CN112990773B - 一种基于多指标融合的控制回路性能评价方法 - Google Patents

一种基于多指标融合的控制回路性能评价方法 Download PDF

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CN112990773B CN202110438852.9A CN202110438852A CN112990773B CN 112990773 B CN112990773 B CN 112990773B CN 202110438852 A CN202110438852 A CN 202110438852A CN 112990773 B CN112990773 B CN 112990773B
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Abstract

本发明涉及一种基于多指标融合的控制回路性能评价方法，包括步骤：构建控制回路性能评价指标；为控制回路性能评价指标分配权重；对控制回路性能评价指标进行加权平均，获得综合性能评价指标，并划分综合性能评价指标的性能等级，得到最终性能评价结果。本发明的有益效果是：本发明设计了静态偏差指标、波动指标、阀门饱和指标、回路振荡指标以及Hurst指数指标，并对其进行加权融合，得到综合评价指标对控制回路进行客观的性能评价；进一步构建了性能等级机制，辅助火电厂业务人员进行决策；可以及时发现工作状态不佳的控制回路，提升经济效益，降低因控制回路问题造成意外事件的风险，对于控制系统性能监测具有重要应用价值。

Description

一种基于多指标融合的控制回路性能评价方法
技术领域
本发明属于控制科学与工程技术领域，尤其涉及一种基于多指标融合的控制回路性能评价方法。
背景技术
以百万千瓦超超临界火电机组为代表的高端发电装备中，含有成百上千个控制回路在运行。这些控制回路会由于外部环境干扰、设备老化等各种因素的影响而不再处于最佳工作状态，控制器性能会逐步退化，最终导致实际性能与设计要求有很大的差距。这除了会降低工业效率、增加运行成本、减少设备使用时间之外，还可能引发连锁反应造成事故、甚至导致机组非停等安全问题，对机组的安全、经济运行产生较大影响。
设备运行的好坏依赖于控制系统性能的表现，目前，火电机组的控制系统的性能评价仍旧依靠操作人员生产经验，主观性强且具有间断性，可靠性差，无法实时有效地评价控制系统性能。
发明内容
本发明的目的是克服现有技术中的不足，提供一种基于多指标融合的控制回路性能评价方法。
这种基于多指标融合的控制回路性能评价方法，包括：
步骤1、构建控制回路性能评价指标，所述控制回路性能评价指标包括静态偏差指标、波动指标、阀门饱和指标、回路振荡指标和Hurst指数指标；
步骤1.1、将历史最优的静态偏差作为历史基准，计算实际运行过程中的静态偏差指标的分值
Figure 559933DEST_PATH_IMAGE001
：
Figure 70549DEST_PATH_IMAGE002
上式中，
Figure 647023DEST_PATH_IMAGE001
为实际运行过程中静态偏差指标的分值，
Figure 511074DEST_PATH_IMAGE003
为形状控制参数；
步骤1.2、将历史最优的波动指标数值作为历史基准，计算实际运行过程中的波动指标的分值
Figure 591026DEST_PATH_IMAGE004
:
Figure 6964DEST_PATH_IMAGE005
上式中，
Figure 70735DEST_PATH_IMAGE004
为实际运行过程中波动指标的分值，
Figure 738476DEST_PATH_IMAGE006
为形状控制参数；
步骤1.3、采用监测时段内阀门饱和时长作为评价依据，构建阀门饱和指标分值
Figure 672934DEST_PATH_IMAGE007
：
Figure 463036DEST_PATH_IMAGE008
上式中，
Figure 810840DEST_PATH_IMAGE007
为阀门饱和指标分值，
Figure 16694DEST_PATH_IMAGE009
为形状控制参数，按实际需求在设计分值时进行设置
Figure 133554DEST_PATH_IMAGE009
，
Figure 828978DEST_PATH_IMAGE010
；
步骤1.4、构建回路振荡指标；
步骤1.5、利用R/S分析法计算Hurst指数，记为
Figure 539445DEST_PATH_IMAGE011
；构建基于Hurst指数的性能评价指标
Figure 408044DEST_PATH_IMAGE012
：
Figure 520356DEST_PATH_IMAGE013
上式中，
Figure 448998DEST_PATH_IMAGE014
为性能评价指标，其中
Figure 646761DEST_PATH_IMAGE015
为形状控制参数，
Figure 319051DEST_PATH_IMAGE016
为Hurst指数；
步骤2、基于电厂专业人员/相关专家所认为的指标的重要程度，为控制回路性能评价指标分配权重；
步骤3：对控制回路性能评价指标进行加权平均，获得综合性能评价指标，并划分综合性能评价指标的性能等级，得到最终性能评价结果。
作为优选，步骤1.4具体包括以下步骤：
步骤1.4.1、记控制回路被控信号过零点的时间间隔为
Figure 613766DEST_PATH_IMAGE017
：
Figure 650992DEST_PATH_IMAGE018
上式中，
Figure 70472DEST_PATH_IMAGE017
为控制回路被控信号过零点的时间间隔，
Figure 546453DEST_PATH_IMAGE019
为过零点时间间隔的均值，
Figure 367778DEST_PATH_IMAGE020
为随机变量；
步骤1.4.2、构建规则度指标
Figure 903802DEST_PATH_IMAGE021
：
Figure 810578DEST_PATH_IMAGE022
上式中，
Figure 824671DEST_PATH_IMAGE019
为过零点时间间隔的均值，
Figure 500503DEST_PATH_IMAGE023
表示控制回路被控信号过零点的时间间隔
Figure 473007DEST_PATH_IMAGE017
的标准差；
步骤1.4.3、根据规则度指标
Figure 601500DEST_PATH_IMAGE024
构建反映回路振荡程度的回路振荡指标分值
Figure 419283DEST_PATH_IMAGE025
，具体构建方式为：
Figure 949621DEST_PATH_IMAGE026
上式中，
Figure 499551DEST_PATH_IMAGE027
为回路振荡指标分值，
Figure 708816DEST_PATH_IMAGE028
为规则度指标，
Figure 330290DEST_PATH_IMAGE029
为形状控制参数。
作为优选，步骤2中各个控制回路性能评价指标的权重如下：静态偏差指标的权重为0.2、波动指标的权重为0.2、阀门饱和指标的权重为0.15、回路振荡指标的权重为0.3、Hurst指数指标的权重为0.15。
作为优选，步骤3具体包括如下步骤：
步骤3.1、构建控制回路综合性能评价指标，记为
Figure 980714DEST_PATH_IMAGE030
：
Figure 763862DEST_PATH_IMAGE031
步骤3.2、为不同控制回路性能评价指标的分值划分性能等级。
作为优选，步骤3.2中为不同控制回路性能评价指标的分值划分性能等级的具体内容为：
静态偏差指标的性能等级划分为：当90＜实际运行过程中静态偏差指标的分值
Figure 132527DEST_PATH_IMAGE001
≤100时，被控变量与设定值偏差小；当75＜实际运行过程中静态偏差指标的分值
Figure 964217DEST_PATH_IMAGE001
≤90时，被控变量与设定值偏差较小；当50＜实际运行过程中静态偏差指标的分值
Figure 859360DEST_PATH_IMAGE001
≤75时，被控变量与设定值偏差较大；当实际运行过程中静态偏差指标的分值
Figure 423197DEST_PATH_IMAGE001
≤50时，被控变量与设定值偏差大；
波动指标的性能等级划分为：当 90＜实际运行过程中的波动指标的分值
Figure 403791DEST_PATH_IMAGE004
≤100时，波动方差小；当75＜实际运行过程中的波动指标的分值
Figure 39172DEST_PATH_IMAGE032
≤90时，波动方差较小；当50＜实际运行过程中的波动指标的分值
Figure 398609DEST_PATH_IMAGE032
≤75时，波动方差较大；当实际运行过程中的波动指标的分值
Figure 523560DEST_PATH_IMAGE033
≤50时，波动方差大；
阀门饱和指标的性能等级划分为：当阀门饱和指标分值
Figure 866817DEST_PATH_IMAGE034
＜100时，控制回路的执行机构存在饱和现象；
回路振荡指标的性能等级划分为：当80＜回路振荡指标分值
Figure 368205DEST_PATH_IMAGE035
≤100时，监测时段内控制回路无振荡发生；当60＜回路振荡指标分值
Figure 847728DEST_PATH_IMAGE035
≤80时，控制回路存在轻微振荡；当回路振荡指标分值
Figure 409159DEST_PATH_IMAGE035
≤60时，控制回路存在较明显的振荡；
Hurst指数指标的性能等级划分为：当70＜基于Hurst指数的性能评价指标
Figure 770871DEST_PATH_IMAGE036
的分值≤100时，控制回路抗干扰能力较好；当50＜基于Hurst指数的性能评价指标
Figure 279212DEST_PATH_IMAGE036
的分值≤70时，控制回路抗干扰能力一般；当基于Hurst指数的性能评价指标
Figure 409979DEST_PATH_IMAGE036
的分值≤50时，控制回路抗干扰能力差；
综合性能评价指标的性能等级划分为：当75＜控制回路综合性能评价指标
Figure 752099DEST_PATH_IMAGE030
的分值≤100时，控制回路综合性能良好；当60＜控制回路综合性能评价指标
Figure 929002DEST_PATH_IMAGE030
的分值≤75时，控制回路综合性能一般；当控制回路综合性能评价指标
Figure 647560DEST_PATH_IMAGE037
的分值≤60时，控制回路综合性能差。
作为优选，步骤1.1中，形状控制参数
Figure 898412DEST_PATH_IMAGE038
，
Figure 801646DEST_PATH_IMAGE039
1实际需求在设计实际运行过程中静态偏差指标的分值
Figure 341212DEST_PATH_IMAGE040
时进行设置，
Figure 722515DEST_PATH_IMAGE041
在0～100之间，
Figure 31136DEST_PATH_IMAGE040
越接近100表明该运行时段内被控变量偏离设定值的程度越小，性能越好；
步骤1.2中形状控制参数
Figure 777376DEST_PATH_IMAGE042
，按实际需求在设计实际运行过程中的波动指标的分值
Figure 663292DEST_PATH_IMAGE033
时设置
Figure 989231DEST_PATH_IMAGE043
；
Figure 11414DEST_PATH_IMAGE044
在0～100之间，
Figure 131817DEST_PATH_IMAGE033
越接近100表明运行时段被控变量波动的程度越小，性能越好；
步骤1.3中按实际需求在设计分值时进行设置
Figure 770608DEST_PATH_IMAGE045
，
Figure 431397DEST_PATH_IMAGE046
，
Figure 776927DEST_PATH_IMAGE034
在0～100之间，
Figure 130548DEST_PATH_IMAGE047
越接近100表明运行时段内出现的阀门饱和现象越少，性能越好；
步骤1.4.3中按实际需求在设计回路振荡指标分值
Figure 866423DEST_PATH_IMAGE035
时设置
Figure 393219DEST_PATH_IMAGE048
，
Figure 265361DEST_PATH_IMAGE049
，
Figure 117779DEST_PATH_IMAGE035
在0～100之间，
Figure 137688DEST_PATH_IMAGE035
越接近100表明回路振荡越不明显；
步骤1.5中按实际需求在设计分值时设置Hurst指数，
Figure 343541DEST_PATH_IMAGE050
；Hurst指数指标的分值在0～100之间，Hurst指数指标越接近100表明抗干扰性能越好。
作为优选，步骤1.4.1中控制回路被控信号过零点的时间间隔
Figure 460401DEST_PATH_IMAGE051
服从指数分布。
作为优选，步骤1.4.2中若规则度指标
Figure 93508DEST_PATH_IMAGE052
大于1，则控制回路发生振荡。
本发明的有益效果是：本发明针对现阶段电厂缺乏客观的控制回路评价标准问题，设计了静态偏差指标、波动指标、阀门饱和指标、回路振荡指标以及Hurst指数指标，并对以上五项指标进行加权融合，得到综合评价指标对控制回路进行客观的性能评价；本发明还进一步构建了性能等级机制，辅助火电厂业务人员进行决策。本发明可以及时发现工作状态不佳的控制回路，提升经济效益，降低因控制回路问题造成意外事件的风险，对于控制系统性能监测具有重要应用价值。
附图说明
图1为静态偏差指标输出结果图；
图2为波动指标输出结果图；
图3为阀门饱和指标输出结果图；
图4为回路振荡指标输出结果图；
图5为Hurst指标输出结果图；
图6为综合性能评价指标输出结果图；
图7为某火电机组0号高加正常疏水控制回路性能评价结果图。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明做进一步描述。下述实施例的说明只是用于帮助理解本发明。应当指出，对于本技术领域的普通人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。
本发明通过构建静态偏差指标、波动指标、阀门饱和指标、回路振荡指标以及Hurst指数这5个性能评价指标，并基于业务知识为各项指标分配权重，得到加权融合的综合指标作为控制回路的综合性能评价指标，并按分值划分性能等级，从而可进行决策指导。
实施例1：
一种基于多指标融合的控制回路性能评价方法，包括：
步骤1、构建控制回路性能评价指标，所述控制回路性能评价指标包括静态偏差指标、波动指标、阀门饱和指标、回路振荡指标和Hurst指数指标；
步骤1.1、将历史最优的静态偏差作为历史基准，计算实际运行过程中的静态偏差指标的分值
Figure 663030DEST_PATH_IMAGE040
：
Figure 469312DEST_PATH_IMAGE053
上式中，
Figure 932958DEST_PATH_IMAGE040
为实际运行过程中静态偏差指标的分值，
Figure 533703DEST_PATH_IMAGE054
为形状控制参数；
步骤1.2、将历史最优的波动指标数值作为历史基准，计算实际运行过程中的波动指标的分值
Figure 731467DEST_PATH_IMAGE033
:
Figure 403756DEST_PATH_IMAGE055
上式中，
Figure 370575DEST_PATH_IMAGE033
为实际运行过程中波动指标的分值，
Figure 470118DEST_PATH_IMAGE006
为形状控制参数；
步骤1.3、采用监测时段内阀门饱和时长作为评价依据，构建阀门饱和指标分值
Figure 889598DEST_PATH_IMAGE034
：
Figure 365579DEST_PATH_IMAGE008
上式中，
Figure 983642DEST_PATH_IMAGE034
为阀门饱和指标分值，
Figure 395032DEST_PATH_IMAGE045
为形状控制参数，按实际需求在设计分值时进行设置
Figure 160863DEST_PATH_IMAGE045
，
Figure 50321DEST_PATH_IMAGE056
；
步骤1.4、构建回路振荡指标；
步骤1.4.1、记控制回路被控信号过零点的时间间隔为
Figure 788470DEST_PATH_IMAGE057
：
Figure 229816DEST_PATH_IMAGE058
上式中，
Figure 623888DEST_PATH_IMAGE059
为控制回路被控信号过零点的时间间隔，
Figure 176092DEST_PATH_IMAGE060
为过零点时间间隔的均值，
Figure 972010DEST_PATH_IMAGE061
为随机变量；控制回路被控信号过零点的时间间隔
Figure 849836DEST_PATH_IMAGE062
服从指数分布
步骤1.4.2、构建规则度指标
Figure 527942DEST_PATH_IMAGE063
：
Figure 87099DEST_PATH_IMAGE064
上式中，
Figure 737523DEST_PATH_IMAGE060
为过零点时间间隔的均值，
Figure 458355DEST_PATH_IMAGE065
表示控制回路被控信号过零点的时间间隔
Figure 154915DEST_PATH_IMAGE066
的标准差；
步骤1.4.3、根据规则度指标
Figure 986605DEST_PATH_IMAGE067
构建反映回路振荡程度的回路振荡指标分值
Figure 616170DEST_PATH_IMAGE068
，具体构建方式为：
Figure 445585DEST_PATH_IMAGE069
上式中，
Figure 426180DEST_PATH_IMAGE068
为回路振荡指标分值，
Figure 999243DEST_PATH_IMAGE070
为规则度指标，
Figure 748894DEST_PATH_IMAGE071
为形状控制参数；
步骤1.5、利用R/S分析法计算Hurst指数，记为
Figure 14790DEST_PATH_IMAGE072
；构建基于Hurst指数的性能评价指标
Figure 889205DEST_PATH_IMAGE073
：
Figure 656173DEST_PATH_IMAGE074
上式中，
Figure 135696DEST_PATH_IMAGE075
为性能评价指标，其中
Figure 431548DEST_PATH_IMAGE076
为形状控制参数，
Figure 996521DEST_PATH_IMAGE072
为Hurst指数；
步骤2、基于电厂专业人员/相关专家所认为的指标的重要程度，为控制回路性能评价指标分配权重；
步骤3：对控制回路性能评价指标进行加权平均，获得综合性能评价指标，并划分综合性能评价指标的性能等级，得到最终性能评价结果。
实施例2：
在实施例1的基础上，通过基于某火电机组0号高加正常疏水控制回路的真实案例来具体阐述具体操作步骤以及验证方法的效果。
本实施例中控制回路的采样时间为2019年6月1日00：00～2019年6月7日23：59，采样频率为1分钟。
基于多指标融合的控制回路性能评价方法具体执行过程如下：
步骤1、构建5项控制回路性能评价指标，包括静态偏差指标、波动指标、阀门饱和指标、回路振荡指标以及Hurst指数。本步骤具体通过如下子步骤实现：
步骤1.1、构建静态偏差指标，具体过程如下：
步骤1.1.1、将历史最优的静态偏差作为历史基准；
步骤1.1.2、实际运行过程中的静态偏差指标的分值
Figure 708125DEST_PATH_IMAGE077
按以下公式计算：
Figure 635630DEST_PATH_IMAGE078
其中
Figure 367963DEST_PATH_IMAGE079
为形状控制参数，按实际需求在设计分值时进行设置，
Figure 420232DEST_PATH_IMAGE080
。本例取
Figure 935527DEST_PATH_IMAGE081
=3，静态偏差指标的分值在0～100之间，越接近100表明运行时段被控变量偏离设定值的程度越小，性能越好。本例中静态偏差指标输出结果如图1所示。
步骤1.2、构建波动指标，具体过程如下：
步骤1.2.1、将历史最优的波动指标数值作为历史基准；
步骤1.2.2、实际运行过程中的波动指标的分值
Figure 717539DEST_PATH_IMAGE082
按以下公式计算：
Figure 292876DEST_PATH_IMAGE083
其中
Figure 160338DEST_PATH_IMAGE084
为形状控制参数，按实际需求在设计分值时进行设置，
Figure 807220DEST_PATH_IMAGE085
。本例取
Figure 115842DEST_PATH_IMAGE086
=3，静态偏差指标的分值在0～100之间，越接近100表明运行时段被控变量波动的程度越小，性能越好。本例中波动指标输出结果如图2所示。
步骤1.3、构建阀门饱和指标，具体过程如下：
采用监测时段内阀门饱和时长作为评价依据，阀门饱和指标分值
Figure 862081DEST_PATH_IMAGE087
的具体构建方式为：
Figure 747997DEST_PATH_IMAGE008
其中
Figure 808357DEST_PATH_IMAGE088
为形状控制参数，按实际需求在设计分值时进行设置，
Figure 768223DEST_PATH_IMAGE089
。本例取
Figure 216522DEST_PATH_IMAGE090
=2，越接近100表明运行时段内出现的阀门饱和现象越少，性能越好。本例中阀门饱和指标输出结果如图3所示。
步骤1.4、构建回路振荡指标，具体过程如下：
步骤1.4.1、记控制回路被控信号过零点的时间间隔为
Figure 527417DEST_PATH_IMAGE062
，
Figure 250523DEST_PATH_IMAGE091
其中，
Figure 268157DEST_PATH_IMAGE060
为过零点间隔的均值，
Figure 621778DEST_PATH_IMAGE092
为随机变量，则
Figure 482287DEST_PATH_IMAGE062
服从指数分布；
步骤1.4.2、根据指数分布均值与标准差比值为1的性质，构建规则度指标
Figure 618870DEST_PATH_IMAGE093
：
Figure 881224DEST_PATH_IMAGE064
其中，
Figure 609009DEST_PATH_IMAGE094
表示
Figure 363338DEST_PATH_IMAGE062
的标准差，
Figure 959405DEST_PATH_IMAGE070
大于1即为发生振荡；若规则度指标
Figure 686052DEST_PATH_IMAGE095
大于1，则控制回路发生振荡；
步骤1.4.3、根据规则度指标
Figure 443793DEST_PATH_IMAGE063
构建反映回路振荡程度的回路振荡指标分值
Figure 950997DEST_PATH_IMAGE068
，具体构建方式为：
Figure 694963DEST_PATH_IMAGE069
其中
Figure 666330DEST_PATH_IMAGE096
为形状控制参数，按实际需求在设计分值时进行设置，
Figure 735917DEST_PATH_IMAGE097
。本例取
Figure 464838DEST_PATH_IMAGE098
=3，回路振荡指标的分值在0～100之间，越接近100表明回路振荡越不明显。本例中回路振荡指标输出结果如图4所示。
步骤1.5、构建Hurst指数指标，具体过程如下：
步骤1.5.1、利用R/S分析法计算Hurst指数，记为
Figure 605970DEST_PATH_IMAGE072
；
步骤1.5.2、构建基于Hurst指数的性能评价指标
Figure 369526DEST_PATH_IMAGE073
：
Figure 203490DEST_PATH_IMAGE074
其中
Figure 888549DEST_PATH_IMAGE099
为形状控制参数，按实际需求在设计分值时进行设置，
Figure 364530DEST_PATH_IMAGE100
。本例取
Figure 982593DEST_PATH_IMAGE076
=2，Hurst指数指标的分值在0～100之间，越接近100表明抗干扰性能越好。本例中Hurst指数指标输出结果如图5所示。
步骤2、基于业务知识为5个单项指标分配权重，5项指标的权重分配为：
静态偏差指标：0.2；
波动指标：0.2；
阀门饱和指标：0.15；
回路振荡指标：0.3；
Hurst指数指标0.15。
步骤3、对5个单项指标进行加权平均，获得综合性能评价指标，并划分性能等级，得到最终性能评价结果。本步骤具体通过如下子步骤实现：
步骤3.1、构建控制回路综合性能评价指标，记为
Figure 128404DEST_PATH_IMAGE101
，按以下公式进行计算：
Figure 894234DEST_PATH_IMAGE102
步骤3.2、为不同分值划分性能等级，具体过程如下：
静态偏差指标的性能等级划分为：当90＜实际运行过程中静态偏差指标的分值
Figure 49272DEST_PATH_IMAGE077
≤100时，被控变量与设定值偏差小；当75＜实际运行过程中静态偏差指标的分值
Figure 849738DEST_PATH_IMAGE077
≤90时，被控变量与设定值偏差较小；当50＜实际运行过程中静态偏差指标的分值
Figure 228767DEST_PATH_IMAGE077
≤75时，被控变量与设定值偏差较大；当实际运行过程中静态偏差指标的分值
Figure 622839DEST_PATH_IMAGE077
≤50时，被控变量与设定值偏差大；
波动指标的性能等级划分为：当 90＜实际运行过程中的波动指标的分值
Figure 175043DEST_PATH_IMAGE103
≤100时，波动方差小；当75＜实际运行过程中的波动指标的分值
Figure 970961DEST_PATH_IMAGE082
≤90时，波动方差较小；当50＜实际运行过程中的波动指标的分值
Figure 520891DEST_PATH_IMAGE082
≤75时，波动方差较大；当实际运行过程中的波动指标的分值
Figure 261314DEST_PATH_IMAGE082
≤50时，波动方差大；
阀门饱和指标的性能等级划分为：当阀门饱和指标分值
Figure 492575DEST_PATH_IMAGE104
＜100时，控制回路的执行机构存在饱和现象；
回路振荡指标的性能等级划分为：当80＜回路振荡指标分值
Figure 267633DEST_PATH_IMAGE068
≤100时，监测时段内控制回路无振荡发生；当60＜回路振荡指标分值
Figure 988464DEST_PATH_IMAGE105
≤80时，控制回路存在轻微振荡；当回路振荡指标分值
Figure 357129DEST_PATH_IMAGE105
≤60时，控制回路存在较明显的振荡；
Hurst指数指标的性能等级划分为：当70＜基于Hurst指数的性能评价指标
Figure 516715DEST_PATH_IMAGE075
的分值≤100时，控制回路抗干扰能力较好；当50＜基于Hurst指数的性能评价指标
Figure 756066DEST_PATH_IMAGE106
的分值≤70时，控制回路抗干扰能力一般；当基于Hurst指数的性能评价指标
Figure 975695DEST_PATH_IMAGE106
的分值≤50时，控制回路抗干扰能力差；
综合性能评价指标的性能等级划分为：当75＜控制回路综合性能评价指标
Figure 362814DEST_PATH_IMAGE037
的分值≤100时，控制回路综合性能良好；当60＜控制回路综合性能评价指标
Figure 201457DEST_PATH_IMAGE037
的分值≤75时，控制回路综合性能一般；当控制回路综合性能评价指标
Figure 685528DEST_PATH_IMAGE107
的分值≤60时，控制回路综合性能差。
本实施例中综合性能评价指标输出结果如图6所示。可见回路性能评价指标在65.7分～94.3分之间波动，电厂专业人员可根据该指标进行决策。
实施例3：
基于本发明所提出的控制回路性能评价方法，对某火电厂的40条典型回路进行性能监测和评价，包括该电厂1号机组20条典型回路以及2号机组20条典型回路（1号机组和2号机组均为以下20条回路：引风机动叶控制；送风机动叶控制；A侧二过减温水控制；A侧再热器减温水控制；高旁减温水控制；汽泵2号密封水调节阀指令TH侧；闭式水膨胀水箱液位控制；清洁水疏水箱水位控制；0号高加正常疏水控制；1号高加正常疏水控制；高旁阀控制；冷再至辅汽气动调节阀控制；轴封蒸汽压力调节阀控制；给泵A密封水TH侧调节阀控制；A磨热风挡板控制；A磨冷风挡板控制；吹灰蒸汽压力控制；燃油回油调节阀控制；一次风机动叶控制(A侧；吹灰蒸汽温度控制），针对这40条回路某时刻的性能评价结果如下表1所示，可见大多数回路控制性能均较为良好（75分及以上），少部分回路控制性能一般（60-75分），个别回路控制性能较差（低于60分），此评分分布也符合电厂实际运行情况，基于该结果，电厂专业人员便可对控制性能较差的以及一般的回路采取调节措施（较差的优先，一般的其次）。
表1 某火电机组40条回路性能评价结果表
Figure 951424DEST_PATH_IMAGE109
进一步的，本发明所提方法给出了某条回路性能评价的详细信息，该火电厂1号机组0号高加正常疏水控制回路在2020年11月17日14时45分的评价结果如图7所示，可见其通过雷达图给出了该回路该时刻的各项指标评分，并基于此给出了相应文字描述，同时给出了综合评价指标（80.28分），电厂专业人员便可根据评分和文字描述进行决策，如对于此类75分以上的回路，便可认为其处在较好的控制性能中，不需人工干预调节。

Claims (7)

1.一种基于多指标融合的控制回路性能评价方法，其特征在于，包括：
步骤1、构建控制回路性能评价指标，所述控制回路性能评价指标包括静态偏差指标、波动指标、阀门饱和指标、回路振荡指标和Hurst指数指标；
步骤1.1、将历史最优的静态偏差作为历史基准，计算实际运行过程中的静态偏差指标的分值
Figure DEST_PATH_IMAGE001
：
Figure 97241DEST_PATH_IMAGE002
上式中，
Figure DEST_PATH_IMAGE003
为实际运行过程中静态偏差指标的分值，
Figure 748802DEST_PATH_IMAGE004
为形状控制参数；
步骤1.2、将历史最优的波动指标数值作为历史基准，计算实际运行过程中的波动指标的分值
Figure 872747DEST_PATH_IMAGE005
:
Figure DEST_PATH_IMAGE006
上式中，
Figure 64694DEST_PATH_IMAGE007
为实际运行过程中波动指标的分值，
Figure DEST_PATH_IMAGE008
为形状控制参数；
步骤1.3、采用监测时段内阀门饱和时长作为评价依据，构建阀门饱和指标分值
Figure 613487DEST_PATH_IMAGE009
：
Figure DEST_PATH_IMAGE010
上式中，
Figure 741674DEST_PATH_IMAGE011
为阀门饱和指标分值，
Figure 336604DEST_PATH_IMAGE012
为形状控制参数，在设计分值时进行设置
Figure DEST_PATH_IMAGE013
，
Figure 269925DEST_PATH_IMAGE014
；
步骤1.4、构建回路振荡指标；
步骤1.5、利用R/S分析法计算Hurst指数，记为
Figure DEST_PATH_IMAGE015
；构建基于Hurst指数的性能评价指标
Figure 486273DEST_PATH_IMAGE016
：
Figure DEST_PATH_IMAGE017
上式中，
Figure 541954DEST_PATH_IMAGE018
为性能评价指标，其中
Figure 139026DEST_PATH_IMAGE019
为形状控制参数，
Figure DEST_PATH_IMAGE020
为Hurst指数；
步骤2、为控制回路性能评价指标分配权重；
步骤3：对控制回路性能评价指标进行加权平均，获得综合性能评价指标，并划分综合性能评价指标的性能等级，得到最终性能评价结果；
步骤3.1、构建控制回路综合性能评价指标，记为
Figure 610459DEST_PATH_IMAGE021
：
Figure 461740DEST_PATH_IMAGE022
步骤3.2、为不同控制回路性能评价指标的分值划分性能等级。
2.根据权利要求1所述基于多指标融合的控制回路性能评价方法，其特征在于，步骤1.4具体包括以下步骤：
步骤1.4.1、记控制回路被控信号过零点的时间间隔为
Figure DEST_PATH_IMAGE023
：
Figure 704634DEST_PATH_IMAGE024
上式中，
Figure DEST_PATH_IMAGE025
为控制回路被控信号过零点的时间间隔，
Figure 8576DEST_PATH_IMAGE026
为过零点时间间隔的均值，
Figure DEST_PATH_IMAGE027
为随机变量；
步骤1.4.2、构建规则度指标
Figure 18121DEST_PATH_IMAGE028
：
Figure DEST_PATH_IMAGE029
上式中，
Figure 707597DEST_PATH_IMAGE030
为过零点时间间隔的均值，
Figure 636239DEST_PATH_IMAGE031
表示控制回路被控信号过零点的时间间隔
Figure 630740DEST_PATH_IMAGE023
的标准差；
步骤1.4.3、根据规则度指标
Figure 178396DEST_PATH_IMAGE028
构建反映回路振荡程度的回路振荡指标分值
Figure DEST_PATH_IMAGE032
，具体构建方式为：
Figure 223843DEST_PATH_IMAGE033
上式中，
Figure 588965DEST_PATH_IMAGE034
为回路振荡指标分值，
Figure DEST_PATH_IMAGE035
为规则度指标，
Figure 851188DEST_PATH_IMAGE036
为形状控制参数。
3.根据权利要求1所述基于多指标融合的控制回路性能评价方法，其特征在于，步骤2中各个控制回路性能评价指标的权重如下：静态偏差指标的权重为0.2、波动指标的权重为0.2、阀门饱和指标的权重为0.15、回路振荡指标的权重为0.3、Hurst指数指标的权重为0.15。
4.根据权利要求1所述基于多指标融合的控制回路性能评价方法，其特征在于，步骤3.2中为不同控制回路性能评价指标的分值划分性能等级的具体内容为：
静态偏差指标的性能等级划分为：当90＜实际运行过程中静态偏差指标的分值
Figure DEST_PATH_IMAGE037
≤100时，被控变量与设定值偏差小；当75＜实际运行过程中静态偏差指标的分值
Figure 468114DEST_PATH_IMAGE037
≤90时，被控变量与设定值偏差较小；当50＜实际运行过程中静态偏差指标的分值
Figure 148494DEST_PATH_IMAGE038
≤75时，被控变量与设定值偏差较大；当实际运行过程中静态偏差指标的分值
Figure 559884DEST_PATH_IMAGE037
≤50时，被控变量与设定值偏差大；
波动指标的性能等级划分为：当 90＜实际运行过程中的波动指标的分值
Figure DEST_PATH_IMAGE039
≤100时，波动方差小；当75＜实际运行过程中的波动指标的分值
Figure 607606DEST_PATH_IMAGE040
≤90时，波动方差较小；当50＜实际运行过程中的波动指标的分值
Figure DEST_PATH_IMAGE041
≤75时，波动方差较大；当实际运行过程中的波动指标的分值
Figure 90540DEST_PATH_IMAGE040
≤50时，波动方差大；
阀门饱和指标的性能等级划分为：当阀门饱和指标分值
Figure 766372DEST_PATH_IMAGE042
＜100时，控制回路的执行机构存在饱和现象；
回路振荡指标的性能等级划分为：当80＜回路振荡指标分值
Figure 145400DEST_PATH_IMAGE043
≤100时，监测时段内控制回路无振荡发生；当60＜回路振荡指标分值
Figure DEST_PATH_IMAGE044
≤80时，控制回路存在轻微振荡；当回路振荡指标分值
Figure 388075DEST_PATH_IMAGE044
≤60时，控制回路存在较明显的振荡；
Hurst指数指标的性能等级划分为：当70＜基于Hurst指数的性能评价指标
Figure 940279DEST_PATH_IMAGE045
的分值≤100时，控制回路抗干扰能力较好；当50＜基于Hurst指数的性能评价指标
Figure 470617DEST_PATH_IMAGE045
的分值≤70时，控制回路抗干扰能力一般；当基于Hurst指数的性能评价指标
Figure DEST_PATH_IMAGE046
的分值≤50时，控制回路抗干扰能力差；
综合性能评价指标的性能等级划分为：当75＜控制回路综合性能评价指标
Figure 364755DEST_PATH_IMAGE047
的分值≤100时，控制回路综合性能良好；当60＜控制回路综合性能评价指标
Figure 980544DEST_PATH_IMAGE047
的分值≤75时，控制回路综合性能一般；当控制回路综合性能评价指标
Figure 602019DEST_PATH_IMAGE047
的分值≤60时，控制回路综合性能差。
5.根据权利要求1或2所述基于多指标融合的控制回路性能评价方法，其特征在于：
步骤1.1中，形状控制参数
Figure DEST_PATH_IMAGE048
，
Figure 252443DEST_PATH_IMAGE049
在设计实际运行过程中静态偏差指标的分值
Figure 284859DEST_PATH_IMAGE037
时进行设置，
Figure DEST_PATH_IMAGE050
在0～100之间，
Figure 653523DEST_PATH_IMAGE037
越接近100表明运行时段内被控变量偏离设定值的程度越小；
步骤1.2中形状控制参数
Figure 813109DEST_PATH_IMAGE051
，在设计实际运行过程中的波动指标的分值
Figure 380356DEST_PATH_IMAGE039
时设置
Figure 209772DEST_PATH_IMAGE052
；
Figure DEST_PATH_IMAGE053
在0～100之间，
Figure 144361DEST_PATH_IMAGE041
越接近100表明运行时段被控变量波动的程度越小；
步骤1.3中在设计分值时进行设置
Figure 779742DEST_PATH_IMAGE054
，
Figure 998234DEST_PATH_IMAGE055
，
Figure DEST_PATH_IMAGE056
在0～100之间，
Figure 529709DEST_PATH_IMAGE056
越接近100表明运行时段内出现的阀门饱和现象越少；
步骤1.4.3中在设计回路振荡指标分值
Figure 981288DEST_PATH_IMAGE044
时设置
Figure 358043DEST_PATH_IMAGE057
，
Figure DEST_PATH_IMAGE058
，
Figure 227779DEST_PATH_IMAGE044
在0～100之间，
Figure 398997DEST_PATH_IMAGE044
越接近100表明回路振荡越不明显；
步骤1.5中在设计分值时设置Hurst指数，
Figure 760708DEST_PATH_IMAGE059
；Hurst指数指标的分值在0～100之间，Hurst指数指标越接近100表明抗干扰性能越好。
6.根据权利要求2所述基于多指标融合的控制回路性能评价方法，其特征在于：步骤1.4.1中控制回路被控信号过零点的时间间隔
Figure 816520DEST_PATH_IMAGE025
服从指数分布。
7.根据权利要求2所述基于多指标融合的控制回路性能评价方法，其特征在于：步骤1.4.2中若规则度指标
Figure 884970DEST_PATH_IMAGE060
大于1，则控制回路发生振荡。
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