火電廠優化運行中數據挖掘技術研究

王 俠 解文強

（山西京玉發電有限責任公司，河南 朔州 03377220000）

1 火電廠優化運行概述

火電廠優化運行的目的是保障火電機組在當前運行條件下達到最佳狀態，在不同外部環境和負荷條件下提供將火電機組的最優參數和運行方式控制。而火電機組運行優化目標值對于火電機組運行的經濟性有著重要影響，確定正確的火電機組運行優化目標值以后，可根據該最優值計算火電機組實際運行參數，掌握火電廠生產運營中的各項經濟損失，為火電廠節能改造和經濟運行提供重要參考。當前，火電廠主要根據變工況熱力計算公式、最優運行試驗和火電機組設計值來確定火電廠優化運行目標值，該目標值在標準運行工況條件下為一個定值［1］。在實際應用過程中，隨著火電機組運行時間的增長，火電機組運行狀態和運行環境隨時發生變化，火電機組實際的運行狀態往往達不到最優的運行效果。通過運用數據挖掘技術，利用其強大的知識發現和數據分析能力，采用模數關聯規則方法來確定火電機組運行優化目標值，實現準確、合理的運行調整。

2 數據挖掘技術應用模型

數據挖掘是一個從大量歷史數據挖掘、提出有價值、有用、尚未被發現和人們感興趣知識和信息的過程，這種數據挖掘技術遵循一定的步驟和框架，其應用優勢非常明顯。數據挖掘過程主要包括三個階段：解釋評估、數據挖掘和數據準備。數據準備是最基礎的階段，其準備情況對于數據挖掘的有效性、準確度和效率有著直接影響，在這個階段又包括四個步驟：數據轉換、數據預處理、數據選擇和數據集成。數據挖掘技術應用主要是通過聚類分析、分類分析、序列模式分析、關聯分析等方法［2］，從大量原始數據中提取所需的信息和知識。解釋評估是結合用戶需求，分析所提取的信息和知識，區分有價值的信息和無用信息，以便于人們理解的方式來呈現這些知識，還需科學有效地進行評價分析。

3 數據挖掘技術在火電廠優化運行中的應用

3.1 運行優化目標值確定

火電廠生產運營過程中，各種機械設備需要緊密協作，這使得不同機械設備的運行波動產生一定的關聯性，通過分析火電廠設備運行數據可以發現這種波動關聯。并且火電機組運行參數、機組負荷、運行人員操作技能與整個火電機組運行性能有著非常復雜的關系，其也表現在火電廠性能指標、運行負荷、運行參數等數據之間的聯系，將不同數據進行定量化，可以獲得火電機組實際運行關聯規則。數據挖掘技術在火電廠優化運行中的應用，關鍵在于挖掘量化關聯規則，從大量歷史數據中分析不同運行數據的關系，從而確定火電廠優化運行參數目標值。

通過運用數據挖掘技術來確定火電廠運行優化目標值流程，該流程主要包括在線和離線兩部分，基于火電廠機組運行的大量歷史數據，經過數據挖掘以后獲得火電廠運行優化目標值模型，通過回歸分析和工況辨識，利用包括最優模型集、運行參數的推理規則，構建火電廠優化運行模型庫。結合火電廠運行優化目標和實時采集的現場數據，離線挖掘出電力生產數據之間的規則和隱藏知識，確定正常運行狀態下火電廠運行參數優化目標值，使火電廠現有控制系統通過閉環或者開環輸出運行優化目標值，指導工作人員調整相關的控制器參數或者執行機構。

按照上述步驟，應用模糊關聯規則挖掘算法，挖掘100%、90%、70%等負荷工況下的可控可調整運行參數，從而得到運行最優值，如表1所示，利用數據挖掘技術和傳統方法確定火電廠運行優化目標值對比情況。

表1 300MW機組運行參數基準值和最優值比較

從表1可知，運用數據挖掘技術確定火電廠運行優化目標值，根據電力生產要求進行閉環試驗，實驗結果表明，火電廠運行參數優化以后，空氣污染物排放量明顯減少、供電煤耗率降低，鍋爐運行效率提高，經濟效益非常明顯。

3.2 最優運行曲線

利用數據挖掘技術得到火電廠運行優化目標值以后，采用最小二乘擬合法計算負荷數組，得到運行參數最優值曲線。通過數據挖掘技術得到300MW機組過量空氣系數設計值曲線和最優值擬合曲線，如圖1所示。過量空氣系數對于火電廠鍋爐的燃燒情況有著直接影響，過量空氣系數過小，會造成鍋爐中燃料無法充分燃料，造成燃料浪費，產生較大的熱損失；過量空氣系數過大，會增加鍋爐內空氣流速，降低爐膛溫度，影響鍋爐運行效率。

圖1 過量空氣系數最優運行曲線

在300MW負荷條件霞，隨著過量空氣系數的減小，鍋爐熱量損失不斷增加，當過量空氣系數超過1.294時，過量空氣系數減小，燃料不完全燃燒損失遠遠小于排煙熱損失。在低負荷運轉狀態下，過量空氣系數和火電廠鍋爐飛灰含碳量之間的關系不密切，考慮到鍋爐燃燒的均勻性和穩定性，150MW負荷運行狀態下的過量空氣系數最好控制在1.53附近。

另外，數據挖掘技術在火電廠優化運行中的應用，應注意以下兩方面內容：一方面，使用數據挖掘技術之前，應全面了解火電廠的實際運行情況，結合數據挖掘目的，采用關聯規則、聚類、分類等算法；另一方面，數據挖掘技術應用過程中，應選擇和數據挖掘目標比較密切，并且基于火電廠機組穩定運行工況下的歷史數據。

4 結語

火電廠優化運行對于提高生產效率，降低生產運行成本有著重要的現實意義，在火電廠優化運行中通過運用數據挖掘技術，可以挖掘出大量有價值的知識和信息，為了充分發揮數據挖掘技術的應用優勢，應加大對數據挖掘的分析和研究，不斷提高火電廠優化運行水平。

［1］裘國相，汪思源，王文標.數據挖掘在火電廠運行優化目標值確定中的應用［J］.自動化技術與應用，2011（3）:6-9.

［2］李建強，牛成林，劉吉臻.數據挖掘技術在火電廠優化運行中的應用［J］.動力工程，2012（6）:830-835.