火電廠熱控系統(tǒng)控制性能評(píng)價(jià)分析

王玉海 楊 靜 楊艷宏

（內(nèi)蒙古國(guó)電能源投資有限公司錫林熱電廠，內(nèi)蒙古自治區(qū) 錫林郭勒盟 026000）

1 概述

隨著電力系統(tǒng)規(guī)模的擴(kuò)大以及工業(yè)自動(dòng)化控制技術(shù)的飛速發(fā)展，對(duì)于火電廠熱控系統(tǒng)的控制要求也越來(lái)越高；另一方面，火電廠熱控系統(tǒng)在長(zhǎng)期的運(yùn)行過程中，必然會(huì)發(fā)生部件老化、性能下降等現(xiàn)象，因此如何通過對(duì)熱控系統(tǒng)的過程控制數(shù)據(jù)實(shí)現(xiàn)對(duì)熱控系統(tǒng)性能的評(píng)價(jià)，成為目前保障熱控系統(tǒng)穩(wěn)定可靠工作運(yùn)行的主要技術(shù)難題之一。

本論文主要結(jié)合火電廠熱控系統(tǒng)的控制性能特點(diǎn)，詳細(xì)分析探討熱控系統(tǒng)性能評(píng)價(jià)的方法以及應(yīng)用，以期從中能夠找到合理有效的面向火電廠熱控系統(tǒng)的控制性能評(píng)價(jià)方法與模式，并以此和廣大同行分享。

2 火電廠熱控系統(tǒng)性能評(píng)價(jià)概述

(1)火電廠熱控系統(tǒng)性能特點(diǎn)

火電廠由于生產(chǎn)的需要，對(duì)于電力生產(chǎn)的整個(gè)過程往往需要很多熱控設(shè)備經(jīng)過復(fù)雜的熱控過程管理才能夠?qū)崿F(xiàn)相關(guān)的生產(chǎn)，因此，必須要對(duì)火電廠熱控系統(tǒng)的過程進(jìn)行管理分析。火電廠熱控系統(tǒng)的性能特點(diǎn)主要表現(xiàn)在以下兩個(gè)方面：

① 熱控系統(tǒng)過程復(fù)雜，過程管理難度較大

火電廠熱控設(shè)備的控制過程普遍比較復(fù)雜，多數(shù)熱控設(shè)備借助于眾多的控制參數(shù)以及成熟的控制算法實(shí)現(xiàn)對(duì)熱控過程的管理，即使是對(duì)于目前應(yīng)用最成熟的PID控制算法而言，其熱控系統(tǒng)的過程管理也無(wú)法實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)的控制，因此，目前火電廠的熱控系統(tǒng)過程復(fù)雜，難以實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確的熱控系統(tǒng)性能評(píng)價(jià)。

② 熱控系統(tǒng)性能穩(wěn)定性較差，易發(fā)生潛在故障

以火電廠最普通的熱控管理控制對(duì)象--鍋爐汽包水平衡的控制為例，其熱控系統(tǒng)的過程復(fù)雜相對(duì)簡(jiǎn)易一些，但是即使是鍋爐汽包水的平衡位置，其控制穩(wěn)定性也較差，鍋爐汽包水的相關(guān)零部件極易發(fā)生故障，成為火電廠熱控系統(tǒng)故障率最高的設(shè)備之一。由此可見，火電廠的熱控設(shè)備及熱控系統(tǒng)其控制穩(wěn)定性較差，易發(fā)生潛在故障，因而難以實(shí)現(xiàn)恒定的評(píng)價(jià)。

(2)火電廠熱控系統(tǒng)性能評(píng)價(jià)現(xiàn)狀

結(jié)合上述對(duì)火電廠熱控系統(tǒng)性能的特點(diǎn)分析，可以發(fā)現(xiàn)，火電廠熱控系統(tǒng)性能評(píng)價(jià)實(shí)施起來(lái)難度較大，不僅僅是因?yàn)闊峥剡^程較為復(fù)雜，而且過程管理控制的參數(shù)變量較多，控制精度較差，因此試圖通過海量數(shù)據(jù)的監(jiān)測(cè)分析進(jìn)而對(duì)熱控系統(tǒng)性能做出客觀評(píng)價(jià)，是十分困難的。目前應(yīng)用的較為普遍和成熟的性能評(píng)價(jià)方法主要是最小方差性能評(píng)價(jià)，但是最小方差評(píng)價(jià)作為一種目前最好的評(píng)價(jià)策略，從這個(gè)意義上說，沒有一種控制器可提供更小的方差。但由于這種評(píng)價(jià)模式所需要配備的控制器的魯棒性性能不好以及要求過多的控制動(dòng)作，因此在實(shí)踐中并不推薦使用這種評(píng)價(jià)策略。

3 火電廠熱控系統(tǒng)控制性能評(píng)價(jià)分析

3.1 性能評(píng)價(jià)方法對(duì)比分析

目前比較通用的性能評(píng)價(jià)方法主要有性能指標(biāo)全表格評(píng)價(jià)法、最小方差評(píng)價(jià)法，以及新發(fā)展起來(lái)的基于數(shù)據(jù)挖掘的性能評(píng)價(jià)方法，下面逐一進(jìn)行對(duì)比分析。

(1)性能指標(biāo)全表格評(píng)價(jià)法

性能指標(biāo)全表格評(píng)價(jià)法是采用分項(xiàng)分等級(jí)的記錄辦法，將性能評(píng)價(jià)所需要的各個(gè)指標(biāo)羅列在一張表中，根據(jù)對(duì)熱控系統(tǒng)的檢測(cè)進(jìn)行分項(xiàng)打分，根據(jù)最后的得分記錄情況對(duì)熱控系統(tǒng)進(jìn)行評(píng)價(jià)，并根據(jù)得分的情況對(duì)熱控系統(tǒng)進(jìn)行有針對(duì)性的優(yōu)化改進(jìn)。

(2)最小方差評(píng)價(jià)法

最小方差法是一種單方程估計(jì)法，其基本思想是選擇使殘差平方和之比達(dá)到最小的Δ為結(jié)構(gòu)參數(shù)向量βΔ的估計(jì)值，進(jìn)而得到Γ1的估計(jì)值Δ，則稱Δ和Δ為最小方差比估計(jì)量。這種評(píng)價(jià)方法需要借助海量的性能監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)實(shí)現(xiàn)，因此這種評(píng)價(jià)方法數(shù)據(jù)處理量較大，實(shí)際操作起來(lái)有一定難度。

(3)數(shù)據(jù)挖掘評(píng)價(jià)法

數(shù)據(jù)挖掘評(píng)價(jià)法是通過對(duì)熱控系統(tǒng)控制性能的基礎(chǔ)指標(biāo)進(jìn)行檢測(cè)，根據(jù)對(duì)指標(biāo)的分類檢測(cè)結(jié)果，結(jié)合預(yù)先建立的推理規(guī)則對(duì)指標(biāo)結(jié)果數(shù)據(jù)進(jìn)行挖掘，從而從中找到隱藏在數(shù)據(jù)結(jié)果背后的實(shí)質(zhì)性規(guī)律。數(shù)據(jù)挖掘評(píng)價(jià)需要處理的數(shù)據(jù)量較小，因此實(shí)際操作起來(lái)具有一定優(yōu)勢(shì)，是目前重點(diǎn)發(fā)展和應(yīng)用的一種評(píng)價(jià)方法。

3.2 數(shù)據(jù)挖掘在熱控系統(tǒng)性能評(píng)價(jià)分析中的應(yīng)用

如上文分析所述，數(shù)據(jù)挖掘并不是通過對(duì)海量數(shù)據(jù)的分析來(lái)做出性能評(píng)價(jià)，而是依靠對(duì)基本的信息的關(guān)聯(lián)性分析，進(jìn)而對(duì)熱控系統(tǒng)的控制性能做出評(píng)價(jià)，這是一種數(shù)據(jù)處理量較小、評(píng)價(jià)較為客觀的評(píng)價(jià)策略。下面具體結(jié)合數(shù)據(jù)挖掘的實(shí)際應(yīng)用對(duì)該評(píng)價(jià)策略進(jìn)行分析。

對(duì)于熱控系統(tǒng)的性能評(píng)價(jià)策略，這里結(jié)合實(shí)際的鍋爐汽包水平衡熱控系統(tǒng)的控制性能為研究對(duì)象，結(jié)合特征信息知識(shí)化推理的規(guī)則給出實(shí)際應(yīng)用分析。如下圖所示，是經(jīng)過性能評(píng)價(jià)信息提取和知識(shí)庫(kù)規(guī)則化處理之后的性能指標(biāo)基礎(chǔ)信息表。

圖1 性能指標(biāo)基礎(chǔ)信息數(shù)據(jù)整理圖

如第一條數(shù)據(jù)表示的含義為：代號(hào)為100010的性能指標(biāo)，指標(biāo)特征數(shù)為Al(0-5)，指標(biāo)符合度為X2(一般)，指標(biāo)等級(jí)為Z1(輕微)，性能評(píng)定的優(yōu)劣程度為Pl(及格)。每一條記錄表示為一個(gè)故障事務(wù)，把圖1的完整結(jié)果導(dǎo)成Excel文件格式，即為整個(gè)熱控系統(tǒng)的性能評(píng)價(jià)指標(biāo)信息知識(shí)庫(kù)，作為性能評(píng)價(jià)的數(shù)據(jù)源。

在最小支持度為12%，最小可信度為50%的情況下，對(duì)性能評(píng)價(jià)系統(tǒng)進(jìn)行規(guī)則學(xué)習(xí)和推理，可以得到24條性能評(píng)價(jià)規(guī)則，其中部分結(jié)果如下表所示：

?

對(duì)上表的部分結(jié)果進(jìn)行分析如下：

①規(guī)則2：Z3，P4→X3，支持度為14.815%，可信度為80%。

此規(guī)則的意思是：具有重度性能指標(biāo)特征信息符合度的汽包水平衡控制系統(tǒng)有80%評(píng)價(jià)結(jié)果是處于優(yōu)秀等級(jí)，這表明具有高符合度的指標(biāo)特征信息，同時(shí)具有較高指標(biāo)等級(jí)的熱控類型，容易被數(shù)據(jù)挖掘系統(tǒng)辨識(shí)并評(píng)價(jià)出來(lái)可信的結(jié)果。

②規(guī)則 4：A3→P3，支持度為 14.815%，可信度為57.413%。

此規(guī)則的意思是：指標(biāo)特征數(shù)在A3等級(jí)的熱控系統(tǒng)有57.413%評(píng)價(jià)結(jié)果處于良好的性能狀態(tài)，這表明指標(biāo)特征數(shù)在A3等級(jí)的性能評(píng)價(jià)指標(biāo)由于指標(biāo)特征信息較多，必然有較多特征信息符合度高，因而被評(píng)價(jià)為性能良好的等級(jí)。

由上述的分析可以預(yù)見，基于數(shù)據(jù)挖掘的熱控性能評(píng)價(jià)系統(tǒng)中的推理規(guī)則和智能評(píng)價(jià)應(yīng)用對(duì)于火電廠熱控系統(tǒng)的控制性能評(píng)價(jià)是非常有幫助的，應(yīng)該大力發(fā)展面向數(shù)據(jù)挖掘的熱控系統(tǒng)性能評(píng)價(jià)機(jī)制與應(yīng)用策略。

結(jié)語(yǔ)

火電廠熱控系統(tǒng)控制性能對(duì)于火電廠熱控設(shè)備的穩(wěn)定可靠運(yùn)行，以及確保整個(gè)火電廠的安全生產(chǎn)具有重要的影響作用，本論文結(jié)合熱控系統(tǒng)的性能特點(diǎn)對(duì)熱控系統(tǒng)的控制性能評(píng)價(jià)方法作出了分析探討，并結(jié)合實(shí)際的案例深入探討了數(shù)據(jù)挖掘在性能評(píng)價(jià)上的優(yōu)越性，對(duì)于進(jìn)一步提高熱控系統(tǒng)性能評(píng)價(jià)的科學(xué)性及可靠性具有較好的借鑒指導(dǎo)意義，因而本論文的研究結(jié)論是值得大力推廣和應(yīng)用的，當(dāng)然，更多更合理可靠的熱控性能評(píng)價(jià)方法還依賴于廣大熱控專業(yè)管理人員的共同努力，才能夠最終實(shí)現(xiàn)火電廠熱控系統(tǒng)過程控制管理的可靠。

[1]陳耀，羅曉，孫優(yōu)閑.過程控制工程中的若干問題[J].基礎(chǔ)自動(dòng)化，2002，4(9):1-2.

[2]程巖，黃梯.信息系統(tǒng)中一種面向粗糙集的數(shù)據(jù)挖掘方法[J].情報(bào)學(xué)報(bào)，2001，20(1):90-99.

[3]袁春曉.先進(jìn)控制技術(shù)在電廠過熱汽溫控制中的應(yīng)用研究[D].杭州:浙江大學(xué)，2005.