CN112130468A - 一种核电汽轮机高压转子外表面温度模拟装置及方法 - Google Patents

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杨宇
王家鋆
山雪峰
王勇
范诚豪
赵正兴
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Shanghai Power Equipment Research Institute Co Ltd
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    • GPHYSICS
    • G05CONTROLLING; REGULATING
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    • G05B17/00Systems involving the use of models or simulators of said systems
    • G05B17/02Systems involving the use of models or simulators of said systems electric

Abstract

本发明属于核电汽轮机技术领域,具体涉及一种核电汽轮机高压转子外表面温度模拟装置及方法。现有技术中,在核电汽轮机内缸内壁相应部位布置温度测点比较困难,或测点容易损坏且维护困难。本发明用汽轮发电机组电功率、主蒸汽温度、内缸内壁或高压进汽管道内壁温度作为输入值,采用了支持向量回归机(SVR)来计算出相应部位的核电汽轮机高压转子外表面温度。可通过本发明提供的方法和装置的模拟值来代替高压转子外表面温度。为核电汽轮机高压转子的热应力优化控制和核电汽轮机变负荷运行的安全性提供了技术保障。

Description

一种核电汽轮机高压转子外表面温度模拟装置及方法
技术领域
本发明属于核电汽轮机技术领域,具体涉及一种核电汽轮机高压转子外表面温度模拟装置及方法。
背景技术
核电汽轮机高压转子相对于火电汽轮机的高压转子尺寸较大,径向温度传递更缓慢。核电汽轮机在启动、停机和负荷变动时,高压转子外表面的蒸汽温度变化较为剧烈,而高压转子内部的温度变化相对较慢,高压转子的外表面和高压转子体积平均温度之间的温差较大。高压转子的外表面和高压转子体积平均温度之间的温差越大,外表面的热应力就越大,高压转子的寿命损耗也越大。通过监控高压转子的外表面和高压转子体积平均温度之间的温差,可以监控外表面的热应力。但机组运行期间,由于转子的旋转,无法通过安装测温元件进行直接测量温度。虽然可通过在相应部位的汽轮机内缸内壁安装的测温元件获得的温度值来近似代替,但有些情况下,在核电汽轮机内缸内壁相应部位布置温度测点比较困难,或测点容易损坏且维护困难。因此,急需一种基于间接测量值来模拟核电汽轮机高压转子外表面温度的方法。
发明内容
1.目的:
本发明要解决的技术问题是提供一种通过间接测量值经过算法处理后模拟高压转子外表面温度的方法及采用该方法的装置。
2.技术方案:
为了解决上述技术问题,本发明的一个技术方案是提供了一种核电汽轮机高压转子外表面温度模拟方法,包括如下步骤:
步骤一:创建支持向量回归机模型;步骤二:应用支持向量回归机模型;
步骤一:创建支持向量回归机模型,具体包括:
步骤1.1整理出SVR训练样本和测试样本;
步骤1.2选取或更换核函数及模型参数;
步骤1.3获得支持向量回归模型和参数;
步骤1.4测试支持向量回归模型;
步骤二:应用支持向量回归机模型,具体包括:
步骤2.1采集和整理运行参数;
步骤2.2预测汽轮机高压转子外表面温度。
步骤1.1整理出SVR训练样本和测试样本,具体包括:收集整理汽轮机50%~100%负荷稳定运行状态下各负荷段内汽轮发电机组电功率、主蒸汽温度、内缸内壁或高压进汽管道内壁温度测点、高压缸第1级动叶槽部位转子外表面温度的数据作为数据样本;在数据样本中,在各负荷段内抽样任选一部分数据样本作为测试样本,剩余的数据样本作为训练样本。
步骤1.2选取或更换核函数及模型参数,具体包括:选择支持向量回归机模型的核函数,采用网格自动寻优方法确定惩罚系数和宽度系数。
步骤1.3获得支持向量回归模型和参数:根据步骤1.2选取的核函数以及寻优获得的惩罚系数和宽度系数,利用LIBSVM支持向量机函数库,针对训练样本进行训练,获得合适的支持向量回归模型和参数。
步骤1.4测试支持向量回归模型,具体包括:根据步骤1.3获得的支持向量回归模型和参数,利用LIBSVM支持向量机函数库,针对步骤1.1得到的测试样本进行预测,分析预测精度;若预测精度不能达到要求,回到步骤1.2更换支持向量回归机模型的核函数重新开始。
所述的步骤2.1采集和整理运行参数,具体包括:获取核电汽轮发电机组电功率、主蒸汽温度、内缸内壁或高压进汽管道内壁温度测点的数据;步骤2.2预测汽轮机高压转子外表面温度:在汽轮机的运行中,利用支持向量回归机模型,计算核电汽轮机高压转子外表面的温度,用温度模拟值参与到汽轮机热应力监控系统。
在所述步骤1.1中,在各负荷段内抽样任选20%的数据样本作为测试样本,剩余80%的数据样本作为训练样本。
所述步骤1.1和步骤1.2之间还进行如下处理:对所述训练样本和所述测试样本进行标准化处理,将其值通过线性插值方式控制到0~1之间;所述步骤2.1和步骤2.2之间还进行如下处理:对运行数据进行标准化处理,将其值通过线性插值方式控制到0~1之间。
所述的步骤1.2中,网格自动寻优方法确定惩罚系数和宽度系数的步骤为:给定惩罚系数和宽度系数的取值范围、初始值及变化步长,然后就两者的取值进行组合针对训练样本进行训练,最后选择误差最小的一组参数作为最优的惩罚系数和宽度系数。
在所述步骤1.2中,在选择支持向量回归机模型的核函数时,优先选择径向基函数作为支持向量回归机模型的核函数,在径向基函数无法满足训练和测试要求时,选择多项式函数、感知器函数和线性函数。
一种核电汽轮机高压转子外表面温度模拟装置,数据采集系统和接口相连,接口依次连接计算机,高压转子外表面温度显示;数据在接口,训练数据模块,向量回归机模型,高压转子外表面温度预测器之间依次传输,最后输入计算机。
所述的数据采集系统和模数转换相连,模数转换数据输出至数据采集系统;模数转换数据输入由温度传感器和功率传感器输入。
所述的温度传感器测量控制阀,进汽管内壁和内缸内壁温度;功率传感器测量发电机功率。
本发明的另一个技术方案是提供了一种采用上述核电汽轮机高压转子外表面温度模拟方法的装置,包括功率变送器和高精度快速响应型温度变送器,功率变送器用于测量核电汽轮发电机组电功率,高精度快速响应型温度变送器用于测量主蒸汽温度和内缸内壁或高压进汽管道内壁温度,计算机通过数据采集系统获取采集由功率变送器、高精度快速响应型温度变送器获取的汽轮发电机组电功率、主蒸汽温度、内缸内壁或高压进汽管道内壁温度,再利用上述的数据采用核电汽轮机高压转子外表面温度模拟方法得到温度模拟值,用温度模拟值来代替高压转子外表面温度实测值参与到核电汽轮机转子热应力监控系统。3.效果:
本发明提供的一种核电汽轮机高压转子外表面温度的模拟方法用汽轮发电机组电功率、主蒸汽温度、内缸内壁或高压进汽管道内壁温度作为输入值,采用了支持向量回归机(SVR)来计算出相应部位的核电汽轮机高压转子外表面温度。本发明提供的方法和装置针对了现有技术的不足,可通过本发明提供的方法和装置的模拟值来代替高压转子外表面温度。为核电汽轮机高压转子的热应力优化控制和核电汽轮机变负荷运行的安全性提供了技术保障。
附图说明
图1为本发明提供的一种核电汽轮机高压转子外表面温度的模拟方法的原理图;
图2为本发明提供的一种核电汽轮机高压转子外表面温度的模拟装置的流程图;
图3为本发明提供的一种核电汽轮机高压转子外表面温度的模拟方法中支持向量回归模型的创建和测试的流程图;
图4为本发明提供的一种核电汽轮机高压转子外表面温度的模拟方法的验证和应用的流程图。
具体实施方式
为使本发明更明显易懂,兹以优选实施例,并配合附图作详细说明如下。如图1,图2所示,一种确定核电汽轮机抽汽参数的装置,包括:汽轮机高压缸,汽轮机中压缸、低压缸和发电机依次连接。汽轮机高压缸和汽水分离再热器相连,汽水分离再热器和汽轮机低压缸相连。蒸汽接口和控制阀相连,控制阀和汽轮机高压缸相连。温度传感器测量控制阀,汽轮机高压缸的进汽管内壁和内缸内壁,功率传感器测量发电机功率。温度传感器,功率传感器和模数转换依次相连。
所述的模数转化连接均和数据采集系统相连;数据采集系统和接口,计算机,高压转子外表面温度显示依次相连。数据采集系统数据输入至接口,接口输出到训练数据;数据依次在训练数据,支持向量回归机模型,高压转子外表面温度预测器,计算机之间传输。
如图1所示,本发明提供了一种核电汽轮机高压转子外表面温度的模拟装置的流程图,所述的一种核电汽轮机高压转子外表面温度模拟的方法是通过在线检测的核电汽轮发电机组电功率、主蒸汽温度、内缸内壁或高压进汽管道内壁温度3个参数,利用预先训练好的支持向量回归机(SVR)模型,通过计算来模拟核电汽轮机高压转子外表面温度。具体实施分为离线支持向量回归机(SVR)模型的训练和验证、在线支持向量回归机(SVR)模型模拟温度两个部分。
以某300MW等级核电汽轮机为例,主蒸汽温度265℃。核电汽轮机高压转子外表面温度模拟的方法和装置由模型创建和温度模拟两部分。
结合图3,第1部分模型创建以下4个步骤组成:
步骤1:整理出SVR训练样本和测试样本;
收集整理的运行或试验数据包括高压转子外表面温度(℃)、汽轮发电机组电功率(MW)、主蒸汽温度(℃)、内缸内壁或高压进汽管道内壁温度(℃)等汽轮机参数。把随机抽取的数据集20%数据作为测试样本,把数据集剩余的80%数据作为训练样本。采用线性插值方式,把训练样本进行规则化处理。测试样本根据同样的线性插值方式进行规则化。
步骤2:选取核函数及模型参数;
选用径向基函数作为SVR模型的核函数;
利用LIBSVM支持向量机函数库采用网格自动寻优方法。获得最优模型参数是惩罚系数c,核函数参数g,损失函数参数p,对应的训练样本交叉测试均方误差mse;
步骤3:获得支持向量回归模型和参数;
根据步骤2选取惩罚系数和模型参数,利用LIBSVM支持向量机函数库,针对训练样本进行训练,获得合适的支持向量回归模型和参数;
步骤4:测试支持向量回归模型;
根据步骤3获得的支持向量回归模型和参数,利用LIBSVM支持向量机函数库,针对测试样本进行预测,分析预测精度。如果预测精度不能达到要求,回到步骤2更换核函数重新开始;
结合图4,第2部分方法和装置的应用以下2个步骤组成:
步骤1:采集和整理实际运行参数;
采集功率变送器、温度变送器的信号,获得核电汽轮发电机组电功率、主蒸汽温度、内缸内壁或高压进汽管道内壁温度等运行数据。对这些功率、温度等数据值进行标准化处理,将其值通过线性插值方式控制到0~1之间;
步骤2:预测核电汽轮机高压转子外表面温度;
利用在第1部分中训练好并通过测试的支持向量回归模型,计算模拟出对应的核电汽轮机高压转子外表面温度。这个步骤类似于在第1部分中用测试样本进行的预测计算;可采用模拟温度值来代替高压转子外表面温度实测值参与到核电汽轮机高压转子的热应力监控系统。
结合图2,本发明提供了一种采用上述的核电汽轮机高压转子外表面温度模拟方法的装置,包括功率变送器、高精度快速响应型温度变送器,功率变送器用于测量汽轮发电机组电功率,高精度快速响应型温度变送器用于测量主蒸汽温度、内缸内壁或高压进汽管道内壁温度,计算机通过数据采集系统获取采集由功率变送器、高精度快速响应型温度变送器获取的汽轮发电机组电功率、主蒸汽温度、内缸内壁或高压进汽管道内壁温度,再利用上述的采用核电汽轮机高压转子外表面温度模拟方法得到温度模拟值,用温度模拟值来代替高压转子外表面温度实测值参与到核电汽轮机高压转子热应力监控系统。
综上所述,利用本发明提供的一种核电汽轮机高压转子外表面温度的模拟方法和装置,可在核电汽轮机的控制系统中,使用采集到的汽轮发电机组电功率、主蒸汽温度、内缸内壁或高压进汽管道内壁温度等运行数据实时计算高压转子的外表面温度。可通过本发明提供的方法和装置的模拟值来代替高压转子外表面温度实测值。为核电汽轮机高压转子的热应力优化控制和汽轮机变负荷运行的安全性提供了技术保障。

Claims (10)

1.一种核电汽轮机高压转子外表面温度模拟方法,其特征在于:步骤一:创建支持向量回归机模型;步骤二:应用支持向量回归机模型;
步骤一:创建支持向量回归机模型,具体包括:
步骤1.1整理出SVR训练样本和测试样本;
步骤1.2选取或更换核函数及模型参数;
步骤1.3获得支持向量回归模型和参数;
步骤1.4测试支持向量回归模型;
步骤二:应用支持向量回归机模型,具体包括:
步骤2.1采集和整理运行参数;
步骤2.2预测汽轮机高压转子外表面温度。
2.根据权利要求1所述的一种核电汽轮机高压转子外表面温度模拟方法,其特征在于:所述的步骤1.1整理出SVR训练样本和测试样本,具体包括:收集整理汽轮机50%~100%负荷稳定运行状态下各负荷段内汽轮发电机组电功率、主蒸汽温度、内缸内壁或高压进汽管道内壁温度测点、高压缸第1级动叶槽部位转子外表面温度的数据作为数据样本;在数据样本中,在各负荷段内抽样任选20%的数据样本作为测试样本,剩余80%的数据样本作为训练样本。
3.根据权利要求2所述的一种核电汽轮机高压转子外表面温度模拟方法,其特征在于:步骤1.2选取或更换核函数及模型参数,具体包括:选择支持向量回归机模型的核函数,采用网格自动寻优方法确定惩罚系数和宽度系数;
网格自动寻优方法确定惩罚系数和宽度系数的步骤为:给定惩罚系数和宽度系数的取值范围、初始值及变化步长,然后就两者的取值进行组合针对训练样本进行训练,最后选择误差最小的一组参数作为最优的惩罚系数和宽度系数;
在选择支持向量回归机模型的核函数时,优先选择径向基函数作为支持向量回归机模型的核函数,在径向基函数无法满足训练和测试要求时,选择多项式函数、感知器函数和线性函数。
4.根据权利要求3所述的一种核电汽轮机高压转子外表面温度模拟方法,其特征在于:步骤1.3获得支持向量回归模型和参数:根据步骤1.2选取的核函数以及寻优获得的惩罚系数和宽度系数,利用LIBSVM支持向量机函数库,针对训练样本进行训练,获得合适的支持向量回归模型和参数。
5.根据权利要求1所述的一种核电汽轮机高压转子外表面温度模拟方法,其特征在于:步骤1.4测试支持向量回归模型,具体包括:根据步骤1.3获得的支持向量回归模型和参数,利用LIBSVM支持向量机函数库,针对步骤1.1得到的测试样本进行预测,分析预测精度;若预测精度不能达到要求,回到步骤1.2更换支持向量回归机模型的核函数重新开始。
6.根据权利要求3所述的一种核电汽轮机高压转子外表面温度模拟方法,其特征在于:所述的步骤2.1采集和整理运行参数,具体包括:获取核电汽轮发电机组电功率、主蒸汽温度、内缸内壁或高压进汽管道内壁温度测点的数据;步骤2.2预测汽轮机高压转子外表面温度:在汽轮机的运行中,利用支持向量回归机模型,计算核电汽轮机高压转子外表面的温度,用温度模拟值参与到汽轮机热应力监控系统。
7.根据权利要求6所述的一种核电汽轮机高压转子外表面温度模拟方法,其特征在于:所述步骤1.1和步骤1.2之间还进行如下处理:对所述训练样本和所述测试样本进行标准化处理,将其值通过线性插值方式控制到0~1之间;所述步骤2.1和步骤2.2之间还进行如下处理:对运行数据进行标准化处理,将其值通过线性插值方式控制到0~1之间。
8.一种核电汽轮机高压转子外表面温度模拟装置,其特征在于:数据采集系统和接口相连,接口依次连接计算机,高压转子外表面温度显示;数据在接口,训练数据模块,向量回归机模型,高压转子外表面温度预测器之间依次传输,最后输入计算机。
9.根据权利要求8所述的一种核电汽轮机高压转子外表面温度模拟装置,其特征在于:所述的数据采集系统和模数转换相连,模数转换数据输出至数据采集系统;模数转换数据输入由温度传感器和功率传感器输入。
10.根据权利要求8所述的一种核电汽轮机高压转子外表面温度模拟装置,其特征在于:所述的温度传感器测量控制阀,进汽管内壁和内缸内壁温度;功率传感器测量发电机功率。
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CN114412588A (zh) * 2021-12-01 2022-04-29 上海发电设备成套设计研究院有限责任公司 核电汽轮机快速起动热应力作用下的寿命在役监控方法
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