要對控制性能進(jìn)行動(dòng)態(tài)監(jiān)測，及時(shí)消除因控制性能下降而導(dǎo)致的運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)。本文總結(jié)了火電機(jī)組控制性能評價(jià)現(xiàn)狀，對比分析了火電機(jī)組控制性能評價(jià)中常用的評價(jià)方法，并重點(diǎn)討論了數(shù)據(jù)挖掘在火電機(jī)組控制性能評價(jià)的應(yīng)用。研究結(jié)果對火電機(jī)組控制性能的實(shí)時(shí)監(jiān)測具有一定指導(dǎo)意義。

關(guān)鍵詞：火電機(jī)組 ?控制性能 ?監(jiān)測

中圖分類號(hào)：TM621 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文章編號(hào)：1674-098X（2019）08（c）-0080-02

火電機(jī)組不僅系統(tǒng)錯(cuò)綜復(fù)雜，而且運(yùn)行環(huán)境以高溫高壓為主，隨著運(yùn)行時(shí)間的積累，設(shè)備性能會(huì)出現(xiàn)損耗和下降的情況。對于火電機(jī)組的控制系統(tǒng)，同樣也存在性能下降的問題。當(dāng)前火電機(jī)組自動(dòng)化水平和集中控制程度日益提高，控制系統(tǒng)影響著火電機(jī)組的方方面面。輕則會(huì)導(dǎo)致運(yùn)行成本上升，設(shè)備損耗加快，嚴(yán)重時(shí)會(huì)給火電機(jī)組的運(yùn)行帶來了嚴(yán)重的安全隱患。因此，對火電機(jī)組控制系統(tǒng)的控制性能進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測和評價(jià)是確?；痣姍C(jī)組安全穩(wěn)定運(yùn)行的重要措施?？梢酝ㄟ^實(shí)時(shí)監(jiān)測及時(shí)發(fā)現(xiàn)控制系統(tǒng)存在的問題并采取應(yīng)對措施，以消除因控制性能下降而導(dǎo)致的損失。當(dāng)前，關(guān)于火電機(jī)組控制方面的研究主要集中在控制方法、控制設(shè)備和控制對象的研究，而且都取得了豐碩的成果，但關(guān)于控制系統(tǒng)控制性能的在線監(jiān)測和評價(jià)方面的研究較少，因此有必要加強(qiáng)對火電機(jī)組控制性能實(shí)時(shí)監(jiān)測和評價(jià)的研究。

1 ?火電機(jī)組控制性能評價(jià)現(xiàn)狀

火電機(jī)組的運(yùn)行涉及多個(gè)環(huán)節(jié)，需要眾多設(shè)備的協(xié)同運(yùn)行。為了實(shí)現(xiàn)設(shè)備間的協(xié)同工作，需要配套復(fù)雜的控制系統(tǒng)。隨著控制技術(shù)研究和應(yīng)用的深入，控制系統(tǒng)發(fā)展得日益完善和復(fù)雜，這使得對控制系統(tǒng)控制性能的評價(jià)變得十分復(fù)雜。目前，雖然已有部分學(xué)者開展了相關(guān)研究，但絕大多數(shù)都是采用最小方差的方式對控制性能進(jìn)行評價(jià)，而在火電機(jī)組的實(shí)際應(yīng)用過程中，該評價(jià)方法存在很多局限，評價(jià)結(jié)果并不能較好的反映出機(jī)組當(dāng)前的控制性能。主要存在以下兩方面問題：

（1）該評價(jià)方法的評價(jià)基準(zhǔn)是基于最小方差控制律推導(dǎo)的，評價(jià)過程和評價(jià)結(jié)果過于理想，而在電廠的實(shí)際運(yùn)行和控制過程中，由于受到眾多因素的影響，控制過程難以達(dá)到理想的狀態(tài)。（2）只有在高斯噪聲擾動(dòng)系統(tǒng)下最小方差評價(jià)方法才能得到較為理想的結(jié)果，而對于火電機(jī)組控制系統(tǒng)中的絕大多數(shù)控制回路，都不能夠滿足高斯噪聲擾動(dòng)的條件，這使得最小方差評價(jià)方法不合適火電機(jī)組控制系統(tǒng)控制性能的在線監(jiān)測和評價(jià)。另外，隨著火電機(jī)組運(yùn)行集成度和智能化水平的提高，運(yùn)行人員對評價(jià)結(jié)果的要求也在不斷提高。單獨(dú)就機(jī)組的某個(gè)控制回路給出的評價(jià)結(jié)果具有明顯的局限性，實(shí)際指導(dǎo)意義并不大，實(shí)際應(yīng)用中更需要綜合多個(gè)控制回路給出綜合的性能評價(jià)結(jié)果。因此，目前已有部分學(xué)者在探索更為合理的控制性能評價(jià)方法，包括性能指標(biāo)全表格評價(jià)法和數(shù)據(jù)挖掘評價(jià)法等，以更好的指導(dǎo)火電機(jī)組的運(yùn)行。

2 ?火電機(jī)組控制性能評價(jià)方法對比分析

對于火電機(jī)組控制性能的實(shí)時(shí)監(jiān)測和評價(jià)主要包括建模和在線評價(jià)。目前，在火電機(jī)組控制性能評價(jià)方面主要有最小方差評價(jià)法、性能指標(biāo)全表格評價(jià)法和基于數(shù)據(jù)挖掘的性能評價(jià)方法，下面將對這三種方法進(jìn)行對比分析。

2.1 最小方差評價(jià)法

最小方差評價(jià)法是火電機(jī)組控制性能評價(jià)中應(yīng)用最早和最常見的方法。其核心思想是通過計(jì)算控制性能實(shí)際測量值與額定值之間的偏差。從整體上來看，偏差越小越好，對于單個(gè)環(huán)節(jié)，偏差程度差異越小越好。最小方差評價(jià)方法的優(yōu)點(diǎn)是比較容易理解和計(jì)算。但在實(shí)際操作過程中，由于涉及到的控制環(huán)節(jié)眾多，需要依托大量的設(shè)計(jì)參數(shù)和運(yùn)行參數(shù)。

2.2 性能指標(biāo)全表格評價(jià)法

性能指標(biāo)全表格評價(jià)法相對也容易理解，通過對火電機(jī)組控制系統(tǒng)的分析，提前歸納出性能評價(jià)的主要指標(biāo)，然后根據(jù)運(yùn)行情況和設(shè)計(jì)參數(shù)對各主要性能指標(biāo)進(jìn)行評分，最后根據(jù)主要指標(biāo)的評分結(jié)果計(jì)算出綜合性能得分。該評價(jià)方法評價(jià)效果的好壞關(guān)鍵取決于主要指標(biāo)的歸納情況和各指標(biāo)的評分標(biāo)準(zhǔn)。

2.3 數(shù)據(jù)挖掘評價(jià)法

隨著數(shù)據(jù)挖掘算法的發(fā)展和廣泛應(yīng)用，在火電機(jī)組的運(yùn)行和控制性能評價(jià)方面，數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)也得到了推廣。對于控制性能的評價(jià)，在火電機(jī)組的運(yùn)行控制過程中會(huì)產(chǎn)生大量數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)可以通過對這些數(shù)據(jù)進(jìn)行分類，找出各性能指標(biāo)與綜合控制性能之間的關(guān)系，然后得到智能訓(xùn)練模型，通過這些訓(xùn)練模型來對火電機(jī)組的控制狀態(tài)進(jìn)行評價(jià)。由于這一評價(jià)方法適用于復(fù)雜的控制系統(tǒng)，因此成為了火電機(jī)組控制性能實(shí)時(shí)監(jiān)測的重要研究和應(yīng)用方向。

3 ?數(shù)據(jù)挖掘在火電機(jī)組控制性能評價(jià)的應(yīng)用

數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)由于依托的是客觀的運(yùn)行數(shù)據(jù)，得出的評價(jià)結(jié)果也相對客觀。數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)的核心在于挖掘算法和挖掘過程的建模，目前較為常用的挖掘算法有神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、支持向量機(jī)等。建模過程中通常需要大量數(shù)據(jù)，而對于火電機(jī)組恰好具備這一條件。由于同類型火電機(jī)組大同小異，火電機(jī)組智能化水平高，運(yùn)行細(xì)節(jié)都有詳細(xì)的數(shù)據(jù)記錄，這就為數(shù)據(jù)挖掘提供了數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。對于火電機(jī)組控制性能的評價(jià)，數(shù)據(jù)挖掘方法主要包括以下步驟：

（1）評價(jià)模型的建模。建模包括兩個(gè)環(huán)節(jié)，首先需要根據(jù)火電機(jī)組控制回路的特點(diǎn)歸納出關(guān)鍵性能指標(biāo)和確定各指標(biāo)的量化標(biāo)準(zhǔn)。其次，需要根據(jù)火電機(jī)組控制性能評價(jià)的需要選取合適的智能算法。（2）評價(jià)模型的訓(xùn)練。建模后需要根據(jù)歷史運(yùn)行數(shù)據(jù)對模型進(jìn)行訓(xùn)練，以確定評價(jià)模型的具體參數(shù)。為保障訓(xùn)練效果，需要首先對歷史樣本數(shù)據(jù)進(jìn)行分類。另外，需要確保樣本的數(shù)量，以保障訓(xùn)練過程進(jìn)行充分。最后，還需要對訓(xùn)練模型進(jìn)行驗(yàn)證，如果驗(yàn)證結(jié)果符合要求，則訓(xùn)練結(jié)束，如果驗(yàn)證結(jié)果不符合要求，則需要重新回到步驟（1）。（3）實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集。為達(dá)到實(shí)時(shí)監(jiān)測的效果，需要對相應(yīng)性能指標(biāo)進(jìn)行測量和數(shù)據(jù)采集，然后實(shí)時(shí)導(dǎo)入訓(xùn)練好的評價(jià)模型。（4）性能診斷。將實(shí)時(shí)采集的運(yùn)行數(shù)據(jù)輸入評價(jià)模型，得出綜合評價(jià)結(jié)果和細(xì)節(jié)評價(jià)結(jié)果。如果某項(xiàng)指標(biāo)超出合理的范圍則提出警告。（5）性能優(yōu)化。對于火電機(jī)組的控制系統(tǒng)，控制性能下降主要原因：①設(shè)計(jì)過程中就存在的設(shè)備結(jié)構(gòu)不合理問題;②控制參數(shù)調(diào)校得不夠穩(wěn)定或者控制器缺乏長期穩(wěn)定性;③控制回路的前饋缺乏或者補(bǔ)償不足;④設(shè)計(jì)過程中存在的控制結(jié)構(gòu)不合理問題。性能優(yōu)化措施主要是消除不合理的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，重新調(diào)教存在問題的關(guān)鍵參數(shù)，更換因長期運(yùn)行而缺乏穩(wěn)定性的控制器，增加控制回路的前饋等。

4 ?結(jié)語

對于火電機(jī)組，控制系統(tǒng)就像神經(jīng)系統(tǒng)。控制系統(tǒng)起著絕對的支配作用，是火電機(jī)組眾多設(shè)備協(xié)同工作的調(diào)配中樞，因此，控制系統(tǒng)對于火電機(jī)組的安全穩(wěn)定運(yùn)行至關(guān)重要。本文圍繞當(dāng)前火電機(jī)組控制性能實(shí)時(shí)監(jiān)測問題展開了分析，對目前常用的控制性能評價(jià)方法進(jìn)行了對比分析，并重點(diǎn)分析了數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)在火電機(jī)組控制性能評價(jià)方面的應(yīng)用。對于火電機(jī)組，運(yùn)行過程中產(chǎn)生了大量的監(jiān)測數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)正好可以充分結(jié)合這一特點(diǎn)，通過深入結(jié)合智能算法，從而更好的指導(dǎo)火電機(jī)組的優(yōu)化運(yùn)行。

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