一种基于数据协调的汽轮机湿蒸汽参数的估计方法技术

一种基于数据协调的汽轮机湿蒸汽参数的估计方法，属于汽轮机性能监测领域。具体技术步骤包括：1)利用蒸汽膨胀特性构建约束方程，结合准静态测量数据，建立汽轮机系统的数据协调问题；2)对于干蒸汽，直接计算其焓值；对于湿蒸汽，初步假定湿蒸汽的干度，计算出焓值并带入方程；3)通过循环迭代求解数据协调问题，计算得到湿蒸汽参数的估计值。该方法有效利用汽轮机系统中冗余的测量信息及约束方程，并结合蒸汽膨胀过程的性质，给出更优的湿蒸汽参数的估计值，据此可以绘制真实的蒸汽膨胀过程线，并计算系统热力参数的估计值，有利于实现汽轮机性能的监测。该方法简单易于实现，不增加任何额外设备及成本，高效率、低成本。

【技术实现步骤摘要】

一种基于数据协调的汽轮机湿蒸汽参数的估计方法，属于汽轮机在线性能监测领域。
技术介绍
汽轮机性能对整个电厂的性能、热效率及可靠性来说都非常重要。在汽轮机性能的监测过程中，通常需要计算和分析级组的等熵效率和蒸汽膨胀过程线来反映和评估级组的通流能力和做功能力。精确的在线测量数据是汽轮机性能计算及监测的重要基础，测量数据的误差可能导致计算出不合理的等熵效率值或蒸汽膨胀特性。然而，由于人为的误操作或测量仪表的老化，电厂直接测量得到的原始数据总是包含测量误差。因此，能够降低测量数据不确定度的数据处理方法显得尤为重要。此外，由于蒸汽干度在线测量技术的匮乏，汽轮机内湿蒸汽区的蒸汽干度通常无法直接得知，从而湿蒸汽的焓值无法计算。虽然有一些湿蒸汽参数的估计方法，然而可以直接应用于电厂的简单、快捷、高效的方法还很少，尤其缺乏将湿蒸汽区参数估计和提高数据精度同时结合起来的方法。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种基于数据协调的汽轮机湿蒸汽参数的估计方法，能够对汽轮机湿蒸汽参数(如蒸汽干度、焓值)进行估计，并绘制出汽轮机内蒸汽实际膨胀的过程线，有利于汽轮机的性能计算及监测，同时得到更优的电厂系统热力参数的估计值。本专利技术的技术方案是：1)通过准静态数据的选取方法，从电厂数据库选取准静态工况的测量数据；根据电厂系统的测点信息，选取参与热力系统平衡计算的测量变量x，依次记为x1,x2,…xn，并将测量变量的测量值y依次记为y1,y2,…yn；未测量变量u通过热平衡计算得到，其计算值u*依次记为u1*,u2*,…up*，其中，n为所有测量变量的个数，p为所有未测量变量的个数；2)根据电厂热力系统中测量仪表的精度等级，按照方程(1)评定各个测量变量测量值的不确定度，分别记为σ1,σ2,…σn； σ i = kξ i 1.96 N s - - - ( 1 ) ]]>其中，i代表第i个测量变量，i取1,2,3…n；ξi代表置信区间为95％的仪表最大允许误差；Ns代表测量同一变量的仪表个数；k为修正系数；3)根据汽轮机系统的质量平衡、能量平衡及级组的特性方程，建立关于测量变量x及未测量变量u的等式约束方程组f；并根据汽轮机内蒸汽膨胀过程的性质，建立不等式约束方程组g，如下所示：f(x,u)＝0 (2)g(x,u)≤0 (3)4)对于汽轮机内的干蒸汽，利用实测的蒸汽压力和温度值计算蒸汽焓值；对于湿蒸汽在蒸汽干度未知的情况下，初步假定蒸汽干度值X0，并利用实测的蒸汽压力或温度值计算得到湿蒸汽焓值的初值h0；5)结合测量变量的测量值y、测量值的不确定度σ、等式约束方程组f及不等式约束方程组g，带入干蒸汽焓值或湿蒸汽焓值的初值h0，通过循环迭代过程，利用目标函数计算得到测量变量的协调值x*和未测量变量的计算值u*；x*依次记为x1*,x2*,…xn*；6)根据测量变量的协调值和未测量变量的计算值，得到湿蒸汽参数的估计值；据此在热力学性质图上绘制汽轮机内蒸汽实际膨胀的过程线。本专利技术所述的方法的技术特征在于：所述准静态数据的选取方法包括滑动窗口法和移动平均法。步骤(1)中所述的测量变量包括流量、压力、温度和输出功率。所述级组的特性方程包括伏流格尔公式和等熵效率公式。步骤(6)中所述的湿蒸汽参数包括蒸汽焓值或蒸汽干度。步骤(6)中所述的热力学性质图包括焓熵图。本专利技术的技术方案中，其特征还在于：步骤(5)中所述的目标函数包含最小二乘形式的目标函数或强鲁棒性的目标函数；最小二乘形式的目标函数如方程(5)所示，强鲁棒性的目标函数包括方程(6)所示的目标函数：其中，xi*代表x*中第i个元素，yi代表y中第i个元素；Σ代表由测量变量的不确定度构成的协方差矩阵；上标T代表矩阵的转置；上标-1代表矩阵的逆；代表从第1个到第n个测量变量的求和；cF代表设定的权重参数。本专利技术具有以下优点及突出性的技术效果：①在湿蒸汽干度在线测量技术匮乏的现状下，本专利技术可以在不改变测量仪表和设备的前提下，仅采用数据协调循环迭代结合系统建模的方法实现湿蒸汽参数的估计，低成本，简单可行，高效便捷。②本专利技术克服了传统方法不能同时实现湿蒸汽区参数估计和提高数据精度的缺点，利用数据协调方法结合汽轮机膨胀过程特性循环迭代的方法，对湿蒸汽参数进行估计，同时给出更优的热力参数的估计值；根据湿蒸汽参数可以绘制出汽轮机内蒸汽实际膨胀的过程线，有利于汽轮机的性能计算及监测；更优的热力参数的估计值有利于整个电厂系统的性能监测。附图说明图1为本专利技术方法的步骤流程示意图。图2为实施例中某1000MW火电机组汽轮机系统的示意图。图3为实施例中应用本专利技术方法前后分别绘制的蒸汽膨胀过程线图。具体实施方式下面结合附图对本专利技术的原理和具体实施作进一步的说明。1)通过准静态数据的选取方法，比如滑动窗口法等，从电厂数据库选取汽轮机系统在准静态工况下的测量数据，包括流量、压力、温度和输出功率。图2展示了某1000MW火电机组汽轮机系统的示意图。除了图2中所示的汽轮机系统外，参与实施例中数据协调计算的还有电厂其他的热力系统，比如锅炉系统、给水回热系统和凝结水系统。根据电厂系统的测点信息，选取参与热力系统平衡计算的测量变量x，依次记为x1,x2,…x97，其测量值y依次记为y1,y2,…y97，未测量变量u通过热平衡计算等方法得到，其计算值u*依次记为u1*,u2*,…u84*，其中，测量变量的总个数为97，未测量变量的总个数为84。2)根据电厂热力系统中测量仪表的精度等级，按照方程(1)评定各个测量变量测量值的不确定度，分别记为σ1,σ2,…σ97； σ i = kξ i 1.96 N s - - - ( 1 ) ]]>其中，i代表第i个测量变量，i取1,2,3…97；ξi代表置信区间为95％的仪表最大允许误差；Ns代表测量同一变量的仪表个数，通常为1；k为修正系数，通常为1；3)根据汽轮机系统的质量平衡、能量平衡及级组的特性方程，建立关于测量变量x及未测量变量u的等式约束方程组f，如下所示：f(x,u)＝0 (2)级组的特性方程包括伏流格尔公式和等熵效率公式，分别如方程(3)和方程(4)所示：伏流格尔公式：等熵效率公式：其中，代表设计工况下蒸汽的折合流量；pf代表设计工况下级组入口的蒸汽压力；pd代表设计工况下级组出口的蒸汽压力；Tf代表设计工本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于数据协调的汽轮机湿蒸汽参数的估计方法，其特征在于该方法按如下步骤进行：1)通过准静态数据的选取方法，从电厂数据库选取准静态工况的测量数据；根据电厂系统的测点信息，选取参与热力系统平衡计算的测量变量x，依次记为x1，x2，…xn，并将测量变量的测量值y依次记为y1，y2，…yn；未测量变量u通过热平衡计算得到，其计算值u*依次记为u1*，u2*，…up*，其中，n为所有测量变量的个数，p为所有未测量变量的个数；2)根据电厂热力系统中测量仪表的精度等级，按照方程(1)评定各个测量变量测量值的不确定度，分别记为σ1，σ2，…σn；σi=kξi1.96Ns---(1)]]>其中，i代表第i个测量变量，i取1，2，3...n；ξi代表置信区间为95％的仪表最大允许误差；Ns代表测量同一变量的仪表个数；k为修正系数；3)根据汽轮机系统的质量平衡、能量平衡及级组的特性方程，建立关于测量变量x及未测量变量u的等式约束方程组f；并根据汽轮机内蒸汽膨胀过程的性质，建立不等式约束方程组g，如下所示：f(x，u)＝0                                  (2)g(x，u)≤0                                  (3)4)对于汽轮机内的干蒸汽，利用实测的蒸汽压力和温度值计算蒸汽焓值；对于湿蒸汽，在蒸汽干度未知的情况下，初步假定蒸汽干度值X0，并利用实测的蒸汽压力或温度值计算得到湿蒸汽焓值的初值h0；5)结合测量变量的测量值y、测量值的不确定度σ、等式约束方程组f及不等式约束方程组g，带入干蒸汽焓值或湿蒸汽焓值的初值h0，通过循环迭代过程，利用目标函数计算得到测量变量的协调值x*和未测量变量的计算值u*；x*依次记为x1*，x2*，…xn*；6)根据测量变量的协调值和未测量变量的计算值，得到湿蒸汽参数的估计值；据此在热力学性质图上绘制汽轮机内蒸汽实际膨胀的过程线。...

【技术特征摘要】
1.一种基于数据协调的汽轮机湿蒸汽参数的估计方法，其特征在于该方法按如下步骤进行：1)通过准静态数据的选取方法，从电厂数据库选取准静态工况的测量数据；根据电厂系统的测点信息，选取参与热力系统平衡计算的测量变量x，依次记为x1，x2，…xn，并将测量变量的测量值y依次记为y1，y2，…yn；未测量变量u通过热平衡计算得到，其计算值u*依次记为u1*，u2*，…up*，其中，n为所有测量变量的个数，p为所有未测量变量的个数；2)根据电厂热力系统中测量仪表的精度等级，按照方程(1)评定各个测量变量测量值的不确定度，分别记为σ1，σ2，…σn； σ i = kξ i 1.96 N s - - - ( 1 ) ]]>其中，i代表第i个测量变量，i取1，2，3...n；ξi代表置信区间为95％的仪表最大允许误差；Ns代表测量同一变量的仪表个数；k为修正系数；3)根据汽轮机系统的质量平衡、能量平衡及级组的特性方程，建立关于测量变量x及未测量变量u的等式约束方程组f；并根据汽轮机内蒸汽膨胀过程的性质，建立不等式约束方程组g，如下所示：f(x，u)＝0 (2)g(x，u)≤0 (3)4)对于汽轮机内的干蒸汽，利用实测的蒸汽压力和温度值计算蒸汽焓值；对于湿蒸汽...

【专利技术属性】
技术研发人员：李政，郭思思，刘培，
申请(专利权)人：清华大学，
类型：发明
国别省市：北京;11