CN112131685B - 一种联合循环机组整体热力性能试验不确定度评估方法 - Google Patents

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Abstract

本发明一种联合循环机组整体热力性能试验不确定度评估方法，包括：a、建立输入量与输出量热耗率和输出功率之间的数学物理方程；b、收集联合循环机组热力性能试验中，所有输入量对应试验仪器及仪表的准确度和参数分布类型；c、进行热力性能试验，计算试验数据的输入量矩阵和标准不确定度；d、计算测试仪器及仪表的标准不确定度；e、根据试验数据和试验仪器及仪表的标准不确定度产生随机变量ΔX，计算对应的输出量HR(X+ΔX)和P(X+ΔX)；f、进行重复性计算，当重复性计算结果满足|UN‑UN‑1|小于等于ΔU0时计算结束，根据概率分布曲线的标准差σ计算最终的试验不确定度U。本发明可快速、准确计算联合循环机组性能试验的不确定度，可用于指导联合循环机组性能试验的进行。

Description

一种联合循环机组整体热力性能试验不确定度评估方法
技术领域
本发明属于联合循环机组性能试验技术领域，具体涉及一种联合循环机组整体热力性能试验不确定度评估方法。
背景技术
联合循环机组的整体性能试验，尤其是新建机组的考核试验对于机组的技术鉴定、性能保证以及机组中存在的问题等都具有及其重要的意义。而试验不确定度可以衡量试验质量和试验水平，是评判试验是否符合相关标准的重要指标。
目前通用的不确定度评估方法来源是由ISO于1993年颁布并实施的《The guideto the expression of uncertainty in measurement》(GUM)。GUM是一种直接的不确定度分析方法，通过不确定度传播公式计算合成标准不确定度和扩展不确定度，是一种数学推理方法。该方法在计算过程中需要计算每个输入量对输出量的偏导数作为敏感度系数，当输入量和输出量呈复杂非线性函数时求偏导数过程变得异常繁琐。对于联合循环机组性能试验而言，输入量和输出量关系属于复杂非线性函数，采用GUM方法需要进行繁琐的求偏导。本发明提出的方法不会受模型复杂的影响，无需计算灵敏度系数，可快速、准确地计算联合循环机组性能试验的不确定度。
发明内容
本发明的目的在于提供一种联合循环机组整体热力性能试验不确定度评估方法，利用该方法可以快速、有效地计算联合循环机组性能试验的不确定度。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：
一种联合循环机组整体热力性能试验不确定度评估方法，包括如下步骤：
A、针对需要进行热力性能试验不确定度计算的联合循环机组，建立输入量X与输出量热耗率HR(X)和输出功率P(X)之间的数学物理方程，进入步骤B；
B、收集联合循环机组热力性能试验中，所有输入量对应试验仪器及仪表的准确度和参数分布类型，试验仪器及仪表包括湿度变送器、压力变送器、温度变送器、流量测量装置、燃气成分分析仪、电功率计，进入步骤C；
C、安装试验仪器及仪表，对联合循环机组进行热力性能试验，采集并收集试验数据，计算每一个测试仪器及仪表对应试验数据的输入量矩阵X和标准不确定度进入步骤D；
D、根据试验仪器及仪表的准确度和参数分布类型，计算每一个测试仪表的标准不确定度进入步骤E；
E、根据和/>产生随机变量ΔX，并利用步骤A中所确立数学物理方程中计算对应的输出量HR(X+ΔX)和P(X+ΔX)，进入步骤F；
F、进行第N次重复性计算，N的初始值为1，将所有重复性计算的输出量结果进行概率分布统计，计算试验不确定度UN；当前后两次计算试验不确定度的绝对偏差|UN-UN-1|大于目标值ΔU0时，令N＝N+1，返回步骤E；当前后两次计算试验不确定度偏差|UN-UN-1|小于等于ΔU0时，计算结束，得到计算次数N0和最终的输出量概率分布曲线，根据概率分布曲线的标准差σ计算最终的试验不确定度U。
本发明进一步的改进在于，该方法适用于“一拖一”、“二拖一”型式联合循环机组的性能试验。
本发明进一步的改进在于，步骤A中，热耗率HR对应的输入量包括燃料流量、燃料热值、空气温度、空气相对湿度、大气压力、燃气轮机发电机输出功率、汽轮机发电机输出功率；输出功率P对应的输入量包括燃气轮机发电机功率因数输出功率、燃气轮机发电机功率因数、汽轮机发电机功率因数输出功率、汽轮机发电机功率因数；热耗率HR和输出功率P的数学物理表达式如公式(1)所示：
式中：XiHR和XjP分别为热耗率和输出功率对应的输入量，i＝1,2,…,n，j＝1,2,…,m；方程的建立方法参照ASME PTC 46-2004《全厂整体性能试验标准》。
本发明进一步的改进在于，步骤B中，试验仪器及仪表准确度的来源为检定或者校准证书、出厂试验报告、产品说明书或者使用手册、国家或类似文件给出的重复性极限能够溯源的文件资料。
本发明进一步的改进在于，步骤C中，试验数据的输入量矩阵X由公式(2)计算，试验数据的标准不确定由公式(3)计算：
式中：xi为试验数据，为试验数据的平均数，n为试验时间段内同一试验数据点的采集数量。
本发明进一步的改进在于，步骤D中，试验仪器及仪表的标准不确定由公式(4)进行计算：
式中：b和a为仪器及仪表准确度概率分布的上界和下界，σ为正态分布的标准差，β为梯形分布的上底半宽与下底半宽之比。
本发明进一步的改进在于，步骤E中，随机变量ΔX由公式(5)计算：
式中：rand[-1,1]为在区间[-1,1]的随机数生成函数。
本发明进一步的改进在于，步骤F中，前后两次计算试验不确定度的绝对偏差ΔU0取值根据现场实际需要的精度进行确定，对于常规的联合循环热力性能试验，取ΔU0＝0.01％。
本发明进一步的改进在于，步骤F中，最终的试验不确定度U根据输出量概率分布曲线的标准差σ进行计算：
U＝kσ (5)
式中：k为置信因子，根据试验要求进行确定，σ为输出量概率分布曲线的标准差。
本发明进一步的改进在于，对于联合循环热力性能试验，取k＝2。
本发明至少具有如下有益的技术效果：
本发明提供的一种联合循环机组整体热力性能试验不确定度评估方法，首先建立输入量与输出量热耗率和输出功率之间的数学物理方程，并收集联合循环机组热力性能试验中，所有输入量对应试验仪器及仪表的准确度和参数分布类型。然后进行热力性能试验，计算试验数据的输入量矩阵和标准不确定度，同时根据试验仪器及仪表的准确度和参数分布类型计算测试仪表的标准不确定度。最后根据试验数据和试验仪表的标准不确定度产生随机变量，计算对应的输出量，并进行重复性计算，当重复性计算结果满足给定要求时计算结束，根据概率分布曲线的标准差计算最终的试验不确定度。
附图说明
图1是本发明的流程图。
图2是本发明所提供的某联合循环机组试验不确定度随计算次数的变化趋势。
图3是本发明所提供的某联合循环机组试验不确定度计算结果示意图。
具体实施方式
下面结合附图和实例对本发明的一种联合循环机组整体热力性能试验不确定度评估方法进行详细说明。
如图1所示，本发明提供的一种联合循环机组整体热力性能试验不确定度评估方法，包括如下操作步骤：
A、针对需要进行热力性能试验不确定度计算的联合循环机组，建立输入量X与输出量热耗率HR(X)和输出功率P(X)之间的数学物理方程。
B、收集联合循环机组热力性能试验中，所有输入量对应试验仪器及仪表的准确度和参数分布类型，试验仪器及仪表包括湿度变送器、压力变送器、温度变送器、流量测量装置、燃气成分分析仪、电功率计等。
C、安装试验仪器及仪表，对联合循环机组进行热力性能试验。采集并收集试验数据，计算每一个测试仪器及仪表对应试验数据的输入量矩阵X和标准不确定度
D、根据试验仪器及仪表的准确度和参数分布类型，计算每一个测试仪表的标准不确定度
E、根据和/>产生随机变量ΔX，并利用步骤A中所确立数学物理方程中计算对应的输出量HR(X+ΔX)和P(X+ΔX)。
F、进行第N次(N的初始值为1)重复性计算，将所有重复性计算的输出量结果进行概率分布统计，计算试验不确定度UN。当前后两次计算试验不确定度的绝对偏差|UN-UN-1|大于目标值ΔU0时，令N＝N+1，返回步骤E；当前后两次计算试验不确定度偏差|UN-UN-1|小于等于ΔU0时，计算结束，得到计算次数N0和最终的输出量概率分布曲线，根据概率分布曲线的标准差σ计算最终的试验不确定度U。

Claims (5)

1.一种联合循环机组整体热力性能试验不确定度评估方法，其特征在于，包括如下步骤：
A、针对需要进行热力性能试验不确定度计算的联合循环机组，建立输入量X与输出量热耗率HR(X)和输出功率P(X)之间的数学物理方程，进入步骤B；热耗率HR对应的输入量包括燃料流量、燃料热值、空气温度、空气相对湿度、大气压力、燃气轮机发电机输出功率、汽轮机发电机输出功率；输出功率P对应的输入量包括燃气轮机发电机功率因数输出功率、燃气轮机发电机功率因数、汽轮机发电机功率因数输出功率、汽轮机发电机功率因数；热耗率HR和输出功率P的数学物理表达式如公式(1)所示：
式中：XiHR和XjP分别为热耗率和输出功率对应的输入量，i＝1,2,...,n，j＝1,2,...,m；方程的建立方法参照ASME PTC 46-2004《全厂整体性能试验标准》；
B、收集联合循环机组热力性能试验中，所有输入量对应试验仪器及仪表的准确度和参数分布类型，试验仪器及仪表包括湿度变送器、压力变送器、温度变送器、流量测量装置、燃气成分分析仪、电功率计，进入步骤C；
C、安装试验仪器及仪表，对联合循环机组进行热力性能试验，采集并收集试验数据，计算每一个测试仪器及仪表对应试验数据的输入量矩阵X和标准不确定度进入步骤D；试验数据的输入量矩阵X由公式(2)计算，试验数据的标准不确定/>由公式(3)计算：
式中：xi为试验数据，为试验数据的平均数，n为试验时间段内同一试验数据点的采集数量；
D、根据试验仪器及仪表的准确度和参数分布类型，计算每一个测试仪表的标准不确定度进入步骤E；试验仪器及仪表的标准不确定/>由公式(4)进行计算：
式中：b和a为仪器及仪表准确度概率分布的上界和下界，σ为正态分布的标准差，β为梯形分布的上底半宽与下底半宽之比；
E、根据和/>产生随机变量ΔX，并利用步骤A中所确立数学物理方程中计算对应的输出量HR(X+ΔX)和P(X+ΔX)，进入步骤F；随机变量ΔX由公式(5)计算：
式中：rand[-1,1]为在区间[-1,1]的随机数生成函数；
F、进行第N次重复性计算，N的初始值为1，将所有重复性计算的输出量结果进行概率分布统计，计算试验不确定度UN；当前后两次计算试验不确定度的绝对偏差|UN-UN-1|大于目标值ΔU0时，令N＝N+1，返回步骤E；当前后两次计算试验不确定度偏差|UN-UN-1|小于等于ΔU0时，计算结束，得到计算次数N0和最终的输出量概率分布曲线，根据概率分布曲线的标准差σ计算最终的试验不确定度U；最终的试验不确定度U根据输出量概率分布曲线的标准差σ进行计算：
U＝kσ (5)式中：k为置信因子，根据试验要求进行确定，σ为输出量概率分布曲线的标准差。
2.根据权利要求1所述的一种联合循环机组整体热力性能试验不确定度评估方法，其特征在于，该方法适用于“一拖一”、“二拖一”型式联合循环机组的性能试验。
3.根据权利要求1所述的一种联合循环机组整体热力性能试验不确定度评估方法，其特征在于，步骤B中，试验仪器及仪表准确度的来源为检定或者校准证书、出厂试验报告、产品说明书或者使用手册给出的重复性极限能够溯源的文件资料。
4.根据权利要求1所述的一种联合循环机组整体热力性能试验不确定度评估方法，其特征在于，步骤F中，前后两次计算试验不确定度的绝对偏差ΔU0取值根据现场实际需要的精度进行确定，对于常规的联合循环热力性能试验，取ΔU0＝0.01％。
5.根据权利要求1所述的一种联合循环机组整体热力性能试验不确定度评估方法，其特征在于，对于联合循环热力性能试验，取k＝2。
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