一種基于數據協調的汽輪機濕蒸汽參數的估計方法技術

一種基于數據協調的汽輪機濕蒸汽參數的估計方法，屬于汽輪機性能監測領域。具體技術步驟包括：1)利用蒸汽膨脹特性構建約束方程，結合準靜態測量數據，建立汽輪機系統的數據協調問題；2)對于干蒸汽，直接計算其焓值；對于濕蒸汽，初步假定濕蒸汽的干度，計算出焓值并帶入方程；3)通過循環迭代求解數據協調問題，計算得到濕蒸汽參數的估計值。該方法有效利用汽輪機系統中冗余的測量信息及約束方程，并結合蒸汽膨脹過程的性質，給出更優的濕蒸汽參數的估計值，據此可以繪制真實的蒸汽膨脹過程線，并計算系統熱力參數的估計值，有利于實現汽輪機性能的監測。該方法簡單易于實現，不增加任何額外設備及成本，高效率、低成本。

【技術實現步驟摘要】

一種基于數據協調的汽輪機濕蒸汽參數的估計方法，屬于汽輪機在線性能監測領域。
技術介紹
汽輪機性能對整個電廠的性能、熱效率及可靠性來說都非常重要。在汽輪機性能的監測過程中，通常需要計算和分析級組的等熵效率和蒸汽膨脹過程線來反映和評估級組的通流能力和做功能力。精確的在線測量數據是汽輪機性能計算及監測的重要基礎，測量數據的誤差可能導致計算出不合理的等熵效率值或蒸汽膨脹特性。然而，由于人為的誤操作或測量儀表的老化，電廠直接測量得到的原始數據總是包含測量誤差。因此，能夠降低測量數據不確定度的數據處理方法顯得尤為重要。此外，由于蒸汽干度在線測量技術的匱乏，汽輪機內濕蒸汽區的蒸汽干度通常無法直接得知，從而濕蒸汽的焓值無法計算。雖然有一些濕蒸汽參數的估計方法，然而可以直接應用于電廠的簡單、快捷、高效的方法還很少，尤其缺乏將濕蒸汽區參數估計和提高數據精度同時結合起來的方法。
技術實現思路
本專利技術的目的是提供一種基于數據協調的汽輪機濕蒸汽參數的估計方法，能夠對汽輪機濕蒸汽參數(如蒸汽干度、焓值)進行估計，并繪制出汽輪機內蒸汽實際膨脹的過程線，有利于汽輪機的性能計算及監測，同時得到更優的電廠系統熱力參數的估計值。本專利技術的技術方案是：1)通過準靜態數據的選取方法，從電廠數據庫選取準靜態工況的測量數據；根據電廠系統的測點信息，選取參與熱力系統平衡計算的測量變量x，依次記為x1,x2,…xn，并將測量變量的測量值y依次記為y1,y2,…yn；未測量變量u通過熱平衡計算得到，其計算值u*依次記為u1*,u2*,…up*，其中，n為所有測量變量的個數，p為所有未測量變量的個數；2)根據電廠熱力系統中測量儀表的精度等級，按照方程(1)評定各個測量變量測量值的不確定度，分別記為σ1,σ2,…σn； σ i = kξ i 1.96 N s - - - ( 1 ) ]]>其中，i代表第i個測量變量，i取1,2,3…n；ξi代表置信區間為95％的儀表最大允許誤差；Ns代表測量同一變量的儀表個數；k為修正系數；3)根據汽輪機系統的質量平衡、能量平衡及級組的特性方程，建立關于測量變量x及未測量變量u的等式約束方程組f；并根據汽輪機內蒸汽膨脹過程的性質，建立不等式約束方程組g，如下所示：f(x,u)＝0 (2)g(x,u)≤0 (3)4)對于汽輪機內的干蒸汽，利用實測的蒸汽壓力和溫度值計算蒸汽焓值；對于濕蒸汽在蒸汽干度未知的情況下，初步假定蒸汽干度值X0，并利用實測的蒸汽壓力或溫度值計算得到濕蒸汽焓值的初值h0；5)結合測量變量的測量值y、測量值的不確定度σ、等式約束方程組f及不等式約束方程組g，帶入干蒸汽焓值或濕蒸汽焓值的初值h0，通過循環迭代過程，利用目標函數計算得到測量變量的協調值x*和未測量變量的計算值u*；x*依次記為x1*,x2*,…xn*；6)根據測量變量的協調值和未測量變量的計算值，得到濕蒸汽參數的估計值；據此在熱力學性質圖上繪制汽輪機內蒸汽實際膨脹的過程線。本專利技術所述的方法的技術特征在于：所述準靜態數據的選取方法包括滑動窗口法和移動平均法。步驟(1)中所述的測量變量包括流量、壓力、溫度和輸出功率。所述級組的特性方程包括伏流格爾公式和等熵效率公式。步驟(6)中所述的濕蒸汽參數包括蒸汽焓值或蒸汽干度。步驟(6)中所述的熱力學性質圖包括焓熵圖。本專利技術的技術方案中，其特征還在于：步驟(5)中所述的目標函數包含最小二乘形式的目標函數或強魯棒性的目標函數；最小二乘形式的目標函數如方程(5)所示，強魯棒性的目標函數包括方程(6)所示的目標函數：其中，xi*代表x*中第i個元素，yi代表y中第i個元素；Σ代表由測量變量的不確定度構成的協方差矩陣；上標T代表矩陣的轉置；上標-1代表矩陣的逆；代表從第1個到第n個測量變量的求和；cF代表設定的權重參數。本專利技術具有以下優點及突出性的技術效果：①在濕蒸汽干度在線測量技術匱乏的現狀下，本專利技術可以在不改變測量儀表和設備的前提下，僅采用數據協調循環迭代結合系統建模的方法實現濕蒸汽參數的估計，低成本，簡單可行，高效便捷。②本專利技術克服了傳統方法不能同時實現濕蒸汽區參數估計和提高數據精度的缺點，利用數據協調方法結合汽輪機膨脹過程特性循環迭代的方法，對濕蒸汽參數進行估計，同時給出更優的熱力參數的估計值；根據濕蒸汽參數可以繪制出汽輪機內蒸汽實際膨脹的過程線，有利于汽輪機的性能計算及監測；更優的熱力參數的估計值有利于整個電廠系統的性能監測。附圖說明圖1為本專利技術方法的步驟流程示意圖。圖2為實施例中某1000MW火電機組汽輪機系統的示意圖。圖3為實施例中應用本專利技術方法前后分別繪制的蒸汽膨脹過程線圖。具體實施方式下面結合附圖對本專利技術的原理和具體實施作進一步的說明。1)通過準靜態數據的選取方法，比如滑動窗口法等，從電廠數據庫選取汽輪機系統在準靜態工況下的測量數據，包括流量、壓力、溫度和輸出功率。圖2展示了某1000MW火電機組汽輪機系統的示意圖。除了圖2中所示的汽輪機系統外，參與實施例中數據協調計算的還有電廠其他的熱力系統，比如鍋爐系統、給水回熱系統和凝結水系統。根據電廠系統的測點信息，選取參與熱力系統平衡計算的測量變量x，依次記為x1,x2,…x97，其測量值y依次記為y1,y2,…y97，未測量變量u通過熱平衡計算等方法得到，其計算值u*依次記為u1*,u2*,…u84*，其中，測量變量的總個數為97，未測量變量的總個數為84。2)根據電廠熱力系統中測量儀表的精度等級，按照方程(1)評定各個測量變量測量值的不確定度，分別記為σ1,σ2,…σ97； σ i = kξ i 1.96 N s - - - ( 1 ) ]]>其中，i代表第i個測量變量，i取1,2,3…97；ξi代表置信區間為95％的儀表最大允許誤差；Ns代表測量同一變量的儀表個數，通常為1；k為修正系數，通常為1；3)根據汽輪機系統的質量平衡、能量平衡及級組的特性方程，建立關于測量變量x及未測量變量u的等式約束方程組f，如下所示：f(x,u)＝0 (2)級組的特性方程包括伏流格爾公式和等熵效率公式，分別如方程(3)和方程(4)所示：伏流格爾公式：等熵效率公式：其中，代表設計工況下蒸汽的折合流量；pf代表設計工況下級組入口的蒸汽壓力；pd代表設計工況下級組出口的蒸汽壓力；Tf代表設計工本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種基于數據協調的汽輪機濕蒸汽參數的估計方法，其特征在于該方法按如下步驟進行：1)通過準靜態數據的選取方法，從電廠數據庫選取準靜態工況的測量數據；根據電廠系統的測點信息，選取參與熱力系統平衡計算的測量變量x，依次記為x1，x2，…xn，并將測量變量的測量值y依次記為y1，y2，…yn；未測量變量u通過熱平衡計算得到，其計算值u*依次記為u1*，u2*，…up*，其中，n為所有測量變量的個數，p為所有未測量變量的個數；2)根據電廠熱力系統中測量儀表的精度等級，按照方程(1)評定各個測量變量測量值的不確定度，分別記為σ1，σ2，…σn；σi=kξi1.96Ns---(1)]]>其中，i代表第i個測量變量，i取1，2，3...n；ξi代表置信區間為95％的儀表最大允許誤差；Ns代表測量同一變量的儀表個數；k為修正系數；3)根據汽輪機系統的質量平衡、能量平衡及級組的特性方程，建立關于測量變量x及未測量變量u的等式約束方程組f；并根據汽輪機內蒸汽膨脹過程的性質，建立不等式約束方程組g，如下所示：f(x，u)＝0??????????????????????????????????(2)g(x，u)≤0??????????????????????????????????(3)4)對于汽輪機內的干蒸汽，利用實測的蒸汽壓力和溫度值計算蒸汽焓值；對于濕蒸汽，在蒸汽干度未知的情況下，初步假定蒸汽干度值X0，并利用實測的蒸汽壓力或溫度值計算得到濕蒸汽焓值的初值h0；5)結合測量變量的測量值y、測量值的不確定度σ、等式約束方程組f及不等式約束方程組g，帶入干蒸汽焓值或濕蒸汽焓值的初值h0，通過循環迭代過程，利用目標函數計算得到測量變量的協調值x*和未測量變量的計算值u*；x*依次記為x1*，x2*，…xn*；6)根據測量變量的協調值和未測量變量的計算值，得到濕蒸汽參數的估計值；據此在熱力學性質圖上繪制汽輪機內蒸汽實際膨脹的過程線。...

【技術特征摘要】
1.一種基于數據協調的汽輪機濕蒸汽參數的估計方法，其特征在于該方法按如下步驟進行：1)通過準靜態數據的選取方法，從電廠數據庫選取準靜態工況的測量數據；根據電廠系統的測點信息，選取參與熱力系統平衡計算的測量變量x，依次記為x1，x2，…xn，并將測量變量的測量值y依次記為y1，y2，…yn；未測量變量u通過熱平衡計算得到，其計算值u*依次記為u1*，u2*，…up*，其中，n為所有測量變量的個數，p為所有未測量變量的個數；2)根據電廠熱力系統中測量儀表的精度等級，按照方程(1)評定各個測量變量測量值的不確定度，分別記為σ1，σ2，…σn； σ i = kξ i 1.96 N s - - - ( 1 ) ]]>其中，i代表第i個測量變量，i取1，2，3...n；ξi代表置信區間為95％的儀表最大允許誤差；Ns代表測量同一變量的儀表個數；k為修正系數；3)根據汽輪機系統的質量平衡、能量平衡及級組的特性方程，建立關于測量變量x及未測量變量u的等式約束方程組f；并根據汽輪機內蒸汽膨脹過程的性質，建立不等式約束方程組g，如下所示：f(x，u)＝0 (2)g(x，u)≤0 (3)4)對于汽輪機內的干蒸汽，利用實測的蒸汽壓力和溫度值計算蒸汽焓值；對于濕蒸汽...

【專利技術屬性】
技術研發人員：李政，郭思思，劉培，
申請(專利權)人：清華大學，
類型：發明
國別省市：北京;11