基于参数辨识的一类汽水换热器报警监测方法及系统

本发明属于工业报警，尤其涉及一种基于参数辨识的一类汽水换热器报警监测方法及系统。

背景技术：

1、本部分的陈述仅仅是提供了与本发明相关的背景技术信息，不必然构成在先技术。

2、可靠的报警系统对工业系统的安全生产与运行发挥着至关重要的作用。当过程变量偏离安全区域时，报警系统自动发出报警信息，提醒生产运行人员及时判断引发报警出现的异常状况，从而采取相应的操作动作来排除异常状况，使得过程变量回到安全区域。由于生产过程偏离安全运行区域通常意味着安全风险加大、产品质量下降、能耗经济损失等不利影响，因此报警系统应大幅度减少生产过程处于异常状况的可能性和停留时间。

3、汽水换热器普遍存在于多类型的工业中，是工业系统中的重要设备，在热力循环中充当热量传导的角色，汽轮机组中低压缸把高温高压的蒸汽送入汽水换热器，通过循环水以传热的方式将蒸汽中的热量带走，使蒸汽变成水，这样在低压缸的排汽口可以形成一定的高压，充分利用了汽轮机的排汽。因此汽水换热器有效提高了机组的热循环效率，使得汽水换热器系统也成为核心的辅助系统。负载在正常运行状态下会发生变化，因此汽水换热器压力的轻微波动是正常的，但是汽水换热器压力如果波动过大，可能会影响工业系统的运行效率和成本。汽水换热器内部过高或过低的压力会影响机组的安全和经济效益，比如汽水换热器压力过高会增加循环水泵的功耗，降低经济性；汽水换热器压力过低会使排汽温度升高，引起汽水换热器低温水管胀口松动或破裂，影响汽水换热器的密封性和安全性。因此，维持汽水换热器压力在一个较佳水平对于工业系统的稳定、安全和经济运行都是至关重要的。

4、在目前国内外投入使用的汽水换热器报警监测系统中，普遍依赖历史数据和性能指标分析报警信息，缺乏报警预测的技术手段，导致报警监测系统未能充分发挥应有的重要作用，主要存在以下两个问题：

5、1）在目前的汽水换热器报警监测系统中，过程变量的报警限是单独设计的，不考虑多个过程变量之间的关联关系，经常造成误报警和漏报警。工业现场多以人工目测的方式，对多个过程变量进行联合监测，然而监测效果因人而异、难以持久。

6、2）现有的多变量报警监测方法采用椭球体、高维空间模型等几何空间模型，利用大量正常历史数据建立安全运行区域，无法确定建立的安全运行区域是否完备，是否已经遍历了整个系统的安全运行范围，能否对系统的实际运行状况进行有效的监测。

7、以上两个问题不仅影响现场操作人员和设备的安全，还影响设备的正常使用寿命，如果不加以解决，对工业系统的安全生产和经济效益将造成难以估量的影响。

技术实现思路

1、本发明为了解决上述问题，提供了一种基于参数辨识的一类汽水换热器报警监测方法及系统，所述方案采用基于灰箱模型的参数辨识方法，从模型中获取正常仿真数据，通过利用从正常仿真数据中估计的高维空间模型描述汽水换热器多个关联变量在正常运行状况下的可允许变化空间，将当前工作点与几何空间边界的距离作为报警阈值，有效实现了对汽水换热器系统多个变量的联合监控，提高了监控效率和准确性。

2、根据本发明实施例的第一个方面，提供了一种基于参数辨识的一类汽水换热器报警监测方法，包括：

3、基于汽水换热器系统的数学机理模型进行汽水换热器仿真模型的构建；

4、基于汽水换热器压力的正常变化范围以及构建的汽水换热器仿真模型，获得汽水换热器压力及其关联变量的正常仿真数据；

5、根据获得的汽水换热器压力及其关联变量的正常仿真数据，利用从正常仿真数据中估计的高维空间模型构建汽水换热器系统的安全运行区域模型；其中，所述安全运行区域模型用于描述汽水换热器系统处于安全运行状态时汽水换热器压力及其关联变量所处范围；

6、通过将所述安全运行区域模型内数据点在超平面投影的方式，确定汽水换热器压力及其关联变量所对应的动态报警阈值；

7、对于实时监测的汽水换热器系统过程变量，根据其是否处于对应的动态报警阈值范围之内，确定是否触发报警。

8、进一步的，所述基于汽水换热器系统的数学机理模型进行汽水换热器仿真模型的构建，具体为：获取汽水换热器系统过程变量历史数据；基于获得的过程变量历史数据，通过演化计算法辨识得到预先构建的汽水换热器系统数学机理模型的未知参数；进而实现汽水换热器系统仿真模型的构建。

9、进一步的，所述汽水换热器压力的关联变量包括汽轮机的排汽量、低温水进口温度以及高温水出口温度。

10、进一步的，所述通过演化计算法辨识得到预先构建的汽水换热器系统数学机理模型的未知参数，其中，所述演化计算法的优化目标为汽水换热器仿真模型的汽水换热器压力与实际汽水换热器压力之间的残差平方和最小。

11、进一步的，所述过程变量包括汽水换热器压力、汽轮机的排汽量、低温水进口温度以及高温水出口温度。

12、进一步的，所述获得汽水换热器压力及其关联变量的正常仿真数据，具体为：基于汽水换热器系统对应的汽水换热器压力的正常变化范围、低温水进口温度的允许变化范围、高温水出口温度的允许变化范围以及汽轮机排汽量的计算表达式，通过汽水换热器仿真模型获得汽水换热器系统的正常仿真数据。

13、进一步的，所述利用从正常仿真数据中估计的高维空间模型构建汽水换热器系统的安全运行区域模型，具体为：基于获得的汽水换热器压力及其关联变量的正常仿真数据，估计其对应的高维空间模型，并以所述高维空间模型作为安全运行区域模型对汽水换热器系统的安全运行区域进行描述。

14、进一步的，所述确定汽水换热器压力及其关联变量所对应的动态报警阈值，具体为：对于安全运行区域模型内的数据点，将数据点内的过程变量进行划分；基于划分的过程变量构建超平面；将数据点在所述超平面上进行投影，获得投影结果；基于安全运行区域模型内各数据点投影结果中各过程变量的最大值和最小值，确定汽水换热器压力及其关联变量所对应的动态报警阈值。

15、进一步的，所述根据其是否处于对应的动态报警阈值范围之内，确定是否触发报警，具体为：对于获得的汽水换热器系统过程变量，当任一过程变量处于其对应的动态报警阈值范围之外时，认为出现异常，触发报警；当所有过程变量均处于其对应的动态报警阈值范围之内时，不触发报警。

16、根据本发明实施例的第二个方面，提供了一种基于参数辨识的一类汽水换热器报警监测系统，包括：

17、仿真模型构建单元，其用于基于汽水换热器系统的数学机理模型进行汽水换热器仿真模型的构建；

18、关联变量仿真数据获取单元，其用于基于汽水换热器压力的正常变化范围以及构建的汽水换热器仿真模型，获得汽水换热器压力及其关联变量的正常仿真数据；

19、安全运行区域模型构建单元，其用于根据获得的汽水换热器压力及其关联变量的正常仿真数据，利用从正常仿真数据中估计的高维空间模型构建汽水换热器系统的安全运行区域模型；其中，所述安全运行区域模型用于描述汽水换热器系统处于安全运行状态时汽水换热器压力及其关联变量所处范围；

20、报警阈值确定单元，其用于通过将所述安全运行区域模型内数据点在超平面投影的方式，确定汽水换热器压力及其关联变量所对应的动态报警阈值；

21、报警触发单元，其用于对于实时监测的汽水换热器系统过程变量，根据其是否处于对应的动态报警阈值范围之内，确定是否触发报警。

22、与现有技术相比，本发明的有益效果是：

23、（1）本发明所述方案提出一种基于参数辨识的一类汽水换热器报警监测方法及系统，所述方案采用仿真建模的方法来建立汽水换热器系统的安全运行区模型，即从汽水换热器仿真建模的角度出发，从模型中获取正常仿真数据，基于正常数据建立完备的安全运行区模型，克服了基于工业历史数据建立安全运行区模型的方法不具有外推性的缺点。

24、（2）本发明所述方案通过搭建汽水换热器系统的仿真模型，得到汽水换热器压力及其关联变量的正常数据，采用从正常仿真数据中估计的高维空间模型描述汽水换热器多个关联变量在正常运行状况下的可允许变化空间，充分考虑了多个变量之间的关联关系；同时，将当前工作点与几何空间边界的距离作为报警阈值，实现对汽水换热器系统多个变量的联合监控，有效避免了误报警和漏报警的问题。

25、本发明附加方面的优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。