CN104571022A - 基于煤耗与可控因子关系的耗差分析模型实验系统及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于煤耗与可控因子关系的耗差分析模型实验系统及方法，涉及发电机组运行控制技术。本系统是操作控制平台、发电机组、中间变量监测器、煤耗计算器和数据发布器依次连接。本方法是：①设定边界；②确定输入因子和中间变量；③确定中间变量与可控因子间的对应关系； 主要中间变量筛选；进行单因子试验；建立耗差与主要可控因子间的关系；进行多因子试验；建立耗差分析模型。本发明建立了运行人员操作行为即可控因子和煤耗间的关系，确立了新的耗差分析模型；依据本耗差分析模型，可以确定最优可控因子组合，从而对运行人员的实际操作行为进行指导。
Description
技术领域
本发明涉及发电机组运行控制技术，尤其涉及一种基于煤耗与可控因子关系的耗差分析模型实验系统及方法。
背景技术
目前火电厂对运行人员操作采取的考核方法是小指标竞赛考核方法，具体步骤如图1所示：
①由电厂DCS和SIS系统对电厂的各项运行数据进行采集-101；
②对采集数据中的小指标与标准值进行比较-102；
③附加指标超限考核-105和系统管理-106、小指标竞赛规则107后得到小指标竞赛排名-103；
④对最终得分数据进行发布-104。
通过对国内五大发电企业的调研，得到我国目前对于火电机组小指标标准值确定方法主要有以下几种：
1）采用制造厂提供的设计值；
2）采用火电机组热力试验的结果；
3）采用变工况热力计算的结果；
4）采用历史数据的统计值；
5）自动寻优确定；
6）数据挖掘技术。
定压运行时，对于主蒸汽压力、主蒸汽温度和再热蒸汽温度等一类参数的优化目标值，各电厂均采用制造厂提供的设计值来确定；当火电机组滑压运行时，一般采用热力试验的方法或变工况热力计算的方法来得到不同负荷下主蒸汽压力的优化目标值。这种基于小指标竞赛的考核方法存在着一定的弊端：小指标竞赛得分与煤耗相关性较弱，不能真实反映机组经济水平；小指标结果不能反映指标波动，忽视了参数波动引起的各种浪费；小指标竞赛无法指导运行操作，没有形成一套完整的操作流程；小指标竞赛无法约束运行操作，运行人员选择的操作往往是最轻松的，而不是最经济的操作方式。此外，传统的三级小指标评价系统中所指的最优为某一时刻的煤耗最低。
因此，有必要建立一种可指导运行人员的操作行为（这里称作可控因子）的新的耗差计算方法，并建立一套可指导运行人员实际操作的操作标准。
发明内容
本发明的目的就在于克服现有技术存在的缺点和不足，提供一种基于煤耗与可控因子关系的耗差分析模型实验系统及方法。
为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：
本发明在火电厂现有的设备条件下，基于六西格玛统计学的思想，综合考虑安全、经济和环保等边界因素，以提高整个系统的抗干扰能力和实现稳定性、可持续性为目标，确定机组运行达到长时间下的最优。根据该耗差计算方法就可以指导运行人员以长期最优运行方式为目标进行实际操作，实现发电厂运行系统的优化运行。
为了对运行人员的操作行为进行指导，本发明提供了试验系统、试验方法，并提出了一种新的耗差分析及计算模型。通过直接确立耗差与可控操作因子间的约束关系，既可以指导运行人员的操作行为，又可以克服传统小指标计算方式的缺陷。根据本发明提出的新的耗差分析模型，可以找出机组长期最优运行时可控因子的最优组合，从而建立起一套运行人员实际操作指导标准，为火电机组高效运行，指导运行人员的操作提供依据。本发明提出的耗差分析新方法可操作性更强，且经济性也得到了最大保障。
一、耗差分析模型实验系统（简称本系统）
本系统包括工作对象——发电机组；
设置有操作控制平台、中间变量监测器、煤耗计算器和数据发布器；
其连接关系是：操作控制平台、发电机组、中间变量监测器、煤耗计算器和数据发布器依次连接。
工作原理：
操作控制平台和发电机组连接，能够根据要求实时对发电机组进行控制，操作控制平台是运行人员日常操作的对象；中间变量监测器对发电机组运行中的中间变量的变化进行监测，将监测结果送到煤耗计算器计算此时系统的煤耗值，最后通过数据发布器发布相关数据。
二、耗差分析模型建立方法（简称本方法）
如图3，本方法的实现步骤如下：
①设定边界；
②确定输入因子和中间变量；
③确定中间变量与可控因子间的对应关系；
主要中间变量筛选；
进行单因子试验；
建立耗差与主要可控因子间的关系；
进行多因子试验；
建立耗差分析模型。
本方法的特征在于：
1、在确定可控因子和煤耗间的关系时，并不通过直接测量的方法，而是通过先确定可控因子和中间变量的关系，再根据中间变量和煤耗间的关系间接确定可控因子和煤耗之间的关系，消除了噪音对试验测量的干扰。
2、中间变量和主要可控因子的确立均以对煤耗的影响大小为依据，忽略了影响较小的中间变量和可控因子，减小了工作量。
3、确定可控因子和中间变量关系的方法是：先进行单因子试验，找到可控因子和中间变量的关系，然后对可控因子进行筛选，选出对中间变量影响较大的可控因子。
4、确定可控因子和煤耗关系的方法是：根据传统耗差分析，建立中间变量和煤耗之间的关系，代入可控因子和中间变量关系，得到可控因子和煤耗间的关系；通过对可控因子进行多因子试验，对确立的基于可控因子和煤耗间约束关系的耗差分析模型加以修正；最后利用现代质量管理统计软件MINITAB对试验数据进行统计分析，确定主要可控因子与煤耗关系，完成耗差分析模型的建立。
本发明具有下列优点和积极效果：
①建立了运行人员操作行为即可控因子和煤耗间的关系，确立了新的耗差分析模型；
②从运行实际出发，在部分标准化作业程序中，引入手动干预，进一步提高了耗差分析方法的经济性和准确性；
③依据本耗差分析模型，可以确定最优可控因子组合，从而对运行人员的实际操作行为进行指导。
附图说明
图1为小指标竞赛流程图，图中：
101—电厂运行数据（DCS、SIS系统），
102—数据采集，
103—小指标竞赛排名，
104—数据发布，
105—指标超限考核，
106—系统管理，
107—小指标竞赛规则。
图2为本系统的结构方框图，图中：
201—操作控制平台，
202—发电机组，
203—中间变量监测器，
204—煤耗计算器，
205—数据发布器；
图3为本方法的步骤图，图中：
301—设定边界，
302—初步确定输入因子和中间变量，
303—确定中间变量与可控因子间的对应关系，
304—筛选主要中间变量，
305—单因子实验，
306—建立耗差与主要可控因子间的关系，
307—多因子实验，
308—建立耗差分析模型。
图4为锅炉系统结构图，图中：
401—煤质，
402—制粉系统，
403—风烟系统。
图5为汽机系统结构图，图中：
501—水质，
502—循环水及真空系统，
503—凝结水系统，
504—给水系统，
505—减温水系统，
506—汽轮机。
图6为厂用电系统结构图，图中：
601—炉侧相关电气系统，
602—机侧相关电气系统，
603—电除尘系统，
604—脱硫相关电气系统，
605—公用系统。
图7为中间变量对煤耗影响的柏拉图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例详细说明：
一、系统
1、总体
如图2，本系统包括工作对象——发电机组202；
设置有操作控制平台201、中间变量监测器203、煤耗计算器204和数据发布器205；
其连接关系是：操作控制平台201、发电机组202、中间变量监测器203、煤耗计算器204和数据发布器205依次连接。
2、功能部件
本系统所述的功能部件均为通用件。
1）操作控制平台201
操作控制平台201是指火电厂运行操作人员对发电机组进行操作的平台；其功能是对发电机组的各项参数设置进行调节。
2）发电机组202
发电机组202是指火电厂的发电机组，是运行操作人员的控制对象。
3）中间变量监测器203
中间变量监测器203是对选取的中间变量的值进行监控。
4）煤耗计算器204
煤耗计算器204是根据中间变量的值计算煤耗大小。
5）数据发布器205
数据发布器205是发布系统此时的运行状态和煤耗值。
二、方法
如图3，本方法的实现步骤如下：
①设定边界301
在实际运行中，不同配煤掺烧方式、不同负荷以及不同设备状态会产生不同控制策略，环境因素也会对煤耗产生影响，这些都是运行人员无法控制的外界因素；为消除试验过程中不可控因素对试验结果的影响，本发明将煤种边界、负荷边界、设备边界、环境温度边界以及其他不可控噪声设置为边界条件；
②确定输入因子和中间变量302
根据，本发明结合锅炉系统、汽机系统以及发电厂系统各系统结构分别确定影响机组煤耗的各子步骤中的输入因子及中间变量，并将输入因子x分为噪声因子(N)、标准化作业程序因子(S)和可控因子(C)三类，其中噪声因子和大多数标准化作业程序因子归为不可控因子，作为边界条件，部分可手动操作的标准化作业程序因子可归为可控因子，中间变量y为计算流程中的量化指标，与传统小指标类似，具体分类如下图4、5、6所示；
③确定中间变量与可控因子间的对应关系303
| 中间变量 | 对应可控因子 |
| 氧量 | 一次风量，配风方式，风箱压差 |
| 空预器漏风率 | 空预器漏风控制装置工作方式 |
| 排烟温度 | 磨煤机组合方式，热一次风压，二次风量，配风方式，风箱差压，燃烧器摆角，SOFA摆角 |
| 飞灰可燃物 | 磨煤机组合方式，热一次风压，磨分离器出口温度，二次风量，配风方式，风箱差压，燃烧器摆角，SOFA摆角 |
| 炉渣可燃物 | 磨煤机组合方式，热一次风压，磨分离器出口温度，二次风量，配风方式，风箱差压，燃烧器摆角，SOFA摆角 |
| 主汽温度 | 磨煤机组合方式，热一次风压，磨分离器出口温度，二次风量，配风方式，风箱差压，燃烧器摆角，SOFA摆角，减温水调整 |
| 主汽压力 | 无 |
| 再热汽温 | 煤机组合方式，热一次风压，磨分离器出口温度，二次风量，配风方式，风箱差压，燃烧器摆角，SOFA摆角，减温水调整，烟气挡板 |
| 再热减温水量 | 煤机组合方式，热一次风压，磨分离器出口温度，二次风量，配风方式，风箱差压，燃烧器摆角，SOFA摆角，减温水调整，烟气挡板 |
| 真空 | 循环水泵运行方式标准 |
| 回热系统加热 | 加热器水位“0”位 |
| 循环水温升 | 循环水泵运行方式标准 |
| 厂用电率 | 循环水泵运行方式标准，凝泵运行方式标准，厂用电运行标准 |
④主要中间变量筛选304
利用中间变量移动极差图确定各中间变量的波动范围，并根据中间变量的单位耗差，计算中间变量对煤耗影响范围，其结果如图7所示，筛选对煤耗影响较大的中间变量作为主要中间变量，则筛选出的中间变量有：厂用电率、再热汽温、排烟温度、氧量、再热减温水量、飞灰可燃物这六项；
进行单因子试验305
利用筛选出的中间变量与相应的可控因子关系对照表，得出主要的可控因子项目。通过试验的方式，控制操作控制平台，找出单个可控因子和中间变量之间的关系，并选取和中间变量关系较大的可控因子,确定主要可控因子。根据单因子试验确定的各中间变量的主要可控因子如下：
建立耗差与主要可控因子间的关系306
根据传统耗差分析，建立中间变量和煤耗之间的关系，再根据主要可控因子与中间变量的关系以及中间变量与煤耗的关系，建立单个可控因子和煤耗之间的关系；
进行多因子试验307
通过控制操作控制平台，对多个可控因子进行控制，对建立的单个可控因子和煤耗间的关系加以修正；
建立耗差分析模型308
基于单因子实验和多因子试验获得的大量实验数据，利用现代质量管理统计软件MINITAB采用统计回归的方法找到煤耗与可控因子关系，完成耗差分析模型的建立。首先，根据试验数据确定某一变量(此处指可控因子或中间变量)的波动范围，并剔除异常点；其次采用6σ原理，将该波动范围作为该变量的6σ区间；再次，根据6σ区间确定变量平均值，确立各变量平均值与煤耗的关系式；最后对数据进行统计回归，完成耗差分析模型的建立。
三、中间变量和操作因子分类
1、锅炉系统
如图4，锅炉系统包含制粉系统402和风烟系统403。煤质401经制粉系统402和风烟系统403后完成对发电机组202的做功。将输入因子分为可控因子、噪声因子和标准化作业程序因子三类，其中C表示可控因子，N表示噪声因子，S表示标准作业程序因子。
制粉系统402中涉及的中间变量为：排烟温度、主再热汽温、飞灰和炉渣可燃物。
制粉系统402中涉及的输入因子为：燃烧器功率分配方式（C），磨煤机钢球装载量及比例（S），煤的可磨性系数（N），磨煤机料位（C），磨煤机容量风门开度（C），磨煤机旁路风门开度（C），磨煤机冷、热风门开度（C），粉管静压/风速（C），分离器一、二级挡板开度（S），分离器清理周期（S），回粉管锁气器动作频率（N），磨煤机运行组合方式（C），防止磨煤机爆燃技术措施等发电部下发的其他技术措施（S），制粉系统缺陷（N），环境温度（N），压力、温度等测点的测量准确性（N）；
风烟系统403中涉及的中间变量为：氧量、排烟温度、飞灰和炉渣可燃物；
风烟系统403中涉及的输入因子为：一次风压（C），送风量/送风机动叶开度（C），二次风量（C），炉膛负压（C），空预器漏风控制装置工作方式（C），锅炉漏风系数（N），氧量测点准确性（N），二次风配风方式（C），燃料风挡板开度（C），SOFA风门开度（C），二次风箱与炉膛差压（C），再热烟气挡板开度（C），燃烧器摆角（C），SOFA风门摆角（C），低温省煤器入口水温（C），低温省煤器变频泵出力/流量（C），低温省煤器吹灰运行方式（S），风烟系统相关设备的缺陷（N），发电部关于氧量控制的规定等其他相关技术规定（S），环境温度（N），风量、压力、温度、流量等测点的准确性（N），声波吹灰器吹灰运行方式（S），蒸汽吹灰器长吹运行方式（S），空气预热器吹灰运行方式（S），蒸汽吹灰器短吹运行方式（S），吹灰器系统相关缺陷（N）。
2、汽机系统
如图5，汽机系统包含循环水及真空系统502、凝结水系统503、给水系统504、减温水系统505和汽轮机506。水质501经上述各子系统后完成对发电机组202的做功。将输入因子分为可控因子、噪声因子和标准化作业程序因子三类，其中C表示可控因子，N表示噪声因子，S表示标准作业程序因子。
循环水及真空系统中涉及的中间变量为：凝汽器真空；
循环水及真空系统中涉及的输入因子为：机组负荷(N)，胶球清洗系统运行规定(S)，循环水泵运行方式规定(S)，真空泵运行方式(C)，真空泵汽水分离器液位(C)，真空泵水环水温(N)，A、B真空破坏门水封溢流(C)，给水泵密封水运行方式(N)，轴封压力、温度(C)，胶球投入数量(C)，凉水塔换热效率（N），凝汽器换热管路换热效率（N），循环水凉水塔水位(C)，真空系统有无漏点(N)，真空系统设备缺陷(N)，循环水系统设备缺陷(N)，环境温度(N)，相关测点准确性(N)；
凝结水系统中涉及的中间变量为：低加上端差，低价下端差，凝汽器过冷度，凝汽器端差；
凝结水系统中涉及的输入因子为：凝汽器水位(C)，凝泵运行方式(N)，除氧器上水调门开度(C)，低加换热器效率（N），凝泵最小流量再循环调门开度(C)，凝汽器补水流量(C)，凝汽器补水水质（C），凝结水加药投入规定（S），凝杂水用量(C)，凝结水流量(N)，凝结水及低加系统其它缺陷（N），低温省煤器进水流量（C），精处理装置是否投入(N)，相关测点准确性(N)，#5、#6低加旁路漏量（N），#7、#8低加旁路漏量（N），低加疏水系统疏水方式(C)，#5、#6、#7、#8低加水位(C)，#5、#6低加运行方式（主路或旁路）(C)，#7、#8低加运行方式（主路或旁路）(C)；
给水系统中涉及的中间变量为：高加上端差，高加下端差；
给水系统中涉及的输入因子为：除氧器压力（N），除氧器水温（N），给水主旁路运行方式（C），给水泵转速（C），给水泵最小流量再循环调门开度（C），除氧器水位（C），给水泵运行方式（C），给水泵汽轮机效率（N），高加三通阀旁路漏量（N），高旁减温水漏量（N），给水加药投入规定（S），相关测点准确性(N)，给水及高加系统其它缺陷（N），#1、#2、#3高加水位（C），#1、#2、#3高加疏水系统疏水方式（C），#1、#2、#3高加运行方式（主路或旁路）（C）；
减温水系统中涉及的中间变量为：主汽温度，主汽压力，再热汽温，过热减温水量，再热减温水量；
减温水系统中涉及的输入因子为：再热器减温水调整（C），再热器减温水压力、温度（N），过热器减温水水源选取（C），过热器一级减温水调整（C），过热器二级减温水调整（C），过热器减温水压力、温度（N），过热器减温水系统缺陷（N），再热器减温水系统缺陷（N）；
汽轮机中无相关中间变量；
汽轮机中涉及的输入因子为：高压缸缸效率（N），中压缸缸效率（N），低压缸缸效率（N），汽轮机系统其它缺陷（N）。
3、厂用电系统
如图6，厂用电系统的包含炉侧相关电气系统601、机侧相关电气系统602、电除尘系统603、脱硫相关系统604以及公用系统605，根据厂用电运行标准、各相关电气设备及运行目标，计算各子系统的厂用电量，可以求出发电机组202的厂用电率。将输入因子分为可控因子、噪声因子和标准化作业程序因子三类，其中C表示可控因子，N表示噪声因子，S表示标准作业程序因子。
炉侧相关电气系统中涉及的中间变量为：引风机耗电率，送风机耗电率，一次风机耗电率，磨煤机耗电率；
炉侧相关电气系统中涉及的输入因子为：引风机运行方式(S)，送风机运行方式（C），一次风机运行方式（C），磨煤机运行台数（C），各相关设备缺陷（N），相关测点准确性(N)，其它相关设备运行考核标准（S）；
机侧相关电气系统中涉及的中间变量为：循环水泵耗电率，凝泵耗电率；
机侧相关电气系统中涉及的输入因子为：循环水泵运行方式标准（S），凝泵运行方式（C），相关设备缺陷（N），相关测点准确性(N)；
电除尘系统中涉及的中间变量为：电除尘耗电率；
电除尘系统中涉及的输入因子为：电除尘相关电气设备运行标准（S），相关设备缺陷（N）；
脱硫相关电气系统中涉及的中间变量为：脱硫耗电率；
脱硫相关电气系统中涉及的输入因子为：浆液循环泵运行方式（S），脱硫其它设备运行方式（S），相关设备缺陷（N），相关测点准确性(N)，脱硫指标标准（S）；
公用系统中无相关中间变量；
公用系统中涉及的输入因子为：公用系统相关设备运行方式（S），相关设备缺陷（N），相关测点准确性（N）。
四、中间变量对煤耗的影响情况
图7为耗差指标（中间变量）对煤耗影响的柏拉图。煤耗影响量从大到小依次为厂用电率、飞灰可燃物、排烟温度、氧量、再热器减温水量、再热蒸汽温度、主蒸汽温度、炉渣可燃物、1号高加上端差、锅炉排污量、凝汽器过冷度、5号高加下端差、5号低加下端差、6号低加下端差、补水率及其他。由图7可以看出，厂用电率、飞灰可燃物、排烟温度、氧量、再热器减温水量以及再热蒸汽温度这六项中间变量的煤耗影响量达到了总和的80%，故在耗差计算中将以该六项中间变量为主要中间变量。
Claims (2)
1.一种基于煤耗与可控因子关系的耗差分析模型实验系统，包括发电机组（202），其特征在于：
设置有操作控制平台（201）、中间变量监测器（203）、煤耗计算器（204）和数据发布器（205）；
其连接关系是：操作控制平台（201）、发电机组（202）、中间变量监测器（203）、煤耗计算器（204）和数据发布器（205）依次连接。
2.按权利要求1所述实验系统的耗差分析模型建立方法，其特征在于包括下列步骤：
①设定边界（301）；
②确定输入因子和中间变量（302）；
③确定中间变量与可控因子间的对应关系（30）3；
主要中间变量筛选（304）；
进行单因子试验（305）；
建立耗差与主要可控因子间的关系（306）；
进行多因子试验（307）；
建立耗差分析模型。
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