基于多源建模的宽负荷运行风机在线监控调节系统的制作方法

本发明属于燃煤电厂烟气系统，具体涉及一种基于多源建模的宽负荷运行风机在线监控调节系统。

背景技术：

1、随着大容量机组、高参数机组的日益普及，其运行安全对电网的安全影响也逐渐加大，因此，对大容量机组运行的安全要求也日益提高。在大容量机组的事故统计中，由于重要辅机事故导致机组发生事故的比例很大，辅机发生的事故中主要是风机出现抢风、喘震、失速现象，机组无法带更大负荷，严重影响机组的安全运行。

2、

3、目前燃煤机组风机运行过程中，主要监控电流、电压、静压及振动值等参数，仅能反映风机的粗略运行状况，对其运行安全性的表象具有一定的了解，无有效分析控制手段，对于风机运行异常状况往往属于事后反应，即风机已经出现抢风、喘振、失速等异常现象(具体反应在风机运行电流、振动值的异常波动)，再采取相应的措施乃至停机检查等方式去处理异常工况。而且，操作人员无法直观了解风机的实际运行状况，对可能存在的风险不能提前出力规避。

4、因此，很有必要研发风机在线监测调节系统，提高监测点的数量和精度，有效地预防和解决风机在运行中出现的问题，使运行操作人员可根据监测画面显示的结果，有的放矢进行调节，保证锅炉安全经济运行。

技术实现思路

1、本发明的目的在于，提供一种基于多源建模的宽负荷运行风机在线监控调节系统，提高风机监测的精度，扩大监测范围，通过算法模型将监测数据转化为评价风机工作经济性和安全性的指标，经后续调节后，有效预防风机出现运行问题。

2、为了实现上述任务，本发明采取如下的技术解决方案：

3、一种基于多源建模的宽负荷运行风机在线监控调节系统，其特征在于，由基础检测设备构成的数据采集模块、多种算法模型构成的数据处理模块和数据分析模块组成；其中：

4、所述数据采集模块中的数据来源有以下三种：

5、(a)针对锅炉风烟系统一次风机、送风机、引风机进行热态试验测定得到的风机运行流量、压力、功率以及其他相关运行参数，作为历史测量数据包内置于数据采集模块；

6、(b)在风机布置多处测点，实时测量风机进口流量、进口静压、进口温度、出口静压、风机进出口面积、当地大气压、风机运行实时电量、电流、电压和振动值基础数据，同时实时测量风机的电机轴承温度、振动指数及风机摩擦系数和控制油系统参数，并将上述测量结果作为实时测量数据包内置于数据采集模块；

7、(c)大截面非稳态含尘流场的流量稳定测量结果作为实时测量数据包内置于收据采集模块；采用的方法是，首先对测量孔进行全截面多点布置，以提高测量数据的代表性；其次对测量孔采用大孔径自清灰装置，保证其在含尘环境下的稳定测量；最后在后台根据煤量、氧量参数实时计算烟气量，对测量烟气量进行相互校正，最终实现大截面非稳态含尘流场的流量稳定测量；

8、所述数据处理模块用于将数据采集模块得到的风机参数通过多种算法模型转化成可用于分析风机工作状态的参数，其中的多种算法模型是采用历史测量数据包训练的神经网络预测模型为基础，结合相似性原理、聚类算法和马尔科夫链构建，风机工作状态的参数包括风量、运行效率和安全裕度；并根据数据采集模块得到的实时测量数据和数据处理模块计算模拟后，确定风机运行点在风机性能图上的位置离失速区远近和运行效率，反馈给风机运行控制系统，进行调节，保证宽负荷工况下锅炉安全经济运行；

9、所述数据处理模块参数计算公式包括：

10、(1)风机流量

11、用标定过的测速管做为动压的一次测量元件，安装在风机进口一个截面上下左右各布置一个监测点，经传压管接至压差传感器上，得到截面上各点平均动压pd，由此可计算得风机运行流量；

12、(2)电动机输入功率

13、风机电动机输入功率，利用dcs提供的电流、电压、功率因素等，电动机输入功率pe按以下公式计算。

14、pe＝√3*i*u*cosφ(kw)

15、式中：i表示运行电流，u表示运行电压，cosφ表示功率因素；

16、(3)风机运行点在风机性能图上的显示

17、风机性能图是在历史数据得到风机性能图的基础上，根据风机实际实时运行开度、运行效率与其在原始性能曲线上对应的开度和运行效率，对比二者的偏差，对两个偏差进行综合权重赋值，得到性能曲线偏离值，对实际性能曲线簇进行修正，具体方法是：

18、dcs系统根据实际的需要选择监测数据的来源方式，对每一种数据接受方式都有相关的计算处理、最终计算出轴功率、效率、全压、流量，并用最小二乘法理论拟合出函数关系，计算出轴功率、效率、全压随流量的变化曲线；

19、所述数据分析模块对处理后的数据进行可视化展示，展示内容包括风机系统阻力特性、风机运行效率模型、失速区报警模型。

20、根据本发明，所述的多种算法模型采用神经网络学习过程的非线性状态空间表达式如下：

21、y(k)＝g(w3x(k))

22、x(k)＝f(w1xc(k)+w2(u(k-1)))

23、xc(k)＝x(k-1)

24、式中，y为m维输出节点向量；x为n维中间层节点单元向量；u为r维输入向量；xc为n维反馈状态向量；w3为中间层到输出层连接权值；w2为输入层到中间层连接权值；w1为承接层到中间层连接权值；g()为输出神经元的传递函数，是中间层输出的线性组合；f()为中间层神经元的传递函数，常采用s函数；

25、中间层的输出通过承接层的延迟与储存自联到中间层的输入。

26、本发明的基于多源建模的宽负荷运行风机在线监控调节系统，带来的有益技术效果体现在：

27、1、风机运行数据采集来源丰富且精度高，为后续准确的数据处理结果提供保证。本系统中内置的数据，在时间维度上包括历史测量数据和实时测量数据，在空间维度上包括风机进口流量、进口静压、进口温度、出口静压、风机进出口面积、就地大气压、风机运行实时电量、电流、电压和振动值等基础数据和风机的电机轴承温度、振动指数及风机摩擦系数和控制油系统等关键安全参数。另外采用全截面布置大孔径自清灰装置与后台校正相结合，实现大截面非稳态含尘流场的流量稳定测量。

28、2、数据处理过程中采用的算法模型对历史状态的数据具有敏感性，内部反馈网络的加入增加了网络本身处理动态信息的能力，从而达到了动态建模的目的。在此基础上，结合实时测量的风机风量、运行效率和安全裕度，确定风机运行点在经过自修正的动态风机性能图上的位置，反馈给风机运行控制系统，进行调节，保证宽负荷工况下锅炉安全经济运行。

29、3、数据分析模块实现了将监测数据转化为评价风机工作经济性和安全性的指标：即风机系统阻力特性、风机运行经济性分析、风机运行安全性分析，实现了可视化过程，使操作人员更加直观明了的确定风机的工作状态，便于后续调节。

30、4、通过提高监测点的数量和精度，训练更适宜燃煤机组风机预测的算法模型，在线显示风机工作状态，由于实时监控了风机的运行状况，通过对比分析其离设计运行不稳定区域的位置关系，可有效的避免或采取有效的调节手段消除风机运行的失速、喘振等情况发生，延长设备的使用寿命，保证燃煤机组运行的安全性。具体表现为：提高风机在机组深度调峰时风机运行的运行效率10-15％以上，300mw机组每年参与深调按1000h计，可产生经济效益约40-60万元/台年；降低机组因风机失速而导致的非计划停运事故发生概率，减少非停达0.1-0.2次/年，降低检修费用达80-100万元/台年。