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關(guān)鍵詞：大數(shù)據(jù)；熱負(fù)荷；能耗；優(yōu)化；經(jīng)濟(jì)性

1　引言

浙能阿克蘇熱電有限公司位于新疆阿克蘇地區(qū)阿克蘇紡織工業(yè)城，鍋爐是上海鍋爐廠生產(chǎn)的SG1173/25.5-M4418型鍋爐，汽輪機(jī)為東方汽輪機(jī)廠生產(chǎn)的CCZK350/289.6/24.6/1.5/0.4/569/569型超臨界、一次中間再熱、單軸三缸雙排氣、直接空冷雙抽汽凝汽式汽輪機(jī)。由于其發(fā)電負(fù)荷和供熱負(fù)荷間存在鮮明的耦合關(guān)系，因此相比其他類型機(jī)組，在較寬的運(yùn)行工況條件下針對(duì)熱電機(jī)組的供熱負(fù)荷優(yōu)化技術(shù)尤為復(fù)雜。分析機(jī)理模型中反映的系統(tǒng)及其設(shè)備的本質(zhì)動(dòng)力學(xué)規(guī)律，結(jié)合海量的歷史運(yùn)行數(shù)據(jù)，深入發(fā)掘隱藏在大數(shù)據(jù)背后的反映熱力系統(tǒng)和相關(guān)設(shè)備的實(shí)際特性的信息和規(guī)律，建立適合于實(shí)際機(jī)組的精確模型，準(zhǔn)確描述熱力系統(tǒng)各狀態(tài)參數(shù)之間的關(guān)聯(lián)規(guī)則，是實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確的機(jī)組性能監(jiān)測(cè)以及制定合理的運(yùn)行優(yōu)化策略的重要基礎(chǔ)。

2　基于大數(shù)據(jù)分析的熱負(fù)荷優(yōu)化分配方法

供熱機(jī)組的熱負(fù)荷優(yōu)化分配，主要在于如何在兩臺(tái)機(jī)組間分配供熱負(fù)荷使全廠能耗最小。目前最常用的優(yōu)化分配方式是建立在優(yōu)化理論基礎(chǔ)上的各種方法，包括隨著運(yùn)籌學(xué)興起而出現(xiàn)的基于數(shù)學(xué)規(guī)劃研究的優(yōu)化算法，如線性規(guī)劃法、動(dòng)態(tài)規(guī)劃法、非線性規(guī)劃法等，還有在計(jì)算機(jī)水平不斷提高的背景下發(fā)展出來(lái)的諸如遺傳算法、免疫算法等智能算法。它們都各有其優(yōu)缺點(diǎn)，例如動(dòng)態(tài)規(guī)劃法屬于多級(jí)決策法，可較好地適應(yīng)負(fù)荷變化，快速選擇運(yùn)行機(jī)組承帶負(fù)荷多少和不同機(jī)組啟停順序，靈活性較強(qiáng)，但計(jì)算過(guò)程繁瑣。相比之下，非線性規(guī)劃雖然計(jì)算速度快、精度高，但缺點(diǎn)在于模型復(fù)雜，變量數(shù)多會(huì)使得優(yōu)化效果不佳，還容易產(chǎn)生組合爆炸現(xiàn)象。隨著電廠的自動(dòng)化程度不斷提高，尤其“智慧電廠”的提出與快速發(fā)展，基于仿生學(xué)的智能算法越來(lái)越受到重視，計(jì)算速度較傳統(tǒng)優(yōu)化算法更為快速，不易陷入局部最優(yōu)。本項(xiàng)目采用基于大數(shù)據(jù)分析結(jié)合遺傳算法來(lái)進(jìn)行供熱負(fù)荷優(yōu)化分配。

（1）運(yùn)行數(shù)據(jù)的預(yù)處理

現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際數(shù)據(jù)（歷史運(yùn)行數(shù)據(jù)）普遍存在動(dòng)態(tài)、失真及時(shí)間失效等各種問(wèn)題，直接引用歷史數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)據(jù)挖掘，必然導(dǎo)致所得結(jié)果指導(dǎo)意義下降乃至無(wú)效。針對(duì)以上問(wèn)題，本項(xiàng)目需要對(duì)實(shí)際運(yùn)行數(shù)據(jù)進(jìn)行合理地鑒別、篩選及處理，為后繼工作提供可靠的數(shù)據(jù)支持。主要處理手段包括：運(yùn)行工況的穩(wěn)態(tài)判別、實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)失真判別、歷史數(shù)據(jù)時(shí)效性分析、數(shù)據(jù)濾波、冗余數(shù)據(jù)處理、數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)性分析等。

（2）火電機(jī)組熱力系統(tǒng)準(zhǔn)確地在線能耗計(jì)算

在線監(jiān)測(cè)機(jī)組能耗率，通常的國(guó)標(biāo)計(jì)算方法或ASME計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)是以主蒸汽流量或給水流量為重要的被測(cè)參數(shù)，由于現(xiàn)場(chǎng)就地流量?jī)x表測(cè)量誤差較大，在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)運(yùn)行煤耗率計(jì)算誤差也較大，這正是目前通常的能耗在線計(jì)算軟件計(jì)算誤差較大的根本原因。本項(xiàng)目依托先進(jìn)的技術(shù)方法，針對(duì)典型火電機(jī)組開(kāi)發(fā)能耗在線評(píng)估軟件，在全負(fù)荷段（尤其強(qiáng)調(diào)深度變工況條件），結(jié)合實(shí)際運(yùn)行數(shù)據(jù)實(shí)現(xiàn)了機(jī)組的能耗準(zhǔn)確評(píng)估。

（3）考慮多因素的負(fù)荷在線優(yōu)化分配方法

影響發(fā)電機(jī)組能耗的因素眾多，以節(jié)能為目標(biāo)的熱負(fù)荷優(yōu)化分配實(shí)際上是多邊界的優(yōu)化問(wèn)題。因此，在準(zhǔn)確的能耗計(jì)算基礎(chǔ)上，研究多參數(shù)智能優(yōu)化算法，給出在線的熱負(fù)荷優(yōu)化指導(dǎo)。

（4）基于C/S模式的界面展示

軟件采用面向?qū)ο蟾呒?jí)編程語(yǔ)言編寫(xiě)，與SIS數(shù)據(jù)通訊取得歷史數(shù)據(jù)和實(shí)時(shí)運(yùn)行數(shù)據(jù)，采用大型關(guān)系型數(shù)據(jù)庫(kù)作為過(guò)程數(shù)據(jù)庫(kù)，采用C/S模式進(jìn)行計(jì)算結(jié)果的展示。

3　基于大數(shù)據(jù)分析的機(jī)組供熱負(fù)荷優(yōu)化分配程序開(kāi)發(fā)

供熱負(fù)荷優(yōu)化程序基于面向?qū)ο缶幊陶Z(yǔ)言Delphi編寫(xiě)。Delphi是第四代編程語(yǔ)言，具有簡(jiǎn)單、高效、功能強(qiáng)大的特點(diǎn)。它是基于面向?qū)ο蟮姆椒ǎ咚俚木幾g器，強(qiáng)大的數(shù)據(jù)庫(kù)支持而組成，與Windows編程緊密結(jié)合，具有強(qiáng)大而成熟的組件技術(shù)。

程序在兩臺(tái)機(jī)組準(zhǔn)確計(jì)算能耗特性的基礎(chǔ)上，利用大數(shù)據(jù)分析結(jié)合遺傳算法，進(jìn)行供熱負(fù)荷的優(yōu)化分配。程序的流程如圖1所示。

圖1 程序流程圖

程序主要計(jì)算模塊如表1所示。

表1 離線計(jì)算軟件的功能模塊介紹

軟件的功能模塊包含了各設(shè)備特性變工況模型、機(jī)組狀態(tài)重構(gòu)模型和熱經(jīng)濟(jì)指標(biāo)計(jì)算模塊。為了實(shí)現(xiàn)能耗的實(shí)時(shí)計(jì)算，需要取得實(shí)時(shí)的機(jī)組運(yùn)行數(shù)據(jù)。實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)從SIS數(shù)據(jù)庫(kù)中取得，因此本項(xiàng)目開(kāi)發(fā)了和SIS系統(tǒng)的接口程序，點(diǎn)擊“啟動(dòng)”按鈕，開(kāi)始數(shù)據(jù)傳輸。

程序界面如圖2所示。

圖2 接口程序

取得實(shí)時(shí)運(yùn)行數(shù)據(jù)后，進(jìn)行機(jī)組能耗特性計(jì)算和負(fù)荷優(yōu)化分配，并將能耗結(jié)果和負(fù)荷優(yōu)化分配結(jié)果寫(xiě)入數(shù)據(jù)庫(kù)結(jié)果點(diǎn)表中。展示程序主要展示熱負(fù)荷優(yōu)化分配結(jié)果，以及優(yōu)化分配后節(jié)煤量如圖3—圖5所示。

圖3 1號(hào)機(jī)計(jì)算程序

圖4 2號(hào)機(jī)計(jì)算程序

圖5 供熱優(yōu)化分配結(jié)果

4　基于大數(shù)據(jù)分析的機(jī)組供熱負(fù)荷優(yōu)化分配結(jié)果驗(yàn)證

方案所含四個(gè)變量分別為：1號(hào)機(jī)組電負(fù)荷N₁、2號(hào)機(jī)組電負(fù)荷N₂、1號(hào)機(jī)組熱負(fù)荷D_C1、2號(hào)機(jī)組熱負(fù)荷D_C2。查看機(jī)組實(shí)際運(yùn)行數(shù)據(jù)得到機(jī)組負(fù)荷的約束條件（單位均為MW）為：

優(yōu)化結(jié)果如表2所示，與實(shí)際運(yùn)行任意分配方案進(jìn)行比較。

表2 部分工況下負(fù)荷分配方案對(duì)比

通過(guò)上表可以看出，本項(xiàng)目采用基于大數(shù)據(jù)分析的機(jī)組供熱負(fù)荷優(yōu)化分配所得煤耗率比負(fù)荷平均分配方案總煤耗量有一定程度的降低，說(shuō)明大數(shù)據(jù)分析結(jié)合遺傳算法在機(jī)組熱負(fù)荷分配上的應(yīng)用是有效的。

5　結(jié)論

本項(xiàng)目的研究開(kāi)發(fā)，可以對(duì)浙能阿克蘇熱電有限公司兩臺(tái)機(jī)組能耗結(jié)果進(jìn)行準(zhǔn)確分析，能夠明顯降低能耗，對(duì)供熱機(jī)組節(jié)能環(huán)保、降低成本、提高經(jīng)濟(jì)性具有現(xiàn)實(shí)意義。

綜上所述，基于大數(shù)據(jù)分析的機(jī)組熱負(fù)荷優(yōu)化分配可以作為提高供熱機(jī)組經(jīng)濟(jì)性的一種方式，可以給供熱機(jī)組帶來(lái)巨大的經(jīng)濟(jì)效益，有著廣大的發(fā)展前景。

作者簡(jiǎn)介：

劉昱達(dá)（1991-），男，湖北武穴人，工程師，學(xué)士，現(xiàn)就職于浙能阿克蘇熱電有限公司，主要從事火電廠熱工儀表及自動(dòng)化維護(hù)管理方面的工作。

參考文獻(xiàn)：

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摘自《自動(dòng)化博覽》2024年8月刊