火力發(fā)電機(jī)組設(shè)備規(guī)模不斷擴(kuò)大、運(yùn)行參數(shù)不斷提高,過程中涉及復(fù)雜的能量轉(zhuǎn)換與能量品質(zhì)耗散等問題,這也對火力發(fā)電領(lǐng)域的設(shè)備性能監(jiān)控與運(yùn)行優(yōu)化提出了較高要求。隨著信息化與工業(yè)化的深度結(jié)合,數(shù)據(jù)驅(qū)動的信息物理融合系統(tǒng)逐步應(yīng)用于各個領(lǐng)域。開展數(shù)據(jù)驅(qū)動下的電站信息物理融合系統(tǒng)建模和設(shè)備性能分析與運(yùn)行優(yōu)化方法研究對我國火力發(fā)電領(lǐng)域節(jié)能降耗具有重要意義。本文針對火力發(fā)電機(jī)組運(yùn)行數(shù)據(jù)集數(shù)據(jù)量大、多為結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)、具有不準(zhǔn)確性與強(qiáng)耦合性、有天然的數(shù)據(jù)標(biāo)簽等特點(diǎn),闡述了信息物理融合系統(tǒng)在火力發(fā)電系統(tǒng)建模和設(shè)備性能監(jiān)控與運(yùn)優(yōu)化中的應(yīng)用模式,開展了一系列電站機(jī)組數(shù)據(jù)處理、建模、分析與優(yōu)化的研究工作:面向電站的信息物理融合系統(tǒng)建模問題,闡述了物理層與信息層的耦合方式、系統(tǒng)構(gòu)架與數(shù)據(jù)處理流程等問題;形成了模塊化與流程化的電站數(shù)據(jù)預(yù)處理流程,深入研究了特征變量選取、數(shù)據(jù)樣本篩選與數(shù)據(jù)質(zhì)量提升的數(shù)據(jù)預(yù)處理方法;開展了數(shù)據(jù)驅(qū)動下電站系統(tǒng)基于機(jī)理與基于算法的建模方法研究,并討論了兩者的區(qū)別與混合建模的結(jié)合方法;充分利用系統(tǒng)時間尺度上的冗余性改進(jìn)了傳統(tǒng)數(shù)據(jù)協(xié)調(diào)方法,并提出了改進(jìn)的數(shù)據(jù)協(xié)調(diào)方法在電站監(jiān)測系統(tǒng)的四類應(yīng)用場景;形成了電站系統(tǒng)的離線建模與在線分析的流程體系,開展了設(shè)備性能分析與運(yùn)行優(yōu)化的研究工作。首先,闡述了信息物理融合的概念及其在火力發(fā)電系統(tǒng)建模過程中的應(yīng)用模式。從設(shè)備與子系統(tǒng)的角度研究了電站物理層的設(shè)備、傳感器、控制器,以及信息層建模與物理層的融合方式與信息傳遞模式等。并在此基礎(chǔ)上提出了信息物理融合系統(tǒng)在電站建模中的標(biāo)準(zhǔn)流程,包括離線建模與在線分析的數(shù)據(jù)處理構(gòu)架與流程,研究分析了信息物理融合系統(tǒng)在電站設(shè)備性能分析與運(yùn)行優(yōu)化的可行性。隨后,針對電站典型數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu),建立了結(jié)構(gòu)化的數(shù)據(jù)預(yù)處理流程,包括針對建模結(jié)構(gòu)的特征變量選取研究,針對模型可靠性的樣本選取研究以及針對模型質(zhì)量的數(shù)據(jù)質(zhì)量提升方法研究。特征變量選取方面,研究了基于機(jī)理與基于算法的變量選擇方法在電站系統(tǒng)建模中的應(yīng)用模型:在樣本選取方面,綜合考慮了準(zhǔn)穩(wěn)態(tài)過程的篩選算法、數(shù)據(jù)異常的處理方法、樣本時效性等;數(shù)據(jù)質(zhì)量提升方面,改進(jìn)了傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)協(xié)調(diào)方法,綜合考慮質(zhì)量平衡與能量平衡以及時間尺度上的冗余信息,提升了樣本數(shù)據(jù)的可靠性。開展了電站實(shí)際運(yùn)行數(shù)據(jù)預(yù)處理工作,論證了該結(jié)構(gòu)化與流程化的處理方式的有效性。然后,具體討論分析了電站物理信息融合系統(tǒng)離線建模過程。開展了電站系統(tǒng)在數(shù)據(jù)驅(qū)動下基于機(jī)理與基于算法的研究工作;從子模型輸入、輸出、內(nèi)部方程角度闡述了信息層的構(gòu)架,引入改進(jìn)的數(shù)據(jù)協(xié)調(diào)方法在數(shù)據(jù)驅(qū)動下建立了汽機(jī)機(jī)組、回?zé)峒訜崞髋c空冷的機(jī)理模型;分析了支持向量機(jī)、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、物理約束等方法的特點(diǎn)以及在電站系統(tǒng)設(shè)備建模中的算法選擇依據(jù);闡述了數(shù)據(jù)驅(qū)動下各子系統(tǒng)的關(guān)聯(lián)方式,以及物理信息融合系統(tǒng)后臺構(gòu)架方案。最后,系統(tǒng)開展了信息物理融合系統(tǒng)在設(shè)備性能監(jiān)控與運(yùn)行優(yōu)化中的應(yīng)用研究,并分別應(yīng)用于電站機(jī)組設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)測和多變邊界條件下了空冷最佳真空問題。在海量實(shí)際運(yùn)行數(shù)據(jù)的驅(qū)動下,驗(yàn)證了改進(jìn)的數(shù)據(jù)協(xié)調(diào)方法在傳感器故障診斷的可靠性;在保證數(shù)據(jù)準(zhǔn)確性的基礎(chǔ)上,基于內(nèi)部煙參數(shù)對熱電機(jī)組進(jìn)行設(shè)備狀態(tài)性能監(jiān)測分析;綜合考慮了多變邊界條件建立了數(shù)據(jù)驅(qū)動下的空冷背壓模型,得到了不同邊界條件下空冷風(fēng)機(jī)的最佳轉(zhuǎn)速;在此基礎(chǔ)上深入研究了數(shù)據(jù)驅(qū)動下電站信息物理融合系統(tǒng)建模過程中,數(shù)據(jù)協(xié)調(diào)步驟的意義、模型計(jì)算的時間、訓(xùn)練數(shù)據(jù)與預(yù)測時序性、機(jī)理建模與算法建模的融合等關(guān)鍵問題。本文結(jié)合實(shí)際電站海量運(yùn)行數(shù)據(jù),從數(shù)據(jù)預(yù)處理、離線建模、在線性能分析與運(yùn)行優(yōu)化、模型驗(yàn)證與更新等角度提出了數(shù)據(jù)驅(qū)動下電站信息物理融合系統(tǒng)建模方法,使整個模型應(yīng)用過程形成了完整的閉環(huán)體系。形成了系統(tǒng)的數(shù)據(jù)驅(qū)動下電站信息物理融合系統(tǒng)建模和設(shè)備性能分析與運(yùn)行優(yōu)化的應(yīng)用模式。
【學(xué)位單位】：華北電力大學(xué)(北京)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位年份】：2018
【中圖分類】：TM621
【部分圖文】：

，上火電機(jī)組平均廠用電率約為６．０°／〇。??３５０???７．０％??３４〇?—平均供電煤耗??１?°?Ｉ??１?ｔｅｎＦ??２９０?￣￣￣￣￣￣￣￣￣５．０％??２００８?２００９?２０１０?２０１１?２０１２?２０１３?２０１４?２０１５?２０１６?２０１７??年份??圖１－２?２００８－２０１７我國火電機(jī)組歷年平均供電煤耗與廠用電率??Ｆｉｇ．?１－２?Ｔｈｅ?ａｖｅｒａｇｅ?ｐｏｗｅｒ?ｓｕｐｐｌｙ?ｃｏａｌ?ｃｏｎｓｕｍｐｔｉｏｎ?ａｎｄ?ｐｏｗｅｒ?ｃｏｎｓｕｍｐｔｉｏｎ?ｒａｔｅ?ｆｒｏｍ?２００８??ｔｏ?２０１７?ｉｎ?Ｃｈｉｎａ??７００００????

圖１－４設(shè)備狀態(tài)隨運(yùn)行時叫的變化（由文獻(xiàn)丨４４］重置）??Ｆｉｇ．?１－４?Ｔｈｅ?ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃ?ｏｆ?ａｎｙ?ｅｑｕｉｐｍｅｎｔ?ａｆｔｅｒ?ｙｅａｒｓ?ｏｆ?ｒｕｎｎｉｎｇ?（ｒｅｐｒｏｄｕｃｅｄ?ｆｒｏｍ?［４４］）??機(jī)組設(shè)備狀態(tài)隨運(yùn)行時間的變化規(guī)律如圖１－４所示，隨著機(jī)組常年運(yùn)行，??設(shè)備的維修后可達(dá)狀態(tài)無法到達(dá)出廠設(shè)計(jì)參數(shù)。以上四種基準(zhǔn)值選取方法對應(yīng)??圖１－４來看：（１）當(dāng)用設(shè)計(jì)參數(shù)作為基準(zhǔn)值時，基準(zhǔn)點(diǎn)狀態(tài)對應(yīng)圖１－４的ｄ點(diǎn)。??對于常年運(yùn)行后性能老化機(jī)組，維修可達(dá)狀態(tài)與出廠設(shè)計(jì)狀態(tài)出現(xiàn)偏離，基準(zhǔn)??狀態(tài)缺乏參考價值。（２）當(dāng)選用設(shè)備性能試驗(yàn)或檢修后測試結(jié)果作為基準(zhǔn)值時，??基準(zhǔn)點(diǎn)對應(yīng)圖１－４的ｃ點(diǎn)附近，該基準(zhǔn)對設(shè)備檢修頻率具有重要參考價值。但??該方法受條件制約較多，成本較高，所得工況有限。（３）熱力計(jì)算方法是較為??常用的基準(zhǔn)值計(jì)算方法。根據(jù)機(jī)組主要物流的狀態(tài)參數(shù)基于物理限制方程與變??工況方程，并結(jié)合優(yōu)化過程計(jì)算最佳運(yùn)行參數(shù)作為基準(zhǔn)狀態(tài)。該方法依賴于變??丨：況熱力計(jì)算模型，得到的理論計(jì)算值在實(shí)際運(yùn)行值往往難以達(dá)到［４５】，且傳統(tǒng)??變工況方程以設(shè)計(jì)值為基準(zhǔn)

出的德國“工業(yè)４．０”戰(zhàn)略概念中就明確指出通過信息通訊技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)空間虛擬??系統(tǒng)相結(jié)合的信息物理系統(tǒng)，將制造業(yè)向智能化轉(zhuǎn)型１４９］。??面向工業(yè)領(lǐng)域的一般意義上的信息物理融合系統(tǒng)構(gòu)建如圖２－１所示它??通過連接層、分析層、網(wǎng)絡(luò)層、認(rèn)知層、執(zhí)行層，將工業(yè)生產(chǎn)過程中原始的海量??數(shù)據(jù)信息加工精細(xì)化最終形成價值。??１１??
【參考文獻(xiàn)】

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本文編號：2885304