火電廠環(huán)保設(shè)施智能化診斷平臺(tái)的應(yīng)用

徐建剛 朱宇翔 王 薇 錢(qián)鑫 楊劍斌

上海申欣環(huán)保實(shí)業(yè)有限公司

1 概述

隨著互聯(lián)網(wǎng)和信息化技術(shù)的發(fā)展，電廠紛紛建立了信息化管理系統(tǒng)，在機(jī)組運(yùn)行中積累了不同工況下大量的運(yùn)行數(shù)據(jù)。為了充分運(yùn)用這些歷史數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，尋找特定工況下相對(duì)最優(yōu)的數(shù)據(jù)，以對(duì)照實(shí)時(shí)工況，為運(yùn)行提供參考[1,2]。

環(huán)保節(jié)能智能診斷系統(tǒng)是一個(gè)環(huán)保設(shè)施信息化管理系統(tǒng)，具備數(shù)據(jù)比較功能、大數(shù)據(jù)診斷模型功能和基于大數(shù)據(jù)分析脫硫系統(tǒng)節(jié)能達(dá)標(biāo)運(yùn)行智能操作指導(dǎo)的功能。

本軟件通過(guò)分布各個(gè)現(xiàn)場(chǎng)的數(shù)據(jù)以VPN+Internet方式，將現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)傳送至公司數(shù)據(jù)庫(kù)。數(shù)據(jù)引入除沿用現(xiàn)場(chǎng)單向讀取DCS數(shù)據(jù)方式外，增加了SIS系統(tǒng)數(shù)據(jù)的單向讀取和外部數(shù)據(jù)的導(dǎo)入方式，使系統(tǒng)的實(shí)用性更強(qiáng)大。系統(tǒng)將煤種信息、石灰石及脫硫添加劑等非實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)作為擴(kuò)展因子導(dǎo)入數(shù)據(jù)庫(kù)，并向已收集的工況中插入包含相應(yīng)擴(kuò)展因子的數(shù)據(jù)，為數(shù)據(jù)分析提供更多的有效信息，使分析和判斷更精準(zhǔn)。系統(tǒng)建立標(biāo)準(zhǔn)指標(biāo)庫(kù)，將不同電廠的設(shè)備命名進(jìn)行統(tǒng)一，便于指標(biāo)、參數(shù)之間的對(duì)標(biāo)和比較，使系統(tǒng)更具通用性。系統(tǒng)使用便捷，用戶(hù)使用本系統(tǒng)并不受到地域的限制，通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)即可使用，可以實(shí)現(xiàn)管理者的移動(dòng)辦公和管理。

2 系統(tǒng)的框架和核心

節(jié)能智能診斷系統(tǒng)包括基礎(chǔ)數(shù)據(jù)采集和環(huán)保節(jié)能智能應(yīng)用模塊兩部分?；A(chǔ)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)包括基礎(chǔ)數(shù)據(jù)管理、工況數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)和模型管理系統(tǒng)；環(huán)保節(jié)能智能應(yīng)用模塊包括典型工況行業(yè)對(duì)標(biāo)、典型工況歷史尋優(yōu)、實(shí)時(shí)工況行業(yè)比較、漿液循環(huán)泵優(yōu)化運(yùn)行操作指導(dǎo)、工藝設(shè)備智能診斷及工藝系統(tǒng)智能診斷。環(huán)保智能節(jié)能管理系統(tǒng)及其子模塊智能診斷系統(tǒng)見(jiàn)圖1和圖2。

圖1 環(huán)保智能節(jié)能管理系統(tǒng)架構(gòu)

圖2 智能診斷系統(tǒng)構(gòu)架

軟件系統(tǒng)的核心是基于數(shù)據(jù)的挖掘，系統(tǒng)包含8種算法，離散型和連續(xù)型各4種。離散型算法有l(wèi)inear SVM、radial SVM、C50和ctree算法；輸出為連續(xù)型的有nnet、MARS、lm和glm4算法。建模算法可以在離線訓(xùn)練完成后，從后臺(tái)導(dǎo)入，在模型算法定義頁(yè)面新增和修改。

智能診斷系統(tǒng)應(yīng)用模塊包括：典型工況行業(yè)對(duì)標(biāo)、典型工況歷史尋優(yōu)、實(shí)時(shí)工況行業(yè)比較、工藝設(shè)備智能診斷、工藝系統(tǒng)智能診斷和漿液循環(huán)泵優(yōu)化運(yùn)行操作指導(dǎo)。根據(jù)系統(tǒng)平臺(tái)采集的典型工況數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)工況參數(shù)和指標(biāo)數(shù)據(jù)的對(duì)標(biāo)和尋優(yōu)。利用本系統(tǒng)的環(huán)保系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)庫(kù)，進(jìn)行數(shù)據(jù)清洗和工況數(shù)據(jù)分類(lèi)，實(shí)現(xiàn)自學(xué)習(xí)、自尋優(yōu)的系統(tǒng)、設(shè)備智能診斷系統(tǒng)。

典型工況行業(yè)對(duì)標(biāo)是實(shí)現(xiàn)不同機(jī)組、不同電廠之間在相同工況、相同最優(yōu)條件下進(jìn)行的運(yùn)行指標(biāo)、參數(shù)比較。

3 工藝系統(tǒng)(設(shè)備)智能診斷

工藝系統(tǒng)智能診斷系統(tǒng)（圖3）是利用本系統(tǒng)的環(huán)保系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)庫(kù)，進(jìn)行數(shù)據(jù)篩選和工況數(shù)據(jù)分類(lèi)所建立的一套數(shù)據(jù)可選、模型可建和可調(diào)、自學(xué)習(xí)、自尋優(yōu)的智能模型系統(tǒng)。用戶(hù)可以調(diào)用已建立的模型，輸入擬診斷的參數(shù)值，診斷結(jié)果與實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)比較，進(jìn)行系統(tǒng)的能力診斷和設(shè)備的性能診斷。

若用戶(hù)需要改變輸入值，推算輸出值，則在實(shí)時(shí)診斷頁(yè)面，輸入擬診斷的參數(shù)值，點(diǎn)擊調(diào)用模型，系統(tǒng)調(diào)用大數(shù)據(jù)模型推算診斷結(jié)果。

圖3 工藝系統(tǒng)診斷參數(shù)推算

4 現(xiàn)場(chǎng)工況操作指導(dǎo)

現(xiàn)場(chǎng)工況操作指導(dǎo)是專(zhuān)門(mén)對(duì)脫硫系統(tǒng)漿液循環(huán)泵優(yōu)化運(yùn)行進(jìn)行的開(kāi)發(fā)，后續(xù)將根據(jù)需求再開(kāi)發(fā)。脫硫系統(tǒng)漿液循環(huán)泵運(yùn)行操作指導(dǎo)是在系統(tǒng)智能診斷模型的基礎(chǔ)上，深度開(kāi)發(fā)的多輸入多輸出的智能模型系統(tǒng)。主要功能包括：

（1）系統(tǒng)可以根據(jù)當(dāng)前的工況（負(fù)荷、進(jìn)口SO2濃度），推薦出能耗最低、出口SO2最低的漿液循環(huán)泵運(yùn)行方式。

（2）用戶(hù)可以根據(jù)當(dāng)前的工況（負(fù)荷、進(jìn)口SO2濃度），自行改變p H、漿液循環(huán)泵運(yùn)行組合，診斷出口SO2濃度。

（3）用戶(hù)可以改變當(dāng)前的工況（負(fù)荷、進(jìn)口SO2濃度），預(yù)測(cè)能耗最低、出口SO2最低的漿液循環(huán)泵運(yùn)行方式，診斷出口SO2濃度。

（4）系統(tǒng)自動(dòng)計(jì)算當(dāng)前SO2平均濃度（本小時(shí)），跟據(jù)設(shè)定的SO2排放指標(biāo)值進(jìn)行比較，估算出本小時(shí)剩余時(shí)間SO2排放濃度控制值，實(shí)現(xiàn)SO2小時(shí)濃度在控制范圍內(nèi)達(dá)標(biāo)排放。

（5）用戶(hù)可以根據(jù)運(yùn)行的實(shí)際情況，通過(guò)選擇不同模型以確定是否使用脫硫增效劑。

4.1 當(dāng)前工況漿液循環(huán)泵優(yōu)化運(yùn)行操作指導(dǎo)

在當(dāng)前工況漿液循環(huán)泵優(yōu)化運(yùn)行操作指導(dǎo)界面（圖4）錄入電廠機(jī)組出口SO2的控制值、p H的控制值和添加劑使用情況，點(diǎn)擊“查詢(xún)”，系統(tǒng)顯示當(dāng)前的運(yùn)行工況，推薦出能耗最低、出口SO2最低的漿液循環(huán)泵運(yùn)行方式，及自動(dòng)推算出口SO2和p H值。

圖4 當(dāng)前工況漿液循環(huán)泵優(yōu)化運(yùn)行操作指導(dǎo)界面

錄入出口SO2控制值設(shè)定值，點(diǎn)查詢(xún)，系統(tǒng)自動(dòng)推算出未來(lái)出口SO2預(yù)估值。

自預(yù)判，錄入p H值、漿液循環(huán)泵組合,進(jìn)入查詢(xún)界面，系統(tǒng)自動(dòng)推算出口SO2的值。

4.2 機(jī)組變負(fù)荷狀態(tài)時(shí)漿液循環(huán)泵優(yōu)化運(yùn)行操作指導(dǎo)

進(jìn)入“機(jī)組負(fù)荷變化操作建議”頁(yè)面，點(diǎn)擊“查詢(xún)”，系統(tǒng)顯示當(dāng)前的運(yùn)行工況及相關(guān)推薦方式。系統(tǒng)自動(dòng)獲取機(jī)組計(jì)劃負(fù)荷，操作者可以對(duì)機(jī)組負(fù)荷進(jìn)行加（減）調(diào)整以達(dá)到所期望的負(fù)荷，點(diǎn)“操作建議”，系統(tǒng)自動(dòng)調(diào)用大數(shù)據(jù)模型進(jìn)行推算并提供操作建議（見(jiàn)圖5）。此操作前提條件：需要事前錄入機(jī)組運(yùn)行的負(fù)荷計(jì)劃。

圖5 機(jī)組負(fù)荷變化漿液循環(huán)泵優(yōu)化運(yùn)行操作指導(dǎo)

4.3 進(jìn)口SO2變化漿液循環(huán)泵優(yōu)化運(yùn)行操作指導(dǎo)

進(jìn)入“進(jìn)口SO2”變化操作建議頁(yè)面，點(diǎn)“查詢(xún)”，系統(tǒng)顯示當(dāng)前的運(yùn)行工況及相關(guān)推薦方式。修改進(jìn)口SO2數(shù)值，點(diǎn)擊“操作建議”，系統(tǒng)自動(dòng)調(diào)用大數(shù)據(jù)模型進(jìn)行推算并提供操作建議(見(jiàn)圖6)。

圖6 進(jìn)口SO2變化漿液循環(huán)泵優(yōu)化運(yùn)行操作指導(dǎo)

4.4 負(fù)荷及進(jìn)口SO2同時(shí)變化漿液循環(huán)泵優(yōu)化運(yùn)行操作指導(dǎo)

進(jìn)入“負(fù)荷及進(jìn)口SO2”變化操作建議頁(yè)面，點(diǎn)查詢(xún)，系統(tǒng)顯示當(dāng)前的運(yùn)行工況及相關(guān)推薦方式。修改負(fù)荷、進(jìn)口SO2數(shù)值，點(diǎn)擊操作建議，系統(tǒng)自動(dòng)調(diào)用大數(shù)據(jù)模型進(jìn)行推算并提供操作建議（見(jiàn)圖7）。

圖7 負(fù)荷及進(jìn)口SO2同時(shí)變化漿液循環(huán)泵優(yōu)化運(yùn)行操作指導(dǎo)

5 工藝系統(tǒng)(設(shè)備)智能診斷

工藝系統(tǒng)（設(shè)備）智能診斷系統(tǒng)是利用本環(huán)保系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)庫(kù)，進(jìn)行數(shù)據(jù)清洗和工況數(shù)據(jù)分類(lèi)所建立的一套數(shù)據(jù)可選、模型可建和可調(diào)、自學(xué)習(xí)、自尋優(yōu)的智能模型系統(tǒng)。用戶(hù)可以調(diào)用已建立的模型，輸入擬診斷的參數(shù)值，診斷結(jié)果與實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)比較，進(jìn)行系統(tǒng)能力診斷和設(shè)備的性能診斷。

工藝設(shè)備智能診斷是針對(duì)某一設(shè)備運(yùn)行狀況的診斷分析，基于設(shè)備診斷類(lèi)通用模型。進(jìn)入工藝設(shè)備智能診斷頁(yè)面，錄入電廠、機(jī)組及診斷類(lèi)型名稱(chēng)，點(diǎn)擊“查詢(xún)”，系統(tǒng)顯示診斷結(jié)果。當(dāng)系統(tǒng)運(yùn)行的實(shí)際值與模型診斷輸出值產(chǎn)生偏差大于設(shè)定值時(shí)，將報(bào)警提示，偏差值可以設(shè)定（見(jiàn)圖8）。

圖8 工藝設(shè)備診斷數(shù)據(jù)查詢(xún)

若用戶(hù)需要改變輸入值，推算輸出值，則在實(shí)時(shí)診斷頁(yè)面，輸入擬診斷的參數(shù)值，點(diǎn)擊[調(diào)用模型]，系統(tǒng)調(diào)用大數(shù)據(jù)模型推算診斷結(jié)果（見(jiàn)圖9）。

圖9 工藝設(shè)備診斷參數(shù)推算

工藝系統(tǒng)智能診斷是針對(duì)某一系統(tǒng)運(yùn)行狀況的診斷分析，基于系統(tǒng)診斷類(lèi)通用模型。進(jìn)入工藝系統(tǒng)智能診斷頁(yè)面，錄入電廠、機(jī)組及診斷類(lèi)型名稱(chēng)，點(diǎn)擊[查詢(xún)]，系統(tǒng)顯示診斷結(jié)果。當(dāng)前運(yùn)行實(shí)際值與模型診斷輸出值產(chǎn)生偏差大于設(shè)定值時(shí)，將報(bào)警。偏差值可以設(shè)定（見(jiàn)圖10）。

圖10 工藝系統(tǒng)診斷數(shù)據(jù)查詢(xún)

若用戶(hù)需要改變輸入值，推算輸出值，則在實(shí)時(shí)診斷頁(yè)面，輸入擬診斷的參數(shù)值，點(diǎn)擊[調(diào)用模型]，系統(tǒng)調(diào)用大數(shù)據(jù)模型推算診斷結(jié)果（見(jiàn)圖11）。

圖11 工藝系統(tǒng)診斷參數(shù)推算

6 典型工況歷史尋優(yōu)

典型工況歷史尋優(yōu)是實(shí)現(xiàn)本機(jī)組相同工況、相同最優(yōu)條件下，最優(yōu)運(yùn)行指標(biāo)、參數(shù)比較。最優(yōu)運(yùn)行指標(biāo)包括每月最優(yōu)運(yùn)行工況數(shù)據(jù)及至目前為止的最優(yōu)運(yùn)行工況數(shù)據(jù)。選擇工況批次，可以對(duì)本機(jī)組相同工況、不同時(shí)段運(yùn)行指標(biāo)、參數(shù)進(jìn)行比較。數(shù)據(jù)來(lái)自本平臺(tái)典型工況管理系統(tǒng)所采集的滿(mǎn)足相同采集條件和相同最優(yōu)條件下典型工況的數(shù)據(jù)。

歷史最優(yōu)工況數(shù)據(jù)比較是本機(jī)組相同工況、相同最優(yōu)條件下，月最優(yōu)運(yùn)行工況數(shù)據(jù)的比較。用戶(hù)可以進(jìn)行不同時(shí)間段滿(mǎn)足最優(yōu)條件的工況數(shù)據(jù)比較。進(jìn)入典型工況歷史尋優(yōu)頁(yè)面（見(jiàn)圖12），選擇已定義的比較指標(biāo)、典型最優(yōu)工況名稱(chēng)，電廠，機(jī)組，比較時(shí)間段的起、止時(shí)間和比較的各工況條件，點(diǎn)擊頁(yè)面下方的[查詢(xún)]。歷史最優(yōu)工況比較數(shù)據(jù)可以按需導(dǎo)出（見(jiàn)圖12）。

實(shí)時(shí)工況行業(yè)的比較是實(shí)現(xiàn)不同機(jī)組、不同電廠之間在當(dāng)前工況的運(yùn)行指標(biāo)和參數(shù)比較。實(shí)時(shí)對(duì)標(biāo)數(shù)據(jù)來(lái)自于本平臺(tái)實(shí)時(shí)工況定義模塊配置并采集的實(shí)時(shí)工況。進(jìn)入實(shí)時(shí)工況行業(yè)比較頁(yè)面，選擇已定義的比較指標(biāo)，點(diǎn)擊頁(yè)面下方的[查詢(xún)]，查詢(xún)各電廠機(jī)組之間在當(dāng)前工況的運(yùn)行指標(biāo)、參數(shù)。

圖12 典型工況歷史尋優(yōu)--歷史最優(yōu)工況數(shù)據(jù)比較查詢(xún)

圖13 實(shí)時(shí)工況指標(biāo)查詢(xún)比較

7 結(jié)論

火電廠環(huán)保設(shè)施智能化診斷平臺(tái)，利用大數(shù)據(jù)分析技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了火電廠環(huán)保設(shè)施智能診斷和生產(chǎn)優(yōu)化，故障診斷。大數(shù)據(jù)分析源于對(duì)歷史數(shù)據(jù)的挖掘，工況的劃分，數(shù)據(jù)量及數(shù)據(jù)質(zhì)量都影響分析結(jié)果，尚需要進(jìn)一步結(jié)合生產(chǎn)工藝，理清數(shù)據(jù)之間的基本關(guān)系，優(yōu)化環(huán)保節(jié)能智能診斷系統(tǒng)模型。