火电机组专家评分系统的研究与开发.pdf

第 3 8 卷 第 6 期 2016年 6 月 华 电 技 术 Huadian Technology Vol. 38 No. 6 Jun.2016 火电机组专家评分系统的研究与开发 梁 伟 平 ， 张 超 峰 ， 史 刘 阳 华北电力大学， 河 北 保 定071003 摘 要摘 要针对火电机组冷态启动时间长、 过程复杂、 监控评分难等一系列问题， 提出了一种“分 解-综合”的方法,并用以 开发了面向火电机组自动评分系统。评分规则客观公正,实时地反映出操作人员的熟练程度。开发出来的系统已经成 功应用于仿真机， 具有广泛的应用前景。 关键词关键词火电机组; ;仿真机; ;评分系统; ;冷态启动 中图分类号中图分类号TM 621 文献标志码文献标志码B 文章编号文章编号 1674 -1951 2016 06 -0021 -02 〇 引言〇 引言 随着我国经济的发展和科学技术的不断进步， 对电力的需求不断增长， 大量新机组已经开始建设 或完成， 电力生产等工业过程已步人连续化、 自动 化、 集成化、 智能化发展时代， 加之人们对电力生产 等工业过程提出了高产、 低耗、 安全等要求， 因此对 电站运行的要求越来越高[1]。目前， 电站仿真机已 经趋于成熟， 可以用来培训电站运行人员。一个完 整的电站仿真机具有结构庞大、 数据复杂、 操作参数 多样等特点， 对现场运行人员技术的要求非常高， 因 此， 前期培训中对操作人员的评价尤为重要[2]。传 统的火电机组评分是基于电厂教练员观察并记录相 应的操作过程， 完全基于教练员的主观感觉对培训 人员进行评价， 有时存在非常大的误差。而火电机 组评分系统则能够比较客观地对培训人员进行评 价， 提高了培训效率。 1火电机组评分系统1火电机组评分系统 1 1.1过程分解1过程分解 由于火电机组是一个十分庞大复杂的系统， 在 启动过程中不同的人对设备的操作存在较大差异， 因此， 火电机组评分系统必须依照教练员的要求以 及现场情况设定， 从而实现设备及参数间的协调。 如何科学合理判断操作的正确性以及安排各个操作 之间分值则尤为重要。 对一个复杂的系统进行分析时， 往往将其拆分 成若干个子系统， 拆分后的子系统仍可分解成更简 单的子系统， 而火电机组系统则是依据操作过程进 行拆分。一个完整的冷态启动操作过程大致分为以 下几个二级子过程投人辅助系统、 锅炉上水、 点火 收稿日期2016 -04 -15;修回日期2016 -05 -30 前准备工作、 锅炉点火及升温升压过程、 冲转过程、 并网过程、 切缸过程、 升温升压过程等。而相应的二 级子过程又可依次往下分解成更小的子级过程， 例 如， 二级子过程锅炉上水可分为润滑油操作、 给水系 统操作、 锅炉汽水操作等三级子过程。而火电机组 评分系统评价操作员得分则是依据从最小子级过程 到一级过程的逐步得分而进行累加[]。此过程称 为“ 分解-综合” ， 如图1 所示。 |冷态启动||冷态启动| 1111 投 入 辅 锅 炉 锅 炉升 温冲 转 升 负 荷 助 系 统 水点 火升 压过 程过 程 tttttt （ 更小子系统（ 更小子系统 模拟量| |开关量模拟量| |开关量 图 1火电机组冷态启动“ 分解-综合” 示意图 1火电机组冷态启动“ 分解-综合” 示意 1 1.2知识库 建 立2知识库 建 立 规则库中的专家知识必须以电厂的实际运行规 程为基础， 并结合仿真教练员的现场工作经验总结 得出。每条知识就是一个结构体， 里面包括点名、 点 名说明、 点类型、 点值、 分值权重等。对于某些过程 操作， 只有当知识库中的限制条件满足时才能往下 进行， 这些限制条件往往是阀门开关或者模拟量的 实际值。例如，600 MW机组锅炉上水过程中，只有 当凝汽器水位上升到950 mm时才能打开凝结水泵， 如果凝汽器水位低于设定值时打开凝结水泵， 那么 此步的分值会相应扣除， 这些规则称为步序规则。 而对于其他一些过程操作而言， 有些操作没有规定 的顺序， 只要操作员按照要求进行相应的操作就会 得分， 例如， 投人辅助系统时主要是为锅炉点火做准 备 ， 主要是一些设备的启停， 这些规则称为条件规 则 。 规则库中建立的是步序规则和条件规则， 这种 22 华 电 技 术第 3 8 卷 确定型的推理机制可以保证评分系统客观反映操作 员的水平。这种设计既保证考核的灵活性， 专家知 识建立清晰， 又兼顾解决了考核过程中时序性问 题[4-5]。 过程曲线是某一段时间内某过程变量的变化过 程。在机组的启动过程中， 常用主蒸汽温度、 主蒸汽 压力、 再热蒸汽温度、 再热蒸汽压力、 汽轮机转速、 负 荷等曲线观察机组运行的情况， 因此， 可以将过程曲 线作为仿真机评分系统考核的辅助手段。 1 1.3推理机设计3推理机设计 推理机制应根据现场操作决定。本文采用的是 确定型推理机制， 采用该机制的推理机能满足正向 推理任务， 推理的策略主要是解决过程中知识的表 达以及顺序。根据知识库中所建立的步序规则、 条 件规则进行推理， 培训人员在相应的操作步骤中如 果步序操作错误则扣除该步分值， 即以非对即错的 法则进行评判。实际考核中， 推理机的结束依赖于 过程操作结束或者强制结束[4]。 1 1.4曲线分值计算4曲线分值计算 在计算分值时， 需要实时检测操作员操作的实 际过程变量值与设定曲线之间的偏差， 并利用对偏 差积分的原理求偏差面积， 其公式如下 T S \YU - | - e, t 0 _ [ \ Y1 , - Y 2 \ - e d i， 式中 Y 为 t 时刻变量的实际值;Y2为 t 时刻标准曲 线的参数值； ,为标准曲线所允许的偏差； T 为总考 核时间;A f为时间间隔。 如果误差在设定的允许误差范围内， 则不必计 算误差值， 因此限制条件为\ Y t- Y2 t \ - e 〇。表 示误差范围的两条折线围成的面积可用S 表示， 则 拟合率及 5 ,相应操作的所扣分值为U A4,其中 IS 表示扣分， 表示该过程曲线所分配分值。在考 核开始后， 程序将每隔2 s从模型侧的共享内存中读 取该点的数值， 并与设定曲线比较， 自动计算出曲线 的偏差面积[3， ]。火电机组运行曲线考核原理如图 2 所示， 横轴表示时间， 纵轴表示过程参数， 偏差面 积为实际运行曲线与允许误差曲线之间的面积， 总 面积是两条允许偏差曲线之间的面积。 2软件实现2软件实现 630.00「完成率〇.82630.00「完成率〇.82 拟合率0.76拟合率0.76 490.00 490.00 m 韹 350.00韹 350.00 霜 210.00 70.00,70.00, 标准曲线\标准曲线\ 允许误差曲线允许误差曲线 实实te运行曲线运行曲线 0 0.01 0.02 0.03 0.04 0.05 0.06 0.07 0.08 0.09 0.100 0.01 0.02 0.03 0.04 0.05 0.06 0.07 0.08 0.09 0.10 t/s 图图2火电机组运行曲线考核原理示意火电机组运行曲线考核原理示意 启动火电机组仿真系统之后， 依次载人算法和 模型， 启动时选择相应的登录权限并输人设定好的 密码就可以启动软件， 评分系统启动主界面， 用户 可点击菜单栏中的快捷键或菜单添加所需要的试卷 名称、 试题名称、 题目名称。然后在相应题目中建立 所需要的规则， 并输人相应的专家知识。考核曲线 具体信息是在路径下的“ 主汽温度.csv” 文件中， 当 选择添加过程曲线时， 程序将自动加载路径下的所 有曲线信息。教练员在对不同的人进行考核时， 可 以选择不同的偏差范围， 对于操作熟练的人可以选 择较小的曲线允许偏差范围， 反之可以选择较大的 偏差范围。 专家知识库输人如图3 所示， 数据“ 0” 代表操 作过程中实际开关如果是关闭状态得分， “ 1” 代表 操作过程中实际开关是打开状态得分， 同理可以进 行模拟量的输人。逻辑表达式提供“ ” 和“ I” ， 分 别代表“ 与” 和“ 或” 两种运算， 在计算最终结果时， 只有逻辑表达式的最终运算为真时才能得分。 图3火电机组专家知识库输入示意图3火电机组专家知识库输入示意 当进行操作员考核时， 把冷态启动中获得的实 际参数值与规则库中专家知识的参数进行对比， 确 定得分情况。评价过程中如果出现失分情况， 系统 会自动在相应路径下生成一个“ 评分系统导人错误 记录.txt” 文件， 教练员可通过查看这个文件分析考 核人员实际出现的问题。 火电机组评分系统的研发是面向控制对象的， 因此研发基于C 6.0基于Windows操作系统的 可视化集成开发环境） 并结合图形用户界面（ GUI 的特性， 通过共享内存读取模型侧的过程变量值。 3历史成绩查询3历史成绩查询 此功能主要用来查询已考核人员的历史信息。 教练员可以依据姓名、 班组、 分数分（ 下转第2 7 页） 第 6 期 康 丰 ， 等基于全主站式的区域备自投功能的设计与实现 27 网络通信异常而导致系统无法正常工作的概率， 提 高了电网运行的稳定性。全主站式区域备自投系统 每个子站都能够根据串联电网实际特征， 自适应确 定备自投逻辑， 扩充时无需更换装置、 变更程序， 即 能满足系统要求， 自适应性好。 参 考 文 献 参 考 文 献 控制系统[J].电力系统自动化,2010,3411 61 -66. 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