本發(fā)明屬于能源領(lǐng)域，具體涉及一種基于大數(shù)據(jù)技術(shù)的燃煤機(jī)組煙塵濃度分析方法。

背景技術(shù)：

隨著我國節(jié)能減排工作的不斷深入開展，燃煤機(jī)組污染物排放標(biāo)準(zhǔn)要求越來越嚴(yán)苛。2014年，國家發(fā)改委、環(huán)保部等部門聯(lián)合制定了《煤電節(jié)能減排升級與改造行動計劃(2014-2020年)》，提出了燃煤機(jī)組達(dá)到燃?xì)廨啓C(jī)組污染物排放標(biāo)準(zhǔn)的要求，即所謂的超低排放，要求在基準(zhǔn)氧含量6％條件下，煙塵、二氧化硫、氮氧化物排放濃度分別不高于10、35、50mg/nm³。其中，煙塵濃度較2011版大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)下降了至少50％(注：2011版大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)中，煙塵濃度排放限值對于重點地區(qū)為20mg/nm³)。

為了響應(yīng)國家政策的號召，江蘇省燃煤機(jī)組于2014年開始大力開展超低排放改造，江蘇方天電力技術(shù)有限公司在政府部門和有關(guān)政策的支持下，致力于開展超低排放系統(tǒng)數(shù)據(jù)在線監(jiān)控和超低排放電價考核管理工作，將燃煤機(jī)組超低排放系統(tǒng)相關(guān)數(shù)據(jù)實施聯(lián)網(wǎng)集成，其中包括負(fù)荷工況參數(shù)和煙囪排口煙塵濃度、氧量、溫度、濕度、壓力以及除塵系統(tǒng)電場二次電流、二次電壓等過程參數(shù)。

燃煤機(jī)組煙塵濃度的測量一直以來都是發(fā)電企業(yè)關(guān)注的焦點問題之一，目前普遍采用的測量方法有直接測量法和抽取式測量法。由于燃煤機(jī)組煙道結(jié)構(gòu)復(fù)雜，煙氣流場分布往往存在不均現(xiàn)象，加上煙氣成分相互干擾，對煙塵測量結(jié)果均為造成影響，而根據(jù)國家頒布的《固定污染源煙氣排放連續(xù)監(jiān)測技術(shù)規(guī)范》，煙塵的超低排放標(biāo)準(zhǔn)已低于目前國家規(guī)定的允許誤差范圍。由于燃煤機(jī)組污染物排放濃度數(shù)據(jù)不僅影響空氣質(zhì)量，涉及污染排污費用收取，同時也影響環(huán)保補(bǔ)貼電價考核工作的開展，因此，如何評估監(jiān)測數(shù)據(jù)中煙塵濃度數(shù)據(jù)的可信度和監(jiān)測儀表的可靠性成為了亟需解決的問題。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的針對現(xiàn)有技術(shù)中的不足，提供一種基于大數(shù)據(jù)技術(shù)的燃煤機(jī)組煙塵濃度分析方法。

為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案：

一種基于大數(shù)據(jù)技術(shù)的燃煤機(jī)組煙塵濃度分析方法，其特征在于，包括如下步驟：

對機(jī)組歷史數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理，依次包括停機(jī)數(shù)據(jù)剔除、電場運行狀態(tài)計算以及煙塵濃度計算；

對處理后的機(jī)組歷史數(shù)據(jù)進(jìn)行聚類分析。

為優(yōu)化上述技術(shù)方案，采取的具體措施還包括：

所述停機(jī)數(shù)據(jù)剔除具體包括：設(shè)置燃煤機(jī)組發(fā)電機(jī)功率的邊界條件，剔除處于停機(jī)狀態(tài)的數(shù)據(jù)。

所述電場運行狀態(tài)計算具體包括：以電場額定電流和額定電壓為基礎(chǔ)，對電場二次電流和二次電壓進(jìn)行分析，判斷除塵設(shè)備電場是否運行。

所述煙塵濃度計算具體包括：按照數(shù)據(jù)預(yù)處理要求，將機(jī)組的原樣本數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成模型樣本數(shù)據(jù)，所述模型樣本數(shù)據(jù)包括時間、機(jī)組負(fù)荷、所有一次電場運行狀態(tài)、所有二次電場運行狀態(tài)和煙塵排放濃度，所述煙塵排放濃度按照如下公式折算到標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)：

式中，soot為折算后的煙塵排放濃度，soot實測為實測煙塵排放濃度，t為煙氣溫度，p為煙氣壓力，x為煙氣濕度，o2實測為實測氧濃度。

所述對處理后的機(jī)組歷史數(shù)據(jù)進(jìn)行聚類分析具體包括：使用聚類算法對不同運行工況進(jìn)行劃分，分析每種工況下不同的運行方式的數(shù)據(jù)分布。

針對已劃分好的工況，根據(jù)工況下除塵系統(tǒng)電場的不同運行方式對數(shù)據(jù)進(jìn)行劃分，得到特定工況下不同運行方式數(shù)據(jù)的分布圖。

采用高斯分布對每個工況下的煙塵濃度數(shù)據(jù)集p＝{p1,p2,...,pn}進(jìn)行描述，其中n為樣本數(shù)，均值μp和方差按照下式計算：

本發(fā)明的有益效果是：對機(jī)組負(fù)荷工況和除塵設(shè)施相關(guān)系統(tǒng)海量數(shù)據(jù)進(jìn)行深度挖掘分析，提取特定負(fù)荷工況、特定除塵設(shè)施運行狀態(tài)下的煙塵濃度分布情況，實現(xiàn)對煙塵濃度監(jiān)測數(shù)據(jù)的可信度和監(jiān)測儀表可靠性進(jìn)行評估，有利于監(jiān)管部門掌握全省超低排放機(jī)組煙塵數(shù)據(jù)運行真?zhèn)吻闆r，提升監(jiān)測水平和快速響應(yīng)能力，保證超低排放管理工作的正常有序開展。

附圖說明

圖1是劃分好的工況示意圖。

圖2是特定工況下不同運行方式數(shù)據(jù)的分布圖。

具體實施方式

現(xiàn)在結(jié)合附圖對本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)的說明。

本發(fā)明是采取如下技術(shù)方案進(jìn)行實現(xiàn)的。

第一步，數(shù)據(jù)預(yù)處理，對機(jī)組歷史數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理，依次包括停機(jī)數(shù)據(jù)剔除、電場運行狀態(tài)計算和煙塵濃度計算三部分部分。

停機(jī)數(shù)據(jù)剔除：設(shè)置燃煤機(jī)組發(fā)電機(jī)功率邊界條件，剔除處于停機(jī)狀態(tài)的數(shù)據(jù)。

電場運行狀態(tài)計算：以電場額定電流及額定電壓為基礎(chǔ)，對電場二次電流和二次電壓進(jìn)行分析，判斷除塵設(shè)備電場是否運行，其中二次電流判斷標(biāo)準(zhǔn)為額定電流5％以上，二次電壓判斷標(biāo)準(zhǔn)為額定電壓25％以上。

煙塵濃度計算：按照數(shù)據(jù)預(yù)處理要求(停機(jī)數(shù)據(jù)剔除、電場運行狀態(tài)計算)，將原樣本數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成模型樣本數(shù)據(jù)。模型樣本文件包括時間、機(jī)組負(fù)荷、所有一次電場運行狀態(tài)、所有二次電場運行狀態(tài)、煙塵排放濃度。其中，煙塵排放濃度按照如下公式折算到標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)：

式中，soot為折算后的煙塵排放濃度，soot實測為實測煙塵排放濃度，t為煙氣溫度，p為煙氣壓力，x為煙氣濕度，o2實測為實測氧濃度。

第二步，歷史數(shù)據(jù)聚類分析。

工況劃分是根據(jù)設(shè)備的運行參數(shù)和其所處的不同運行狀態(tài)來對設(shè)備的運行情況進(jìn)行分類。由于工況劃分是根據(jù)數(shù)據(jù)本身的特點對歷史數(shù)據(jù)進(jìn)行的一種劃分方式，事先并不知道每個工況具體的情況，因此使用非監(jiān)督性學(xué)習(xí)中的聚類算法是一種非常好的解決思路。本發(fā)明采用凝聚的層次聚類算法agnes對機(jī)組歷史數(shù)據(jù)進(jìn)行工況劃分，其基本步驟為：1)將每個對象歸為一類，共得到n類，每類僅包含一個對象，類與類之間的距離就是它們所包含的對象之間的距離；2)找到最接近的兩個類并合并成一類；3)重新計算新的類與所有舊類之間的距離；4)重復(fù)2)和3)，直到最后合并成一個類為止。

針對已劃分好的工況，根據(jù)該工況下除塵系統(tǒng)電場的不同運行方式可以將數(shù)據(jù)進(jìn)行劃分，得到特定工況下不同運行方式數(shù)據(jù)的分布圖。采用高斯分布對每個工況下的煙塵濃度數(shù)據(jù)集p＝{p1,p2,...,pn}(n為樣本數(shù))進(jìn)行描述，其均值μp和方差按照下式計算：

第三步，煙塵濃度可信度評估。

在評價實際煙塵數(shù)據(jù)是否合理時，根據(jù)該煙塵數(shù)據(jù)所處的工況以及電場運行模式的數(shù)據(jù)分布的特點，可以分為兩種情況：

1)當(dāng)其對應(yīng)的數(shù)據(jù)分布為高斯分布時，我們可以直接使用高斯分布的相關(guān)性質(zhì)，直接得到置信度在95％的情況下數(shù)據(jù)合理的分布區(qū)間為(μ-1.96σ，μ+1.96σ)，μ為均值，σ為方差；

2)如果所處的數(shù)據(jù)分布不呈現(xiàn)正態(tài)分布時，可以使用wilcoxon檢驗來測試新的樣本數(shù)據(jù)在置信度為95％的情況下是否符合總體的分布。

以下結(jié)合方法的實施過程對本發(fā)明作具體的介紹，某600mw級別燃煤超低排放機(jī)組，抽取三個月運行數(shù)據(jù)，約12萬條數(shù)據(jù)，對其煙塵濃度分布情況分析如下。

首先對機(jī)組負(fù)荷工況進(jìn)行聚類分析，并將分類工況所對應(yīng)的濃度分布進(jìn)行劃分，具體情況如表1和圖1所示。

表1分類工況所對應(yīng)的濃度分布

針對已劃分好的工況，根據(jù)該工況下除塵系統(tǒng)電場的不同運行方式可以將數(shù)據(jù)進(jìn)行劃分，得到如圖2所示的特定工況下不同運行方式數(shù)據(jù)的分布圖。

根據(jù)大數(shù)定理可以得到，樣本數(shù)量達(dá)到一定數(shù)量時，其數(shù)據(jù)分布表現(xiàn)為近似高斯分布，因此不同情況下的樣本數(shù)量，可以將數(shù)據(jù)分布分為兩種方式，當(dāng)數(shù)據(jù)量足夠大時，我們可以認(rèn)為其分布服從高斯分布；而當(dāng)樣本數(shù)量較小時，可以通過shapiro檢驗來檢驗一個分布是否滿足高斯分布。該檢驗是一種基于相關(guān)性的算法，計算可得到一個相關(guān)系數(shù)，它越接近1就越表明數(shù)據(jù)和高斯分布擬合得越好。

由于大數(shù)據(jù)分析方法是基于機(jī)組實際運行數(shù)據(jù)進(jìn)行聚類、提取分析得到的結(jié)果，因此，在校驗當(dāng)前煙塵濃度值可信度時具有較高的可復(fù)現(xiàn)性。而隨著超低排放機(jī)組不斷增多、運行方式類型不斷擴(kuò)充、超低排放系統(tǒng)運行時間不斷延長，其分析結(jié)果能得到進(jìn)一步的調(diào)整，應(yīng)用效果將更加準(zhǔn)確可靠。

通過以上方法，對機(jī)組負(fù)荷工況和除塵設(shè)施相關(guān)系統(tǒng)海量數(shù)據(jù)進(jìn)行深度挖掘分析，提取特定負(fù)荷工況、特定除塵設(shè)施運行狀態(tài)下的煙塵濃度分布情況，以開展對實際煙塵濃度的可信度評估，可從技術(shù)上判斷由于煙塵監(jiān)測儀表測量帶來的數(shù)據(jù)影響，有利于監(jiān)管部門掌握全省燃煤超低排放機(jī)組煙塵濃度數(shù)據(jù)質(zhì)量情況，保障超低排放管理工作正常有序開展。

以上僅是本發(fā)明的優(yōu)選實施方式，本發(fā)明的保護(hù)范圍并不僅局限于上述實施例，凡屬于本發(fā)明思路下的技術(shù)方案均屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。應(yīng)當(dāng)指出，對于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明原理前提下的若干改進(jìn)和潤飾，應(yīng)視為本發(fā)明的保護(hù)范圍。