火電廠環(huán)保設施智能化診斷平臺的應用

徐建剛 朱宇翔 王 薇 錢鑫 楊劍斌

上海申欣環(huán)保實業(yè)有限公司

1 概述

隨著互聯(lián)網(wǎng)和信息化技術的發(fā)展，電廠紛紛建立了信息化管理系統(tǒng)，在機組運行中積累了不同工況下大量的運行數(shù)據(jù)。為了充分運用這些歷史數(shù)據(jù)進行分析，尋找特定工況下相對最優(yōu)的數(shù)據(jù)，以對照實時工況，為運行提供參考[1,2]。

環(huán)保節(jié)能智能診斷系統(tǒng)是一個環(huán)保設施信息化管理系統(tǒng)，具備數(shù)據(jù)比較功能、大數(shù)據(jù)診斷模型功能和基于大數(shù)據(jù)分析脫硫系統(tǒng)節(jié)能達標運行智能操作指導的功能。

本軟件通過分布各個現(xiàn)場的數(shù)據(jù)以VPN+Internet方式，將現(xiàn)場數(shù)據(jù)傳送至公司數(shù)據(jù)庫。數(shù)據(jù)引入除沿用現(xiàn)場單向讀取DCS數(shù)據(jù)方式外，增加了SIS系統(tǒng)數(shù)據(jù)的單向讀取和外部數(shù)據(jù)的導入方式，使系統(tǒng)的實用性更強大。系統(tǒng)將煤種信息、石灰石及脫硫添加劑等非實時數(shù)據(jù)作為擴展因子導入數(shù)據(jù)庫，并向已收集的工況中插入包含相應擴展因子的數(shù)據(jù)，為數(shù)據(jù)分析提供更多的有效信息，使分析和判斷更精準。系統(tǒng)建立標準指標庫，將不同電廠的設備命名進行統(tǒng)一，便于指標、參數(shù)之間的對標和比較，使系統(tǒng)更具通用性。系統(tǒng)使用便捷，用戶使用本系統(tǒng)并不受到地域的限制，通過互聯(lián)網(wǎng)即可使用，可以實現(xiàn)管理者的移動辦公和管理。

2 系統(tǒng)的框架和核心

節(jié)能智能診斷系統(tǒng)包括基礎數(shù)據(jù)采集和環(huán)保節(jié)能智能應用模塊兩部分。基礎數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)包括基礎數(shù)據(jù)管理、工況數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)和模型管理系統(tǒng)；環(huán)保節(jié)能智能應用模塊包括典型工況行業(yè)對標、典型工況歷史尋優(yōu)、實時工況行業(yè)比較、漿液循環(huán)泵優(yōu)化運行操作指導、工藝設備智能診斷及工藝系統(tǒng)智能診斷。環(huán)保智能節(jié)能管理系統(tǒng)及其子模塊智能診斷系統(tǒng)見圖1和圖2。

圖1 環(huán)保智能節(jié)能管理系統(tǒng)架構

圖2 智能診斷系統(tǒng)構架

軟件系統(tǒng)的核心是基于數(shù)據(jù)的挖掘，系統(tǒng)包含8種算法，離散型和連續(xù)型各4種。離散型算法有l(wèi)inear SVM、radial SVM、C50和ctree算法；輸出為連續(xù)型的有nnet、MARS、lm和glm4算法。建模算法可以在離線訓練完成后，從后臺導入，在模型算法定義頁面新增和修改。

智能診斷系統(tǒng)應用模塊包括：典型工況行業(yè)對標、典型工況歷史尋優(yōu)、實時工況行業(yè)比較、工藝設備智能診斷、工藝系統(tǒng)智能診斷和漿液循環(huán)泵優(yōu)化運行操作指導。根據(jù)系統(tǒng)平臺采集的典型工況數(shù)據(jù)，實現(xiàn)工況參數(shù)和指標數(shù)據(jù)的對標和尋優(yōu)。利用本系統(tǒng)的環(huán)保系統(tǒng)標準數(shù)據(jù)庫，進行數(shù)據(jù)清洗和工況數(shù)據(jù)分類，實現(xiàn)自學習、自尋優(yōu)的系統(tǒng)、設備智能診斷系統(tǒng)。

典型工況行業(yè)對標是實現(xiàn)不同機組、不同電廠之間在相同工況、相同最優(yōu)條件下進行的運行指標、參數(shù)比較。

3 工藝系統(tǒng)(設備)智能診斷

工藝系統(tǒng)智能診斷系統(tǒng)（圖3）是利用本系統(tǒng)的環(huán)保系統(tǒng)標準數(shù)據(jù)庫，進行數(shù)據(jù)篩選和工況數(shù)據(jù)分類所建立的一套數(shù)據(jù)可選、模型可建和可調、自學習、自尋優(yōu)的智能模型系統(tǒng)。用戶可以調用已建立的模型，輸入擬診斷的參數(shù)值，診斷結果與實時數(shù)據(jù)比較，進行系統(tǒng)的能力診斷和設備的性能診斷。

若用戶需要改變輸入值，推算輸出值，則在實時診斷頁面，輸入擬診斷的參數(shù)值，點擊調用模型，系統(tǒng)調用大數(shù)據(jù)模型推算診斷結果。

圖3 工藝系統(tǒng)診斷參數(shù)推算

4 現(xiàn)場工況操作指導

現(xiàn)場工況操作指導是專門對脫硫系統(tǒng)漿液循環(huán)泵優(yōu)化運行進行的開發(fā)，后續(xù)將根據(jù)需求再開發(fā)。脫硫系統(tǒng)漿液循環(huán)泵運行操作指導是在系統(tǒng)智能診斷模型的基礎上，深度開發(fā)的多輸入多輸出的智能模型系統(tǒng)。主要功能包括：

（1）系統(tǒng)可以根據(jù)當前的工況（負荷、進口SO2濃度），推薦出能耗最低、出口SO2最低的漿液循環(huán)泵運行方式。

（2）用戶可以根據(jù)當前的工況（負荷、進口SO2濃度），自行改變p H、漿液循環(huán)泵運行組合，診斷出口SO2濃度。

（3）用戶可以改變當前的工況（負荷、進口SO2濃度），預測能耗最低、出口SO2最低的漿液循環(huán)泵運行方式，診斷出口SO2濃度。

（4）系統(tǒng)自動計算當前SO2平均濃度（本小時），跟據(jù)設定的SO2排放指標值進行比較，估算出本小時剩余時間SO2排放濃度控制值，實現(xiàn)SO2小時濃度在控制范圍內達標排放。

（5）用戶可以根據(jù)運行的實際情況，通過選擇不同模型以確定是否使用脫硫增效劑。

4.1 當前工況漿液循環(huán)泵優(yōu)化運行操作指導

在當前工況漿液循環(huán)泵優(yōu)化運行操作指導界面（圖4）錄入電廠機組出口SO2的控制值、p H的控制值和添加劑使用情況，點擊“查詢”，系統(tǒng)顯示當前的運行工況，推薦出能耗最低、出口SO2最低的漿液循環(huán)泵運行方式，及自動推算出口SO2和p H值。

圖4 當前工況漿液循環(huán)泵優(yōu)化運行操作指導界面

錄入出口SO2控制值設定值，點查詢，系統(tǒng)自動推算出未來出口SO2預估值。

自預判，錄入p H值、漿液循環(huán)泵組合,進入查詢界面，系統(tǒng)自動推算出口SO2的值。

4.2 機組變負荷狀態(tài)時漿液循環(huán)泵優(yōu)化運行操作指導

進入“機組負荷變化操作建議”頁面，點擊“查詢”，系統(tǒng)顯示當前的運行工況及相關推薦方式。系統(tǒng)自動獲取機組計劃負荷，操作者可以對機組負荷進行加（減）調整以達到所期望的負荷，點“操作建議”，系統(tǒng)自動調用大數(shù)據(jù)模型進行推算并提供操作建議（見圖5）。此操作前提條件：需要事前錄入機組運行的負荷計劃。

圖5 機組負荷變化漿液循環(huán)泵優(yōu)化運行操作指導

4.3 進口SO2變化漿液循環(huán)泵優(yōu)化運行操作指導

進入“進口SO2”變化操作建議頁面，點“查詢”，系統(tǒng)顯示當前的運行工況及相關推薦方式。修改進口SO2數(shù)值，點擊“操作建議”，系統(tǒng)自動調用大數(shù)據(jù)模型進行推算并提供操作建議(見圖6)。

圖6 進口SO2變化漿液循環(huán)泵優(yōu)化運行操作指導

4.4 負荷及進口SO2同時變化漿液循環(huán)泵優(yōu)化運行操作指導

進入“負荷及進口SO2”變化操作建議頁面，點查詢，系統(tǒng)顯示當前的運行工況及相關推薦方式。修改負荷、進口SO2數(shù)值，點擊操作建議，系統(tǒng)自動調用大數(shù)據(jù)模型進行推算并提供操作建議（見圖7）。

圖7 負荷及進口SO2同時變化漿液循環(huán)泵優(yōu)化運行操作指導

5 工藝系統(tǒng)(設備)智能診斷

工藝系統(tǒng)（設備）智能診斷系統(tǒng)是利用本環(huán)保系統(tǒng)標準數(shù)據(jù)庫，進行數(shù)據(jù)清洗和工況數(shù)據(jù)分類所建立的一套數(shù)據(jù)可選、模型可建和可調、自學習、自尋優(yōu)的智能模型系統(tǒng)。用戶可以調用已建立的模型，輸入擬診斷的參數(shù)值，診斷結果與實時數(shù)據(jù)比較，進行系統(tǒng)能力診斷和設備的性能診斷。

工藝設備智能診斷是針對某一設備運行狀況的診斷分析，基于設備診斷類通用模型。進入工藝設備智能診斷頁面，錄入電廠、機組及診斷類型名稱，點擊“查詢”，系統(tǒng)顯示診斷結果。當系統(tǒng)運行的實際值與模型診斷輸出值產(chǎn)生偏差大于設定值時，將報警提示，偏差值可以設定（見圖8）。

圖8 工藝設備診斷數(shù)據(jù)查詢

若用戶需要改變輸入值，推算輸出值，則在實時診斷頁面，輸入擬診斷的參數(shù)值，點擊[調用模型]，系統(tǒng)調用大數(shù)據(jù)模型推算診斷結果（見圖9）。

圖9 工藝設備診斷參數(shù)推算

工藝系統(tǒng)智能診斷是針對某一系統(tǒng)運行狀況的診斷分析，基于系統(tǒng)診斷類通用模型。進入工藝系統(tǒng)智能診斷頁面，錄入電廠、機組及診斷類型名稱，點擊[查詢]，系統(tǒng)顯示診斷結果。當前運行實際值與模型診斷輸出值產(chǎn)生偏差大于設定值時，將報警。偏差值可以設定（見圖10）。

圖10 工藝系統(tǒng)診斷數(shù)據(jù)查詢

若用戶需要改變輸入值，推算輸出值，則在實時診斷頁面，輸入擬診斷的參數(shù)值，點擊[調用模型]，系統(tǒng)調用大數(shù)據(jù)模型推算診斷結果（見圖11）。

圖11 工藝系統(tǒng)診斷參數(shù)推算

6 典型工況歷史尋優(yōu)

典型工況歷史尋優(yōu)是實現(xiàn)本機組相同工況、相同最優(yōu)條件下，最優(yōu)運行指標、參數(shù)比較。最優(yōu)運行指標包括每月最優(yōu)運行工況數(shù)據(jù)及至目前為止的最優(yōu)運行工況數(shù)據(jù)。選擇工況批次，可以對本機組相同工況、不同時段運行指標、參數(shù)進行比較。數(shù)據(jù)來自本平臺典型工況管理系統(tǒng)所采集的滿足相同采集條件和相同最優(yōu)條件下典型工況的數(shù)據(jù)。

歷史最優(yōu)工況數(shù)據(jù)比較是本機組相同工況、相同最優(yōu)條件下，月最優(yōu)運行工況數(shù)據(jù)的比較。用戶可以進行不同時間段滿足最優(yōu)條件的工況數(shù)據(jù)比較。進入典型工況歷史尋優(yōu)頁面（見圖12），選擇已定義的比較指標、典型最優(yōu)工況名稱，電廠，機組，比較時間段的起、止時間和比較的各工況條件，點擊頁面下方的[查詢]。歷史最優(yōu)工況比較數(shù)據(jù)可以按需導出（見圖12）。

實時工況行業(yè)的比較是實現(xiàn)不同機組、不同電廠之間在當前工況的運行指標和參數(shù)比較。實時對標數(shù)據(jù)來自于本平臺實時工況定義模塊配置并采集的實時工況。進入實時工況行業(yè)比較頁面，選擇已定義的比較指標，點擊頁面下方的[查詢]，查詢各電廠機組之間在當前工況的運行指標、參數(shù)。

圖12 典型工況歷史尋優(yōu)--歷史最優(yōu)工況數(shù)據(jù)比較查詢

圖13 實時工況指標查詢比較

7 結論

火電廠環(huán)保設施智能化診斷平臺，利用大數(shù)據(jù)分析技術，實現(xiàn)了火電廠環(huán)保設施智能診斷和生產(chǎn)優(yōu)化，故障診斷。大數(shù)據(jù)分析源于對歷史數(shù)據(jù)的挖掘，工況的劃分，數(shù)據(jù)量及數(shù)據(jù)質量都影響分析結果，尚需要進一步結合生產(chǎn)工藝，理清數(shù)據(jù)之間的基本關系，優(yōu)化環(huán)保節(jié)能智能診斷系統(tǒng)模型。