火電機組控制系統(tǒng)不良測量數(shù)據(jù)校驗方法

　　為提高自動控制水平，國內(nèi)許多大型火電機組幾乎都采用了DCS系統(tǒng)，故使得對生產(chǎn)過程中大量實時數(shù)據(jù)的獲取變得越來越容易。在此基礎(chǔ)上，火電機組性能實時監(jiān)測系統(tǒng)（監(jiān)測系統(tǒng)）逐漸在電廠中得到普及和應(yīng)用。
　　
　　然而由于儀表故障、變送器飄移、接線錯誤等原因，使得從DCS系統(tǒng)采集來的測量數(shù)據(jù)中存在一些不良數(shù)據(jù)，這樣會導(dǎo)致基于這些數(shù)據(jù)開發(fā)的監(jiān)測系統(tǒng)性能下降，甚至造成該系統(tǒng)計算結(jié)果失真或者根本無法工作。因此，對從控制系統(tǒng)（DCS、PLC等）采集來的測量數(shù)據(jù)的檢驗，就成為開發(fā)監(jiān)測系統(tǒng)必須解決的首要問題。
　　
　　本文在開發(fā)的監(jiān)測系統(tǒng)中，對測量數(shù)據(jù)進行了三重校驗，并基于熱工機理模型的方法，對不良數(shù)據(jù)進行重構(gòu)。開發(fā)的測量數(shù)據(jù)處理模塊較好地解決了由于測量數(shù)據(jù)不良帶來的性能計算結(jié)果不準(zhǔn)確問題，并成功地將該技術(shù)應(yīng)用于國內(nèi)某電廠60OMW機組運行優(yōu)化系統(tǒng)，取得了良好的效果。
　　
　　一、不良測量數(shù)據(jù)的校驗方法
　　
　　不良數(shù)據(jù)的校驗包括三方面內(nèi)容：數(shù)據(jù)檢測、不良數(shù)據(jù)定位和重構(gòu)。隨著計算機信息技術(shù)的發(fā)展，不良數(shù)據(jù)的檢驗也引起了國內(nèi)外學(xué)者和研究人員的重視，并且發(fā)展了多種方法:（1）基于硬件冗余的實踐互相判別法;（2）由統(tǒng)計學(xué)發(fā)展而成的基于采樣數(shù)據(jù)時間序列關(guān)系的AR、ARM及Kalman等時間序列預(yù)測模型法[1];（3）基于采樣數(shù)據(jù)的相關(guān)性分析PCA方法[2]等。
　　
　　基于硬件冗余的實踐互相判別法的應(yīng)用前提是需要增加一次元件，這樣會增加監(jiān)測系統(tǒng)投資，對開發(fā)本文所述的監(jiān)測系統(tǒng)顯然不適用;對于AR、ARM及Kalman和PCA方法，雖然它們已經(jīng)形成了較為成熟的預(yù)測模型和計算軟件，但由于前置處理軟件需要耗費大量的計算用時，且這些方法有的僅僅適用于關(guān)鍵參數(shù)的校驗，對電站熱力系統(tǒng)參數(shù)之間普遍存在的相關(guān)性，不能*數(shù)據(jù)檢驗要求，而根據(jù)電站對象物理機理模型建立的基準(zhǔn)參數(shù)預(yù)測法克服了上述方法的不足，能較好解決電站熱力系統(tǒng)不良數(shù)據(jù)的校驗問題，如對汽輪機熱力系統(tǒng)各參數(shù)和通流部分熱力數(shù)據(jù)的校驗等。因此本文采用了這種方法。
　　
　　由電站控制系統(tǒng)采集來的數(shù)據(jù)一般經(jīng)過下列三步校驗（圖1）。　　
　　1.1傳感器信號校驗
　　
　　*，應(yīng)用于電站系統(tǒng)的控制系統(tǒng)（DCS、PLC等）的壓力、溫度、流量、液位、功率、閥位、電量等輸出信號均可以轉(zhuǎn)化為（4～20）mA信號或數(shù)字信號，對應(yīng)該參數(shù)的工程單位量程范圍，數(shù)據(jù)校驗的*步就是對這些參數(shù)進行量程校驗。如果該參數(shù)不在量程范圍內(nèi)，則給出不合格標(biāo)志（越上限、越下限），并對該參數(shù)在當(dāng)前工況下進行重構(gòu)。
　　
　　1.2偏差帶校驗
　　
　　根據(jù)每個測量參數(shù)的物理意義和當(dāng)前工況下的基準(zhǔn)值及確定的偏差帶進行校驗,如超出該偏差帶，則給出不合格標(biāo)志（偏低、偏高），用當(dāng)前工況下的基準(zhǔn)值替代不合格數(shù)據(jù)。在進行偏差帶校驗時，確定代表該工況下的基準(zhǔn)線和測量參數(shù)的相對偏差值是校驗的關(guān)鍵。
　　
　　對電站系統(tǒng)中某一正常運行的設(shè)備，在某一工況下，表示其特性的參數(shù)可以借助于機組zui近一次的熱力性能試驗數(shù)據(jù)，如果沒有該數(shù)據(jù)，也可以根據(jù)制造廠提供的數(shù)據(jù)，通過熱力系統(tǒng)變工況模型計算得到。該標(biāo)準(zhǔn)曲線要根據(jù)機組工況的變化進行動態(tài)修正。
　　
　　偏差帶的確定應(yīng)該考慮由于采樣數(shù)據(jù)的波動，測量值不至于落在該偏差帶外。偏差帶可以初步設(shè)定為該特性參數(shù)基準(zhǔn)值的±（10%～20%）。一般，壓力參數(shù)取下限，溫度參數(shù)取上限。
　　
　　1.3熱力設(shè)備模型校驗
　　
　　電站熱力系統(tǒng)的熱力參數(shù)存在相關(guān)性。以加熱器為例:（1）加熱器水側(cè)出口溫度與加熱器進汽壓力對
　　
　　應(yīng)的飽和溫度、上端差、下游加熱器的下端差相關(guān)，并可以根據(jù)該級加熱器的熱平衡模型，計算得到其應(yīng)達(dá)溫升，以此對該加熱器的出口水溫進行校驗;（2）加熱器進汽壓力與加熱器對應(yīng)的抽汽壓力、抽汽壓損相關(guān);（3）加熱器進汽溫度與加熱器對應(yīng)的抽汽溫度、抽汽壓損以及進加熱器的軸封漏汽參數(shù)相關(guān)。因此，可以根據(jù)這些參數(shù)的相關(guān)性進行互相校驗，對不良數(shù)據(jù)進行重構(gòu)。
　　
　　二、不良數(shù)據(jù)的重構(gòu)
　　
　　當(dāng)測量數(shù)據(jù)按順序經(jīng)過三重有效性檢驗，確定為不合格后，就需要用預(yù)先準(zhǔn)備的替代值進行重構(gòu)，以便減少測量數(shù)據(jù)不良對系統(tǒng)計算結(jié)果精度的影響，確保系統(tǒng)能正常和有效運行。
　　
　　當(dāng)機組運行工況變化時，熱力系統(tǒng)各部分的參數(shù)會相應(yīng)變化，有時變化幅度可能會較大。目前一般采用的用固定值或設(shè)計值將不合格測量數(shù)據(jù)替換的方法，雖然能夠解決由于測量數(shù)據(jù)不良引起的計算結(jié)果失真的問題，但計算結(jié)果的精度會大大降低。
　　
　　在準(zhǔn)備不良數(shù)據(jù)的替代值時，可以采用機組穩(wěn)定工況運行時的熱力數(shù)據(jù)，如可以準(zhǔn)備幾組典型工況下的汽輪機通流部分和熱力系統(tǒng)參數(shù)，表1為某電廠60OMW汽輪機組在不同工況下的穩(wěn)定運行數(shù)據(jù)[3]。　　
　　在實際運行工況下出現(xiàn)一些不良數(shù)據(jù)時，可以根據(jù)這組數(shù)據(jù)由費留格爾公式進行在線計算，得到實際運行工況下各測量數(shù)據(jù)的替代值。
　　
　　因熱力系統(tǒng)低壓部分的壓力測量數(shù)據(jù)受低壓缸排汽壓力影響較大，從表1變工況計算得到的替代值還需要根據(jù)實際低壓缸排汽壓力進行修正。
　　
　　三、準(zhǔn)穩(wěn)態(tài)處理
　　
　　機組在穩(wěn)定工況下運行時，熱力系統(tǒng)的參數(shù)波動較小，對在線性能計算精度一般沒有什么影響，能滿足監(jiān)測系統(tǒng)計算精度要求。然而，當(dāng)機組從一個穩(wěn)定工況變化到另一個穩(wěn)定工況時，機組熱力系統(tǒng)的參數(shù)波動范圍將會變大，如果以瞬時采集來的測量數(shù)據(jù)進行計算，將會使系統(tǒng)的計算結(jié)果出現(xiàn)大幅度波動，這顯然與機組實際運行性能不符。為此，提出了準(zhǔn)穩(wěn)態(tài)數(shù)據(jù)處理的概念。
　　
　　準(zhǔn)穩(wěn)態(tài)處理就是在機組準(zhǔn)穩(wěn)態(tài)過程中，將采集來的測量數(shù)據(jù)在一段時間內(nèi)進行平均，用平均值進行性能計算。首先根據(jù)機組負(fù)荷升降率的設(shè)定值，判斷機組是否處于準(zhǔn)穩(wěn)態(tài)工況。準(zhǔn)穩(wěn)態(tài)工況的標(biāo)志是以機組的負(fù)荷升降率不大于實際控制值，大型機組負(fù)荷升降率一般不大于3%/min，該值應(yīng)視機組具體的負(fù)荷升降率而定。平均值計算時間段的間隔選取，應(yīng)綜合考慮機組的熱慣性、質(zhì)量慣性、DCS系統(tǒng)調(diào)節(jié)品質(zhì)等因素，一般以（1～5）min為宜。如果選取的時間間隔過長，系統(tǒng)的計算結(jié)果較難反映機組當(dāng)前的實際運行水平；反之，系統(tǒng)的計算結(jié)果波動偏大，達(dá)不到準(zhǔn)穩(wěn)態(tài)處理效果。
　　
　　四、結(jié)論
　　
　?。?）本文提出了對火電機組性能實時監(jiān)測系統(tǒng)中原始測量數(shù)據(jù)進行三重校驗的方法，使該系統(tǒng)計算精度和可靠性有了很大提高。
　　
　?。?）采用本文方案構(gòu)建的火電機組性能實時監(jiān)測系統(tǒng)己經(jīng)成功應(yīng)用于60OMW機組運行性能優(yōu)化系統(tǒng)，并取得良好的連續(xù)運行業(yè)績。
　　
　?。?）基于熱力設(shè)備模型的不良數(shù)據(jù)重構(gòu)和準(zhǔn)穩(wěn)態(tài)處理方法，對于開發(fā)火電機組性能實時監(jiān)測系統(tǒng)及相關(guān)系統(tǒng)具有指導(dǎo)意義。