本發(fā)明屬于電站機組汽水泄漏診斷領(lǐng)域，更具體地，涉及一種余熱鍋爐汽水泄漏診斷的數(shù)據(jù)預(yù)處理方法。

技術(shù)背景

我國電源結(jié)構(gòu)中比重較大的燃煤機組的調(diào)峰能力較差，相比之下，燃氣-蒸汽聯(lián)合循環(huán)機組具有啟?？?、運行靈活的特點，調(diào)峰能力好，適合電網(wǎng)負荷調(diào)峰。這種情況使得我國燃氣-蒸汽聯(lián)合循環(huán)機組長期參與電網(wǎng)深度調(diào)峰，機組運行過程中負荷變化速率大，運行工況難以長時間保持穩(wěn)定。機組在這種模式下長期運行，容易產(chǎn)生余熱鍋爐爐管泄漏問題，對電廠生產(chǎn)的安全性、經(jīng)濟性造成嚴重的影響。在機組運行過程中，通過對相關(guān)運行參數(shù)進行故障診斷分析，能在爐管泄漏初期及時發(fā)現(xiàn)泄漏故障，控制故障惡化成不可控的爆管事故，提高電廠生產(chǎn)與運行的安全性，減少經(jīng)濟損失。

由于燃氣-蒸汽聯(lián)合循環(huán)機組在運行過程中長期參與電網(wǎng)深度調(diào)峰，造成其運行數(shù)據(jù)變化快，包含大量異常的、不穩(wěn)定的、受干擾的數(shù)據(jù)。這些數(shù)據(jù)不能準確的反映機組當(dāng)前的運行狀態(tài)，當(dāng)采用這些數(shù)據(jù)進行故障診斷時，無法保證故障診斷的準確率，會干擾運行人員對機組實際運行狀態(tài)的判斷。而目前已有的故障診斷方法，特別是針對燃氣-蒸汽聯(lián)合循環(huán)機組余熱鍋爐汽水泄漏故障診斷方法，缺少對運行數(shù)據(jù)預(yù)處理的關(guān)注，泄漏診斷準確率較低。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

針對現(xiàn)有技術(shù)存在的不足或改進需求，本發(fā)明提供了一種余熱鍋爐汽水泄漏診斷的數(shù)據(jù)預(yù)處理方法，能有效提高機組汽水泄漏診斷的準確率。

為了達到上述目的，按照本發(fā)明，提供了一種余熱鍋爐汽水泄漏診斷的數(shù)據(jù)預(yù)處理方法，其特征在于，該方法包含以下步驟：

(1)運行數(shù)據(jù)的采集與記錄：獲取機組各個時刻的運行數(shù)據(jù)，按時間序列以矩陣的形式記錄為X＝{x_ij}，其中機組每一時刻的運行數(shù)據(jù)值作為該矩陣的一行，機組每一條運行屬性的值作為該矩陣的一列，1≤i≤m，1≤j≤n，m和n分別矩陣X的行數(shù)和列數(shù)；

(2)剔除運行數(shù)據(jù)中的異常值：對矩陣X中的每一列數(shù)據(jù)沿時間方向分別進行異常值判斷，得到每列數(shù)據(jù)中異常數(shù)據(jù)所對應(yīng)的下標(biāo)構(gòu)成的集合E_j，遍歷各列，然后對各列異常數(shù)據(jù)所對應(yīng)的下標(biāo)構(gòu)成的集合進行并集計算，則得到數(shù)據(jù)矩陣X中全部異常數(shù)據(jù)所對應(yīng)的下標(biāo)的集合E，然后在矩陣X中剔除異常數(shù)據(jù)時間點集合E中每個下標(biāo)所對應(yīng)的那一行運行數(shù)據(jù)；

(3)篩選穩(wěn)定工況下的運行數(shù)據(jù)：根據(jù)機組實際運行特點選擇特征運行屬性進行穩(wěn)態(tài)判斷，得到各個特征運行屬性中穩(wěn)態(tài)數(shù)據(jù)所對應(yīng)的下標(biāo)的集合S_j，對得到的所有的穩(wěn)態(tài)數(shù)據(jù)下標(biāo)集合S_j進行交集運算，則得到數(shù)據(jù)矩陣X中穩(wěn)態(tài)數(shù)據(jù)所對應(yīng)的下標(biāo)的集合S；

(4)對運行數(shù)據(jù)進行噪聲過濾和聚合：在矩陣X的穩(wěn)態(tài)數(shù)據(jù)下標(biāo)集合E中去掉屬于矩陣X的異常數(shù)據(jù)下標(biāo)集合S中的元素，即S'＝S-(S∩E)，得到用于故障診斷的有效數(shù)據(jù)所對應(yīng)的下標(biāo)集合S'，然后對有效數(shù)據(jù)下標(biāo)集合S'進行穩(wěn)態(tài)段判斷，獲得同一穩(wěn)態(tài)段數(shù)據(jù)的均值其中，1≤k≤M，M為有效數(shù)據(jù)下標(biāo)集合S'中穩(wěn)態(tài)段的數(shù)量，{k₁,k₂,...,k_H}為同一穩(wěn)態(tài)段中連續(xù)的下標(biāo)，H為該穩(wěn)態(tài)段內(nèi)樣本的數(shù)量，以此方式，獲得用于故障診斷分析的數(shù)據(jù)集

優(yōu)選地，在所述步驟(1)中，針對余熱鍋爐汽水泄漏診斷問題，選擇的運行屬性為機組負荷、給水流量、蒸汽流量、聯(lián)箱液位和聯(lián)箱壓強。

優(yōu)選地，在所述步驟(2)中判斷運行數(shù)據(jù)中的異常值可采用下述的方法(a)或方法(b),具體如下：

(a)根據(jù)數(shù)值的大小進行判斷，即對于數(shù)據(jù)矩陣中第j列的第i行運行數(shù)據(jù)x_ij，當(dāng)x_ij≤0時，則第i行的數(shù)值全部為異常數(shù)據(jù)，記為{i}∈E_j；

(b)根據(jù)數(shù)值的變化率進行判斷，即對于數(shù)據(jù)矩陣中第j列的第i'-1行運行數(shù)據(jù)x_(i'-1)j和第i'行運行數(shù)據(jù)x_i'_j，當(dāng)|x_i'j-x_(i′-1)j|≤δ_j時，則第i'行和第i'-1行數(shù)據(jù)為異常數(shù)據(jù)，并記為{i'-1,i'}∈E_j，其中，i'＝2,3,...,m，j＝1,2,...,n，δ_j為第j個運行屬性變化率的控制限。

優(yōu)選地，負荷、給水流量、蒸汽流量按方法(a)判斷異常值，聯(lián)箱液位、聯(lián)箱壓強按方法(b)判斷異常值。

優(yōu)選地，在方法(b)中運行數(shù)據(jù)變化率控制限δ_j＝0.005max(x_ij)。

優(yōu)選地，在所述步驟(3)中穩(wěn)態(tài)數(shù)據(jù)篩選具體方法如下：對于特征運行屬性X_j＝[x_1j,x_2j,...,x_mj]^T，當(dāng)其第i”-1行數(shù)據(jù)x_(i”-1)j和第i”行數(shù)據(jù)x_i”j滿足|x_i”j-x_(i”-1)j|≤△_j時，則第i”-1行和第i”行數(shù)據(jù)為穩(wěn)態(tài)數(shù)據(jù)，并且記為{i”-1,i”}∈S_j，其中，i”＝2,3,...,m，j＝1,2,...,n，△_j為第j個特征運行屬性穩(wěn)態(tài)篩選的控制限。

優(yōu)選地，選擇機組負荷作為特征運行屬性來判斷穩(wěn)態(tài)，穩(wěn)態(tài)篩選的控制限為機組最大發(fā)電功率的3％-5％。

優(yōu)選地，所述步驟(4)中穩(wěn)態(tài)段判斷的具體方法如下：將穩(wěn)態(tài)數(shù)據(jù)下標(biāo)集合S'中連續(xù)的下標(biāo)看作同一穩(wěn)態(tài)數(shù)據(jù)段，統(tǒng)計同一穩(wěn)態(tài)段內(nèi)元素個數(shù)，如果元素個數(shù)小于限制值，則將該穩(wěn)態(tài)段數(shù)據(jù)判斷為不可靠穩(wěn)態(tài)段，從集合S'中刪掉，并且元素個數(shù)限制值根據(jù)采樣周期確定，其覆蓋90分鐘以上的運行歷史。

總的來說，本發(fā)明細致地從異常數(shù)據(jù)、不穩(wěn)定數(shù)據(jù)、噪聲數(shù)據(jù)三方面對燃氣-蒸汽聯(lián)合循環(huán)機組歷史運行數(shù)據(jù)進行了預(yù)處理，使獲得的數(shù)據(jù)能很好地反映機組的運行狀態(tài)。采用處理后的數(shù)據(jù)進行故障診斷分析，能提高故障診斷的準確率。

附圖說明

圖1是數(shù)據(jù)預(yù)處理的流程示意圖；

圖2是針對機組負荷數(shù)據(jù)的穩(wěn)態(tài)數(shù)據(jù)篩選示例。

具體實施方式

為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及有點更加清楚明白，以下結(jié)合附圖對本發(fā)明進行進一步詳細說明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實施方式僅用于解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。本領(lǐng)域技術(shù)人員在本發(fā)明的精神和原理啟發(fā)下，可作各種修改、等同替換或改進。但這些變更或修改均在申請待批的保護范圍內(nèi)。

參照圖1，一種余熱鍋爐汽水泄漏診斷的數(shù)據(jù)預(yù)處理方法，其特征在于，該方法包含以下步驟：

(1)運行數(shù)據(jù)采集與記錄：獲取機組各個時刻的運行數(shù)據(jù)，按時間序列以矩陣的形式記錄為X＝{x_ij}，其中機組每一時刻的運行數(shù)據(jù)值作為該矩陣的一行，機組每一條運行屬性的值作為該矩陣的一列，1≤i≤m，1≤j≤n，m和n分別矩陣X的行數(shù)和列數(shù)；

(2)剔除運行數(shù)據(jù)中的異常值：對矩陣X中的每一列數(shù)據(jù)沿時間方向分別進行異常值判斷，得到每列數(shù)據(jù)中異常數(shù)據(jù)所對應(yīng)的下標(biāo)構(gòu)成的集合E_j，遍歷各列，然后對各列異常數(shù)據(jù)所對應(yīng)的下標(biāo)構(gòu)成的集合進行并集計算，則得到數(shù)據(jù)矩陣X中全部異常數(shù)據(jù)所對應(yīng)的下標(biāo)的集合E，然后在矩陣X中剔除異常數(shù)據(jù)時間點集合E中每個時間點所對應(yīng)的那一行運行數(shù)據(jù)；

(3)篩選穩(wěn)定工況下的運行數(shù)據(jù)：根據(jù)機組實際運行特點選擇特征運行屬性進行穩(wěn)態(tài)判斷，得到各個特征運行屬性中穩(wěn)態(tài)數(shù)據(jù)所對應(yīng)的下標(biāo)的集合S_j，對得到的所有的穩(wěn)態(tài)數(shù)據(jù)下標(biāo)集合S_j進行交集運算，則得到數(shù)據(jù)矩陣X中穩(wěn)態(tài)數(shù)據(jù)所對應(yīng)的下標(biāo)的集合S；

(4)對運行數(shù)據(jù)進行噪聲過濾和聚合：在矩陣X的穩(wěn)態(tài)數(shù)據(jù)下標(biāo)集合E中去掉屬于矩陣X的異常數(shù)據(jù)下標(biāo)集合S中的元素，即S'＝S-(S∩E)，得到用于故障診斷的有效數(shù)據(jù)所對應(yīng)的下標(biāo)集合S'，然后對有效數(shù)據(jù)下標(biāo)集合S'進行穩(wěn)態(tài)段判斷，獲得同一穩(wěn)態(tài)段數(shù)據(jù)的均值其中，1≤k≤M，M為有效數(shù)據(jù)下標(biāo)集合S'中穩(wěn)態(tài)段的數(shù)量，{k₁,k₂,...,k_H}為同一穩(wěn)態(tài)段中連續(xù)的下標(biāo)，H為該穩(wěn)態(tài)段內(nèi)樣本的數(shù)量，以此方式，獲得用于故障診斷分析的數(shù)據(jù)集

進一步，在所述步驟(1)中，針對余熱鍋爐汽水泄漏診斷問題，選擇的運行屬性為機組負荷、給水流量、蒸汽流量、聯(lián)箱液位和聯(lián)箱壓強。

進一步，在所述步驟(2)中判斷運行數(shù)據(jù)中的異常值可采用下述的方法(a)或方法(b),具體如下：

(a)根據(jù)數(shù)值的大小進行判斷，即對于數(shù)據(jù)矩陣中第j列的第i行運行數(shù)據(jù)x_ij，當(dāng)x_ij≤0時，則第i行的數(shù)值全部為異常數(shù)據(jù)，記為{i}∈E_j；

(b)根據(jù)數(shù)值的變化率進行判斷，即對于數(shù)據(jù)矩陣中第j列的第i'-1行運行數(shù)據(jù)x_(i'-1)j和第i'行運行數(shù)據(jù)x_i'j，當(dāng)|x_i'j-x_(i'-1)j|≤δ_j時，則第i'行和第i'-1行數(shù)據(jù)為異常數(shù)據(jù)，并記為{i'-1,i'}∈E_j，其中，i'＝2,3,...,m，j＝1,2,...,n，δ_j為第j個運行屬性變化率的控制限。

進一步，負荷、給水流量、蒸汽流量按方法(a)判斷異常值，聯(lián)箱液位、聯(lián)箱壓強按方法(b)判斷異常值。

進一步，在方法(b)中運行數(shù)據(jù)變化率控制限δ_j＝0.005max(x_ij)。

進一步，在所述步驟(3)中穩(wěn)態(tài)數(shù)據(jù)篩選具體方法如下：對于特征運行屬性X_j＝[x_1j,x_2j,...,x_mj]^T，當(dāng)其第i”-1行數(shù)據(jù)x_(i”-1)j和第i”行數(shù)據(jù)x_i”j滿足|x_i”j-x_(i”-1)j|≤△_j時，則第i”-1行和第i”行數(shù)據(jù)為穩(wěn)態(tài)數(shù)據(jù)，并且記為{i”-1,i”}∈S_j，其中，i”＝2,3,...,m，j＝1,2,...,n，△_j為第j個特征運行屬性穩(wěn)態(tài)篩選的控制限。

進一步，選擇機組負荷作為特征運行屬性來判斷穩(wěn)態(tài)，穩(wěn)態(tài)篩選的控制限為機組最大發(fā)電功率的3％-5％。

進一步，所述步驟(4)中穩(wěn)態(tài)段判斷的具體方法如下：將穩(wěn)態(tài)數(shù)據(jù)下標(biāo)集合S'中連續(xù)的下標(biāo)看作同一穩(wěn)態(tài)數(shù)據(jù)段，統(tǒng)計同一穩(wěn)態(tài)段內(nèi)元素個數(shù)，如果元素個數(shù)小于限制值，則將該穩(wěn)態(tài)段數(shù)據(jù)判斷為不可靠穩(wěn)態(tài)段，從集合S'中刪掉，并且元素個數(shù)限制值根據(jù)采樣周期確定，其覆蓋90分鐘以上的運行歷史。

以下結(jié)合具體數(shù)值來進一步進行說明。

針對余熱鍋爐汽水泄漏診斷的具體問題，選擇機組負荷、給水流量、蒸汽流量、聯(lián)箱液位、聯(lián)箱壓強作為進行分析的運行屬性，按照時間序列構(gòu)建數(shù)據(jù)矩陣X。數(shù)據(jù)矩陣X的采樣周期為10分鐘，覆蓋了機組5個月的運行歷史，即矩陣X大小為22032×6。

對數(shù)據(jù)矩陣的每一列以次進行異常值判斷，機組負荷、給水流量、蒸汽流量采用根據(jù)數(shù)據(jù)值大小進行判斷的方法，聯(lián)箱液位、聯(lián)箱壓強采用根據(jù)數(shù)據(jù)值變化率進行判斷的方法。對基于6個屬性得到的異常數(shù)據(jù)下標(biāo)集合進行并集計算，并集中的重復(fù)的元素只保留一次，得到矩陣X中異常數(shù)據(jù)的下標(biāo)集合E。

根據(jù)機組運行的實際情況，選擇機組負荷作為特征運行屬性，進行穩(wěn)態(tài)篩選，得到矩陣X中穩(wěn)態(tài)數(shù)據(jù)下標(biāo)集合S。

對于得到的異常數(shù)據(jù)下標(biāo)集合E和穩(wěn)態(tài)數(shù)據(jù)下標(biāo)集合S，將穩(wěn)定數(shù)據(jù)下標(biāo)集合S中包含的異常數(shù)據(jù)下標(biāo)集合E中的元素剔除，即S'＝S-(S∩E)。為了保證穩(wěn)態(tài)數(shù)據(jù)判斷的有效性，對穩(wěn)態(tài)數(shù)據(jù)下標(biāo)集合S'統(tǒng)計每一穩(wěn)態(tài)段的元素數(shù)量，將元素數(shù)量少于9個的穩(wěn)態(tài)段刪掉。最終，含有1650個元素的穩(wěn)態(tài)數(shù)據(jù)下標(biāo)集合S'被劃分為233個穩(wěn)態(tài)數(shù)據(jù)段。

參照圖2，為對運行數(shù)據(jù)進行異常值剔除和穩(wěn)態(tài)篩選后得到的下標(biāo)在機組負荷屬性上的反映，其中“*”標(biāo)識出了剔除異常值和穩(wěn)態(tài)篩選后的數(shù)據(jù)。由圖可見，有效數(shù)據(jù)是一段一段地出現(xiàn)的。

根據(jù)穩(wěn)態(tài)數(shù)據(jù)下標(biāo)集合S'劃分穩(wěn)態(tài)段，對同一穩(wěn)態(tài)段的運行數(shù)據(jù)進行均值聚合，過濾數(shù)據(jù)中的噪聲，即得到新的、用于故障診斷分析的數(shù)據(jù)集即用于泄漏診斷的的數(shù)據(jù)矩陣的大小為233×6。

本領(lǐng)域的技術(shù)人員容易理解，以上所述僅為本發(fā)明的較佳實施例而已，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)所作的任何修改、等同替換和改進等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。