[发明专利]基于工业数据和工艺机理的汽轮机热耗率优化方法

说明书

本发明提供一种基于工业数据和工艺机理的汽轮机热耗率优化方法，包括以下步骤：步骤S100：基于汽机的热工机理对历史生产数据预处理，去除异常样本，将健康数据用于模型训练；步骤S200：基于工艺机理分析的汽机热耗率模型训练；步骤S300：建立基于高维近似模型的优化控制模型；步骤S400：热耗率非线性优化问题求解。本发明通过建立汽机生产优化模型，提出最优算法寻找各控制参数的最优解指导生产，保证热耗率最优，并摆脱对工人经验的依赖。

技术领域

本发明属于汽轮机控制技术领域，具体涉及一种基于工业数据和工艺机理的汽轮机热耗率优化方法。

背景技术

汽轮机是将蒸汽的内能转换成机械能的高速旋转做功设备，蒸汽在汽轮机中释放能量推动汽轮机带动发电机产生电能。汽轮机本体系统分为高压缸、中压缸和低压缸三个典型对象。

现有汽机的控制方法是在满足锅炉生产安全的前提下，由工程师将控制参数范围写在集控运行规程中，规定关键操作参数(例如：焓值、温度、压力等热力学参数等)的控制范围。在生产工况发生改变时，由操作工人根据运行的实际情况进行调整，满足参数在控制范围内，以达到最优汽机热耗率作为优化目标。

目前，仅基于关键控制参数范围调整生产的方法，在实际运行过程中常遇到以下几个问题：

1、发电厂中与汽轮机组相关设备的内在性能，设备性能的高低、损耗的变化大小直接或间地也可能会大大影响驱动机组热耗率另外高新技术比如先进的多台大容量柴油汽轮驱动机组、超临界增压技术、通流部分全三维整流结构设计和高效率的叶型、高效率燃烧也是会影响汽轮驱动机组热耗率的一个重要影响因素。

2、汽机运行属于动态连续过程，其受到多种不确定因素影响。对汽轮机的乏汽温度，循环水泵的频率和凝汽器真空三者之间应存在最经济参数，使汽轮机热耗和厂用电达到经济最优，但不同班组的操作人员会根据个人经验调整参数。产线未在最优工艺运行。因此生产成本与操作工人的技术、经验和专注程度等条件密切相关，且工人操作属于多年积累经验，并非是该工艺所有生产参数的最佳动态组合，其生产效益存在较高的优化和提升空间。

发明内容

针对上过技术问题，本发明提供一种基于工业数据和工艺机理的汽轮机热耗率优化方法，基于汽机的生产工艺，拟以汽轮机系统为对象，研究其复合模型建立方法，首先建立对象的机理模型，然后建立高维近似模型，再根据火电机组在不同工况下的运行数据，对模型进行训练。基于训练好的汽机热耗率预测模型，以及实时生产数据，对各汽机关键参数进行联调优化，在保证工艺安全的前提下，实现热耗率最优的成本控制目标。

该方法首先将海量的工业历史数据进行预处理，剔除历史数据中的异常样本。随后，选取汽机工艺的关键影响参数，提出高维数据训练方法，建立与实际汽机运行高度吻合的热耗率预测模型。通过建立汽机生产优化模型，提出最优算法寻找各控制参数的最优解指导生产，保证热耗率最优，并摆脱对工人经验的依赖。

具体的技术方案为：

基于工业数据和工艺机理的汽轮机热耗率优化方法，包括以下步骤：

步骤S100：基于汽机的热工机理对历史生产数据预处理，去除异常样本，将健康数据用于模型训练；

数据的预处理过程主要包括：

在实际的生产过程中，可能会发生短时间内传感器失灵或者采集数据装置失灵的意外情况发生，这时采集的数据有可能会大于实际信号，误差也会很大，所以要剔除掉这些野值，否则会对模型的准确度造成影响。

由于模型各输入参数的取值范围差别较大，如果直接使用原始数据，会导致模型的输出误差很大。为此，结合各参数在机组升降负荷过程中可能的最大变化范围，人工确定各参数规整化的最大、最小值，对所有数据进行归一化处理。

汽机的关键控制点往往安装多个测点(例如主汽压力，主汽温度等)，需要对这些测点取平均值。