一种基于喷嘴流量计算的汽轮机流量曲线辨识及优化方法技术

本发明专利技术公开了一种基于喷嘴流量计算的汽轮机流量曲线辨识及优化方法，包括以下步骤：A、设置若干个采样测点，采集实时工况数据；B、清除空缺工况数据和异常工况数据；C、选取输出功率值、主汽压力值和总阀位值均连续稳定若干个采样周期的实时工况数据，并对各类参数进行均值化处理；D、采用K-中心点算法挖掘出目标数据集；E、基于喷嘴流量计算辨识特定主汽压力下的汽轮机调门阀组流量特性曲线；F、提取额定主汽压力下汽轮机调门阀组流量特性曲线，分析并优化线性度不合理的区段。本发明专利技术能够辨识并优化汽轮机调门阀组在特定主汽压力下的实际流量特性曲线，使调门阀组流量特性设定曲线与实际曲线一致，保证汽轮机机组的安全稳定运行。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及汽轮机发电
，尤其涉及一种基于喷嘴流量计算的汽轮机流量曲线辨识及优化方法。
技术介绍
汽轮机是现代火力发电厂中应用最广泛的原动机，其调门阀组的流量特性曲线是根据原始设计而定，然而许多在役的老机组，尤其是经过DEH改造、汽机通流部分改造或者经过大修的机组，经常发生调门阀组流量特性设定曲线与实际曲线不一致的情况。汽轮机调门阀组作为DEH系统的主要执行机构，其流量特性偏差过大会导致汽轮机节流损失加大、一次调频的响应负荷不足或者过大、AGC响应变慢、阀门切换负荷波动等问题，最终影响机组的安全稳定运行。在汽轮机机组的运行过程中，DCS系统每日存储大量历史数据，这些数据来源于运行实际，是对机组运行特性的全面、客观反映，不可改变，具备绝对真实性。如何正确运用历史数据，提取机组运行特性，使其更好地为运行实际服务，也是摆在工程技术人员面前的一个课题。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种基于喷嘴流量计算的汽轮机流量曲线辨识及优化方法，能够辨识并优化汽轮机调门阀组在特定主汽压力下的实际流量特性曲线，使调门阀组流量特性设定曲线与实际曲线一致，保证汽轮机机组的安全稳定运行。为实现上述目的，本专利技术采用的技术方案是：一种基于喷嘴流量计算的汽轮机流量曲线辨识及优化方法，包括以下步骤：A、在汽轮机机组设置若干个采样测点，并设定采样周期和采样时长，采集汽轮机机组的实时工况数据，分析每个采样测点的实时工况数据包含的参数类型是否完整，如果参数类型有缺失则重新采集，如果参数类型无缺失则进入步骤B；B、在同一采样周期内，若一个或多个采样测点的实时工况数据中有参数大小为零，或者超出受其物理意义约束的数值范围，则清除该采样周期内所有采样测点的实时工况数据，得到基本采样数据，然后进入步骤C；C、从基本采样数据中选取输出功率值、主汽压力值和总阀位值均连续稳定若干个采样周期的实时工况数据，并对实时工况数据中各个类型的参数进行均值化处理，得到稳定采样数据，然后进入步骤D；D、根据得到的稳定采样数据，采用聚类分析方法中的K-中心点算法挖掘出表征汽轮机机组运行特性的目标数据集，得到采样工况数据，然后进入步骤E；E、将汽轮机主蒸汽入口至高压缸调节级级后作为广义喷嘴，根据正常投运电厂机组进气量与输出功率值的线性关系以及喷嘴流量计算原理，计算机组在采样工况下的实际进汽量，然后采用输出功率值表征机组的实际进气量，在总阀位值不变的情况下，采用主汽压力变工况计算，得到将机组的采样工况修正到特定主汽压力下时机组的输出功率值，进而辨识出特定主汽压力下机组总阀位值与输出功率值之间的关系，即为汽轮机调门阀组流量特性曲线，然后进入步骤F；F、提取特定主汽压力值为额定主汽压力的汽轮机调门阀组流量特性曲线，根据机组负荷调整的快速性和稳定性对机组流量特性曲线的要求，分析额定主汽压力下汽轮机调门阀组流量特性曲线的线性度，然后采用分段线性方法对线性度不合理的区段进行优化，得到优化后的机组总阀位值与输出功率值以及各阀阀位值之间的关系。所述的步骤E中汽轮机机组的实际进气量G为G=βGcr=0.648βAVp1*/υ1*]]>式中流量系数级组压比εV＝p2/p1，εV、εcr分别为研究对象级组的前后压力比和临界压力比，p、υ分别为级段工质压力和比容，AV为机组通流截面积，上标“*”代表级段参数的滞止值，下标“1”表示级组前、下标“2”表示级组后，“cr”表示临界状态，采用输出功率值Pel表征机组的实际进气量G，则有AV=PelR0.648βp1*/υ1*]]>式中k为机组的输出功率值Pel与实际进气量G的比例系数，机组通流截面积AV采用总阀位值表征，然后在总阀位值不变的情况下进行主汽压力变工况计算，得到将机组的采样工况修正到特定主汽压力下时机组的输出功率值P′elPel′=β′Gcr′=k0.648β′AVp1*′/υ1*′]]>式中上标“’”表示修正到特定主汽压力下时机组对应的工质状态参数，整理上两式，得到：Pel′=β′Gcr′=Pelβ′βp1*′υ1*′υ1*p1*]]>所述的步骤F中提取辨识得到额定主汽压力下的汽轮机调门阀组流量特性曲线，进行高阶次多项式拟合和线性化分析，然后采用分段线性方法对汽轮机调门阀组流量特性曲线线性度不合理的区段进行优化时，根据汽轮机实际运行中机组通流能力与机组输出负荷的唯一确定关系，固定机组输出功率值与各阀阀位值的对应关系，然后对汽轮机调门阀组流量特性曲线线性度不合理的区段进行线性优化处理。所述的步骤D中将稳定采样数据按照数值距离分配到相应的簇，目标函数采用平方误差准则，采用K-中心点算法挖掘出包含150个以上采样工况的目标数据集。所述的步骤C中输出功率值、主汽压力值和总阀位值连续稳定的采样周期为5个以上。本专利技术通过采集并挖掘汽轮机机组运行的历史数据，利用基于喷嘴流量计算的方法辨识出汽轮机调门阀组在特定主汽压力下的实际流量特性曲线，并采用分段线性方法对实际流量特性曲线线性度不合理的区段进行优化，调整机组总阀位值与输出功率值以及各阀阀位值之间的关系，使优化后的汽轮机调门阀组流量特性曲线与设定曲线一致，改善机组运行调节品质。附图说明图1为本专利技术的流程示意图；图2为采用本专利技术方法辨识得到的汽轮机调门阀组流量特性曲线；图3为分段线性优化后的汽轮机调门阀组流量特性曲线；图4为分段线性优化后的总阀位值与各阀阀位值对应关系。具体实施方式如图1所示，本专利技术所述的基于喷嘴流量计算的汽轮机流量曲线辨识及优化方法，包括以下步骤：A、在汽轮机机组设置若干个采样测点，并设定采样周期和采样时长，采集汽轮机机组的实时工况数据，分析每个采样测点的实时工况数据包含的参数类型是否完整，如果参数类型有缺失则重新采集，如果参数类型无缺失则进入步骤B。B、针对所有采样测点，若在同一采样周期内，一个或多个采样测点的实时工况数据中有参数大小为零，即出现空缺工况数据，或参数大小超出受其物理意义约束的数值范围，即出现异常工况数据时，剔除该采样周期内所有采样测点的实时工况数据，得到基本采样数据，分析基本采样数据中各个类型参数的最大值和最小值，以确定各个类型参数的值域范围本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于喷嘴流量计算的汽轮机流量曲线辨识及优化方法，其特征在于，包括以下步骤：A、在汽轮机机组设置若干个采样测点，并设定采样周期和采样时长，采集汽轮机机组的实时工况数据，分析每个采样测点的实时工况数据包含的参数类型是否完整，如果参数类型有缺失则重新采集，如果参数类型无缺失则进入步骤B；B、在同一采样周期内，若一个或多个采样测点的实时工况数据中有参数大小为零，或者超出受其物理意义约束的数值范围，则清除该采样周期内所有采样测点的实时工况数据，得到基本采样数据，然后进入步骤C；C、从基本采样数据中选取输出功率值、主汽压力值和总阀位值均连续稳定若干个采样周期的实时工况数据，并对实时工况数据中各个类型的参数进行均值化处理，得到稳定采样数据，然后进入步骤D；D、根据得到的稳定采样数据，采用聚类分析方法中的K‑中心点算法挖掘出表征汽轮机机组运行特性的目标数据集，得到采样工况数据，然后进入步骤E；E、将汽轮机主蒸汽入口至高压缸调节级级后作为广义喷嘴，根据正常投运电厂机组进气量与输出功率值的线性关系以及喷嘴流量计算原理，计算机组在采样工况下的实际进汽量，然后采用输出功率值表征机组的实际进气量，在总阀位值不变的情况下，采用主汽压力变工况计算，得到将机组的采样工况修正到特定主汽压力下时机组的输出功率值，进而辨识出特定主汽压力下机组总阀位值与输出功率值之间的关系，即为汽轮机调门阀组流量特性曲线，然后进入步骤F；F、提取特定主汽压力值为额定主汽压力的汽轮机调门阀组流量特性曲线，根据机组负荷调整的快速性和稳定性对机组流量特性曲线的要求，分析额定主汽压力下汽轮机调门阀组流量特性曲线的线性度，然后采用分段线性方法对线性度不合理的区段进行优化，得到优化后的机组总阀位值与输出功率值以及各阀阀位值之间的关系。...

【技术特征摘要】
1.一种基于喷嘴流量计算的汽轮机流量曲线辨识及优化方法，其特征在于，包括以下
步骤：A、在汽轮机机组设置若干个采样测点，并设定采样周期和采样时长，采集汽轮
机机组的实时工况数据，分析每个采样测点的实时工况数据包含的参数类型是否完整，
如果参数类型有缺失则重新采集，如果参数类型无缺失则进入步骤B；
B、在同一采样周期内，若一个或多个采样测点的实时工况数据中有参数大小为零，或
者超出受其物理意义约束的数值范围，则清除该采样周期内所有采样测点的实时工况数
据，得到基本采样数据，然后进入步骤C；
C、从基本采样数据中选取输出功率值、主汽压力值和总阀位值均连续稳定若干个采样
周期的实时工况数据，并对实时工况数据中各个类型的参数进行均值化处理，得到稳定
采样数据，然后进入步骤D；
D、根据得到的稳定采样数据，采用聚类分析方法中的K-中心点算法挖掘出表征汽轮机
机组运行特性的目标数据集，得到采样工况数据，然后进入步骤E；
E、将汽轮机主蒸汽入口至高压缸调节级级后作为广义喷嘴，根据正常投运电厂机组进
气量与输出功率值的线性关系以及喷嘴流量计算原理，计算机组在采样工况下的实际进
汽量，然后采用输出功率值表征机组的实际进气量，在总阀位值不变的情况下，采用主
汽压力变工况计算，得到将机组的采样工况修正到特定主汽压力下时机组的输出功率值，
进而辨识出特定主汽压力下机组总阀位值与输出功率值之间的关系，即为汽轮机调门阀
组流量特性曲线，然后进入步骤F；
F、提取特定主汽压力值为额定主汽压力的汽轮机调门阀组流量特性曲线，根据机组负
荷调整的快速性和稳定性对机组流量特性曲线的要求，分析额定主汽压力下汽轮机调门
阀组流量特性曲线的线性度，然后采用分段线性方法对线性度不合理的区段进行优化，
得到优化后的机组总阀位值与输出功率值以及各阀阀位值之间的关系。
2.如权利要求1所述的一种基于喷嘴流量计算的汽轮机流量曲线辨识及优化方法，其
特征在于：所述的步骤E中汽轮机机组的实际进气量G为
G=βGcr=0.648βAVp1*/υ1*]]>式中流量系数级组压比εV＝p2/p1，εV、εcr分别为研...

【专利技术属性】
技术研发人员：粱正玉，杨涛，王刚，郭为民，韩威，李存文，王纪宏，唐耀华，郝涛，
申请(专利权)人：国网河南省电力公司电力科学研究院，大唐林州热电有限责任公司，国家电网公司，
类型：发明
国别省市：河南;41