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關(guān)鍵詞：大數(shù)據(jù)；熱負荷；能耗；優(yōu)化；經(jīng)濟性

1　引言

浙能阿克蘇熱電有限公司位于新疆阿克蘇地區(qū)阿克蘇紡織工業(yè)城，鍋爐是上海鍋爐廠生產(chǎn)的SG1173/25.5-M4418型鍋爐，汽輪機為東方汽輪機廠生產(chǎn)的CCZK350/289.6/24.6/1.5/0.4/569/569型超臨界、一次中間再熱、單軸三缸雙排氣、直接空冷雙抽汽凝汽式汽輪機。由于其發(fā)電負荷和供熱負荷間存在鮮明的耦合關(guān)系，因此相比其他類型機組，在較寬的運行工況條件下針對熱電機組的供熱負荷優(yōu)化技術(shù)尤為復雜。分析機理模型中反映的系統(tǒng)及其設備的本質(zhì)動力學規(guī)律，結(jié)合海量的歷史運行數(shù)據(jù)，深入發(fā)掘隱藏在大數(shù)據(jù)背后的反映熱力系統(tǒng)和相關(guān)設備的實際特性的信息和規(guī)律，建立適合于實際機組的精確模型，準確描述熱力系統(tǒng)各狀態(tài)參數(shù)之間的關(guān)聯(lián)規(guī)則，是實現(xiàn)準確的機組性能監(jiān)測以及制定合理的運行優(yōu)化策略的重要基礎(chǔ)。

2　基于大數(shù)據(jù)分析的熱負荷優(yōu)化分配方法

供熱機組的熱負荷優(yōu)化分配，主要在于如何在兩臺機組間分配供熱負荷使全廠能耗最小。目前最常用的優(yōu)化分配方式是建立在優(yōu)化理論基礎(chǔ)上的各種方法，包括隨著運籌學興起而出現(xiàn)的基于數(shù)學規(guī)劃研究的優(yōu)化算法，如線性規(guī)劃法、動態(tài)規(guī)劃法、非線性規(guī)劃法等，還有在計算機水平不斷提高的背景下發(fā)展出來的諸如遺傳算法、免疫算法等智能算法。它們都各有其優(yōu)缺點，例如動態(tài)規(guī)劃法屬于多級決策法，可較好地適應負荷變化，快速選擇運行機組承帶負荷多少和不同機組啟停順序，靈活性較強，但計算過程繁瑣。相比之下，非線性規(guī)劃雖然計算速度快、精度高，但缺點在于模型復雜，變量數(shù)多會使得優(yōu)化效果不佳，還容易產(chǎn)生組合爆炸現(xiàn)象。隨著電廠的自動化程度不斷提高，尤其“智慧電廠”的提出與快速發(fā)展，基于仿生學的智能算法越來越受到重視，計算速度較傳統(tǒng)優(yōu)化算法更為快速，不易陷入局部最優(yōu)。本項目采用基于大數(shù)據(jù)分析結(jié)合遺傳算法來進行供熱負荷優(yōu)化分配。

（1）運行數(shù)據(jù)的預處理

現(xiàn)場的實際數(shù)據(jù)（歷史運行數(shù)據(jù)）普遍存在動態(tài)、失真及時間失效等各種問題，直接引用歷史數(shù)據(jù)進行數(shù)據(jù)挖掘，必然導致所得結(jié)果指導意義下降乃至無效。針對以上問題，本項目需要對實際運行數(shù)據(jù)進行合理地鑒別、篩選及處理，為后繼工作提供可靠的數(shù)據(jù)支持。主要處理手段包括：運行工況的穩(wěn)態(tài)判別、實時數(shù)據(jù)失真判別、歷史數(shù)據(jù)時效性分析、數(shù)據(jù)濾波、冗余數(shù)據(jù)處理、數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)性分析等。

（2）火電機組熱力系統(tǒng)準確地在線能耗計算

在線監(jiān)測機組能耗率，通常的國標計算方法或ASME計算標準是以主蒸汽流量或給水流量為重要的被測參數(shù)，由于現(xiàn)場就地流量儀表測量誤差較大，在線監(jiān)測系統(tǒng)運行煤耗率計算誤差也較大，這正是目前通常的能耗在線計算軟件計算誤差較大的根本原因。本項目依托先進的技術(shù)方法，針對典型火電機組開發(fā)能耗在線評估軟件，在全負荷段（尤其強調(diào)深度變工況條件），結(jié)合實際運行數(shù)據(jù)實現(xiàn)了機組的能耗準確評估。

（3）考慮多因素的負荷在線優(yōu)化分配方法

影響發(fā)電機組能耗的因素眾多，以節(jié)能為目標的熱負荷優(yōu)化分配實際上是多邊界的優(yōu)化問題。因此，在準確的能耗計算基礎(chǔ)上，研究多參數(shù)智能優(yōu)化算法，給出在線的熱負荷優(yōu)化指導。

（4）基于C/S模式的界面展示

軟件采用面向?qū)ο蟾呒壘幊陶Z言編寫，與SIS數(shù)據(jù)通訊取得歷史數(shù)據(jù)和實時運行數(shù)據(jù)，采用大型關(guān)系型數(shù)據(jù)庫作為過程數(shù)據(jù)庫，采用C/S模式進行計算結(jié)果的展示。

3　基于大數(shù)據(jù)分析的機組供熱負荷優(yōu)化分配程序開發(fā)

供熱負荷優(yōu)化程序基于面向?qū)ο缶幊陶Z言Delphi編寫。Delphi是第四代編程語言，具有簡單、高效、功能強大的特點。它是基于面向?qū)ο蟮姆椒ǎ咚俚木幾g器，強大的數(shù)據(jù)庫支持而組成，與Windows編程緊密結(jié)合，具有強大而成熟的組件技術(shù)。

程序在兩臺機組準確計算能耗特性的基礎(chǔ)上，利用大數(shù)據(jù)分析結(jié)合遺傳算法，進行供熱負荷的優(yōu)化分配。程序的流程如圖1所示。

圖1 程序流程圖

程序主要計算模塊如表1所示。

表1 離線計算軟件的功能模塊介紹

軟件的功能模塊包含了各設備特性變工況模型、機組狀態(tài)重構(gòu)模型和熱經(jīng)濟指標計算模塊。為了實現(xiàn)能耗的實時計算，需要取得實時的機組運行數(shù)據(jù)。實時數(shù)據(jù)從SIS數(shù)據(jù)庫中取得，因此本項目開發(fā)了和SIS系統(tǒng)的接口程序，點擊“啟動”按鈕，開始數(shù)據(jù)傳輸。

程序界面如圖2所示。

圖2 接口程序

取得實時運行數(shù)據(jù)后，進行機組能耗特性計算和負荷優(yōu)化分配，并將能耗結(jié)果和負荷優(yōu)化分配結(jié)果寫入數(shù)據(jù)庫結(jié)果點表中。展示程序主要展示熱負荷優(yōu)化分配結(jié)果，以及優(yōu)化分配后節(jié)煤量如圖3—圖5所示。

圖3 1號機計算程序

圖4 2號機計算程序

圖5 供熱優(yōu)化分配結(jié)果

4　基于大數(shù)據(jù)分析的機組供熱負荷優(yōu)化分配結(jié)果驗證

方案所含四個變量分別為：1號機組電負荷N₁、2號機組電負荷N₂、1號機組熱負荷D_C1、2號機組熱負荷D_C2。查看機組實際運行數(shù)據(jù)得到機組負荷的約束條件（單位均為MW）為：

優(yōu)化結(jié)果如表2所示，與實際運行任意分配方案進行比較。

表2 部分工況下負荷分配方案對比

通過上表可以看出，本項目采用基于大數(shù)據(jù)分析的機組供熱負荷優(yōu)化分配所得煤耗率比負荷平均分配方案總煤耗量有一定程度的降低，說明大數(shù)據(jù)分析結(jié)合遺傳算法在機組熱負荷分配上的應用是有效的。

5　結(jié)論

本項目的研究開發(fā)，可以對浙能阿克蘇熱電有限公司兩臺機組能耗結(jié)果進行準確分析，能夠明顯降低能耗，對供熱機組節(jié)能環(huán)保、降低成本、提高經(jīng)濟性具有現(xiàn)實意義。

綜上所述，基于大數(shù)據(jù)分析的機組熱負荷優(yōu)化分配可以作為提高供熱機組經(jīng)濟性的一種方式，可以給供熱機組帶來巨大的經(jīng)濟效益，有著廣大的發(fā)展前景。

作者簡介：

劉昱達（1991-），男，湖北武穴人，工程師，學士，現(xiàn)就職于浙能阿克蘇熱電有限公司，主要從事火電廠熱工儀表及自動化維護管理方面的工作。

參考文獻：

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[2] 王源. 供熱機組負荷優(yōu)化分配的研究[D]. 南京: 東南大學, 2005.

[3] 李巖, 袁弘宇, 于佳喬, 等. 遺傳算法在優(yōu)化問題中的應用綜述[J]. 山東工業(yè)技術(shù), 2019 (12) : 242-243+180.

摘自《自動化博覽》2024年8月刊