[發明專利]一種大型燃煤鍋爐熱效率的異常監測方法

有效

• 申請號: 202010520719.3
• 申請日: 2020-06-10
• 公開（公告）號: CN111898794B
• 公開（公告）日: 2022-04-29
• 發明（設計）人: 周東華;陳茂銀;吳德浩;朱繼峰;閆飛;鄭水明;郭恩陶;紀洪泉;徐曉濱
• 申請（專利權）人: 山東科技大學
• 主分類號: G06Q10/04
• 分類號: G06Q10/04;G06Q10/06;G06Q50/06;G06F17/16
• 代理公司: 青島智地領創專利代理有限公司 37252
• 代理人: 陳海濱

本發明公開了一種大型燃煤鍋爐熱效率的異常監測方法，具體涉及工業過程異常監測領域。該方法以排煙溫度、煙氣含氧量等與鍋爐熱效率密切相關且可以實時測量的變量作為關鍵性能指標，通過建立過程變量與關鍵性能指標之間的關聯模型，實現對鍋爐熱效率的異常監測。首先，基于過程變量和關鍵性能指標之間存在的非平穩共同趨勢，建立了輸出相關的共同趨勢模型，將這些非平穩變量表示為非平穩成分與平穩成分之和的形式。然后，將該模型的參數估計問題描述為一個優化問題，利用交替方向乘子法進行求解。最后，基于該模型設計三個不同的監測統計量，分別用于監測與鍋爐熱效率有關或無關的異常情況。

技術領域

本發明屬于工業過程異常監測領域，具體涉及一種大型燃煤鍋爐熱效率的異常監測方法。

背景技術

大型火力發電機組是高效的發電裝備，在火力發電容量中占有較大比重?；鹆Πl電機組力求以高效率、低能耗的方式發電，鍋爐熱效率是衡量火力發電機組運行經濟性的主要性能指標。根據鍋爐性能試驗規程，計算鍋爐熱效率所需的一些必要參數無法實時測得，例如入爐煤粉的煤質參數等。盡管已有較多的簡化計算模型被應用于鍋爐熱效率的在線計算，但計算結果普遍不準確。

在鍋爐實際運行過程中，電廠的運行人員通常依據與鍋爐熱效率密切相關的過程測量來評估鍋爐熱效率，例如排煙溫度、煙氣含氧量等參數。這些參數是鍋爐性能測試所需的必要參數，對鍋爐熱效率有直接的影響，因此可以被視為鍋爐的關鍵性能指標。得益于先進的測量技術，這些參數可以實時地準確測量。如何利用這些實時可測的關鍵性能指標對鍋爐熱效率進行監控，并及時診斷出影響鍋爐熱效率的異常情況，是一個具有挑戰性的問題。

由于電網深度調峰，鍋爐的負荷經常發生大幅度的波動，因此火力發電過程是一個典型的非平穩過程。負荷的波動會導致火電機組的運行工況發生變化，即過程變量的統計特性會隨著負荷發生變化，進而導致鍋爐熱效率和上述關鍵性能指標發生變化。換句話說，過程變量和關鍵性能指標分別可以視為輸入變量和輸出變量。如果直接監測輸出變量而忽略輸入變量與輸出變量之間的關系，則容易將輸出變量隨著輸入測量的正常波動視為故障，進而引發誤報。

目前，軟測量技術也被應用于非平穩過程中的關鍵性能指標預測。根據過程變量和關鍵性能指標的實時數據，可以建立關鍵性能指標對過程變量的軟測量模型?；陉P鍵性能指標的預測值和實測值，可以利用3σ原則對關鍵性能指標進行監控。但是，3σ原則一般只適用于監控單個變量而非多個變量，因為它忽視了多個變量之間的相關關系。

更為重要的是，上述兩種監控思路都是對關鍵性能指標進行直接的監控。它們只關注對關鍵性能指標有影響的變量，而忽視對關鍵性能指標沒有影響的變量。然而，盡管有些異常不影響鍋爐熱效率和這些關鍵性能指標，但是卻有可能會影響鍋爐系統的安全運行，它們也同樣應該受到重視和關注。

發明內容

本發明的目的是針對上述不足，提出了一種通過利用鍋爐的過程變量和關鍵性能指標(排煙溫度、煙氣含氧量等參數)建立共同趨勢模型，基于模型進行大型燃煤鍋爐熱效率的異常監測的方法。

本發明具體采用如下技術方案：

一種大型燃煤鍋爐熱效率的異常監測方法，包括以下步驟：

1.1、離線訓練階段，具體為：

1.1.1、采集大型燃煤鍋爐在正常運行工況下的歷史數據，包括過程變量和關鍵性能指標數據其中，N為歷史數據集中樣本的數目，m為過程測量的變量數，n為關鍵性能指標的變量數；

1.1.2、基于過程變量和關鍵性能指標之間存在的非平穩共同趨勢，建立輸出相關的共同趨勢模型，如式(1)所示：

其中，S和T代表過程變量和關鍵性能指標之間存在的非平穩共同趨勢，和是平穩的殘差，和是負載矩陣，a是共同因子的數目，通過交叉驗證來獲得；