關(guān)鍵詞：大數據；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阿克蘇紡織工業(yè)城，鍋爐是上海鍋爐廠(chǎng)生產(chǎn)的SG1173/25.5-M4418型鍋爐，汽輪機為東方汽輪機廠(chǎng)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(lèi)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及其設備的本質(zhì)動(dòng)力學(xué)規律，結合海量的歷史運行數據，深入發(fā)掘隱藏在大數據背后的反映熱力系統和相關(guān)設備的實(shí)際特性的信息和規律，建立適合于實(shí)際機組的精確模型，準確描述熱力系統各狀態(tài)參數之間的關(guān)聯(lián)規則，是實(shí)現準確的機組性能監測以及制定合理的運行優(yōu)化策略的重要基礎。

2　基于大數據分析的熱負荷優(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(chǎng)能耗最小。目前最常用的優(yōu)化分配方式是建立在優(yōu)化理論基礎上的各種方法，包括隨著(zhù)運籌學(xué)興起而出現的基于數學(xué)規劃研究的優(yōu)化算法，如線(xiàn)性規劃法、動(dòng)態(tài)規劃法、非線(xiàn)性規劃法等，還有在計算機水平不斷提高的背景下發(fā)展出來(lái)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(diǎn)，例如動(dòng)態(tài)規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(guò)程繁瑣。相比之下，非線(xiàn)性規劃雖然計算速度快、精度高，但缺點(diǎn)在于模型復雜，變量數多會(huì )使得優(yōu)化效果不佳，還容易產(chǎn)生組合爆炸現象。隨著(zhù)電廠(chǎng)的自動(dòng)化程度不斷提高，尤其“智慧電廠(chǎng)”的提出與快速發(fā)展，基于仿生學(xué)的智能算法越來(lái)越受到重視，計算速度較傳統優(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據分析結合遺傳算法來(lái)進(jìn)行供熱負荷優(yōu)化分配。

（1）運行數據的預處理

現場(chǎng)的實(shí)際數據（歷史運行數據）普遍存在動(dòng)態(tài)、失真及時(shí)間失效等各種問(wèn)題，直接引用歷史數據進(jìn)行數據挖掘，必然導致所得結果指導意義下降乃至無(wú)效。針對以上問(wèn)題，本項目需要對實(shí)際運行數據進(jìn)行合理地鑒別、篩選及處理，為后繼工作提供可靠的數據支持。主要處理手段包括：運行工況的穩態(tài)判別、實(shí)時(shí)數據失真判別、歷史數據時(shí)效性分析、數據濾波、冗余數據處理、數據關(guān)聯(lián)性分析等。

（2）火電機組熱力系統準確地在線(xiàn)能耗計算

在線(xiàn)監測機組能耗率，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，由于現場(chǎng)就地流量?jì)x表測量誤差較大，在線(xiàn)監測系統運行煤耗率計算誤差也較大，這正是目前通常的能耗在線(xiàn)計算軟件計算誤差較大的根本原因。本項目依托先進(jìn)的技術(shù)方法，針對典型火電機組開(kāi)發(fā)能耗在線(xiàn)評估軟件，在全負荷段（尤其強調深度變工況條件），結合實(shí)際運行數據實(shí)現了機組的能耗準確評估。

（3）考慮多因素的負荷在線(xiàn)優(yōu)化分配方法

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

（4）基于C/S模式的界面展示

軟件采用面向對象高級編程語(yǔ)言編寫(xiě)，與SIS數據通訊取得歷史數據和實(shí)時(shí)運行數據，采用大型關(guān)系型數據庫作為過(guò)程數據庫，采用C/S模式進(jìn)行計算結果的展示。

3　基于大數據分析的機組供熱負荷優(yōu)化分配程序開(kāi)發(fā)

供熱負荷優(yōu)化程序基于面向對象編程語(yǔ)言Delphi編寫(xiě)。Delphi是第四代編程語(yǔ)言，具有簡(jiǎn)單、高效、功能強大的特點(diǎn)。它是基于面向對象的方法，高速的編譯器，強大的數據庫支持而組成，與Windows編程緊密結合，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上，利用大數據分析結合遺傳算法，進(jìn)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(xiàn)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)重構模型和熱經(jīng)濟指標計算模塊。為了實(shí)現能耗的實(shí)時(shí)計算，需要取得實(shí)時(shí)的機組運行數據。實(shí)時(shí)數據從SIS數據庫中取得，因此本項目開(kāi)發(fā)了和SIS系統的接口程序，點(diǎn)擊“啟動(dòng)”按鈕，開(kāi)始數據傳輸。

程序界面如圖2所示。

圖2 接口程序

取得實(shí)時(shí)運行數據后，進(jìn)行機組能耗特性計算和負荷優(yōu)化分配，并將能耗結果和負荷優(yōu)化分配結果寫(xiě)入數據庫結果點(diǎn)表中。展示程序主要展示熱負荷優(yōu)化分配結果，以及優(yōu)化分配后節煤量如圖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)化分配結果

4　基于大數據分析的機組供熱負荷優(yōu)化分配結果驗證

方案所含四個(gè)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(shí)際運行數據得到機組負荷的約束條件（單位均為MW）為：

優(yōu)化結果如表2所示，與實(shí)際運行任意分配方案進(jìn)行比較。

表2 部分工況下負荷分配方案對比

通過(guò)上表可以看出，本項目采用基于大數據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(shuō)明大數據分析結合遺傳算法在機組熱負荷分配上的應用是有效的。

5　結論

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

綜上所述，基于大數據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(lái)巨大的經(jīng)濟效益，有著(zhù)廣大的發(fā)展前景。

作者簡(jiǎn)介：

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

參考文獻：

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摘自《自動(dòng)化博覽》2024年8月刊