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摘要:針對國內(nèi)電廠對勵磁系統(tǒng)狀態(tài)的監(jiān)視只是對各種信號和模擬量進(jìn)行簡單顯示,沒有基于這些數(shù)據(jù)做出分析、判斷、預(yù)測的功能的問題,現(xiàn)通過收集勵磁系統(tǒng)的數(shù)據(jù)信息,設(shè)計(jì)出一套合理、有效的算法模型,對勵磁系統(tǒng)的狀態(tài)、勵磁調(diào)節(jié)器的各種性能等做出實(shí)時評估、診斷,做到了對數(shù)據(jù)的充分挖掘和利用,比傳統(tǒng)的監(jiān)控方式更加全面準(zhǔn)確,同時方便電廠的運(yùn)行維護(hù)。
關(guān)鍵詞:勵磁綜合信息管理系統(tǒng);經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)庫;勵磁系統(tǒng)智能化單元
引言
在人工智能及大數(shù)據(jù)處理應(yīng)用不斷普及的今天,傳統(tǒng)的電力行業(yè)也面臨著一系列的改革,如何在保證傳統(tǒng)電力安全運(yùn)行情況下提高電廠在運(yùn)行生產(chǎn)過程中的智能化,如何對設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行實(shí)時監(jiān)測,并針對實(shí)時數(shù)據(jù)做出分析,自動比照過往的歷史數(shù)據(jù)來分析設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)等一列智能化功能的應(yīng)用將成為電力系統(tǒng)行業(yè)發(fā)展的趨勢。勵磁系統(tǒng)作為電站中的關(guān)鍵裝置,其運(yùn)行的穩(wěn)定程度對電站的整體平衡起著重要作用。隨著大小電站內(nèi)各個裝置自動化程度的不斷提高,以及電網(wǎng)調(diào)度和各省電科院對網(wǎng)源協(xié)調(diào)技術(shù)的重視程度也越來越高,因此在對勵磁系統(tǒng)的穩(wěn)定性、可靠性的要求不斷提高的情況下,也對勵磁系統(tǒng)提出了智能化的需求。
1勵磁綜合信息管理系統(tǒng)
勵磁系統(tǒng)綜合信息管理系統(tǒng)是一款利用Modbus/TCP或IEC61850通信協(xié)議對電廠每套勵磁系統(tǒng)內(nèi)指定的開關(guān)量、模擬量進(jìn)行采集記錄,在有需要的情況下可以調(diào)出對應(yīng)時段的數(shù)據(jù)進(jìn)行返顯,并根據(jù)指定的信號利用專家經(jīng)驗(yàn)?zāi)P瓦M(jìn)行相應(yīng)的數(shù)據(jù)分析,為生產(chǎn)運(yùn)行提供指導(dǎo)依據(jù);是一種以發(fā)電機(jī)勵磁系統(tǒng)大數(shù)據(jù)為基礎(chǔ),依靠專家運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)及智能化數(shù)據(jù)模型用以提高電廠勵磁系統(tǒng)的智能化水平的系統(tǒng)。
2勵磁綜合信息管理系統(tǒng)功能設(shè)計(jì)及構(gòu)成
2.1勵磁綜合信息管理系統(tǒng)硬件構(gòu)成
勵磁綜合信息管理系統(tǒng)核心由服務(wù)器、交換機(jī)、防火墻、勵磁系統(tǒng)智能化單元構(gòu)成,其終端數(shù)據(jù)可送至云端存儲或者用戶自建平臺如圖1。由于電廠用戶對安全需求較高,因此不同的應(yīng)用系統(tǒng)具有不同的子網(wǎng)。通過合理地劃分子網(wǎng),在子網(wǎng)內(nèi)建立防火墻、防病毒墻、物理隔離、入侵檢測和漏洞掃描等安全措施,并在不同子網(wǎng)連接的接口處設(shè)置物理隔離和防火墻等安全設(shè)施[1]。將系統(tǒng)用防火墻劃分為安全I(xiàn)區(qū)以及安全I(xiàn)I區(qū)。其中安全I(xiàn)區(qū)的設(shè)備與勵磁系統(tǒng)直接進(jìn)行數(shù)據(jù)交互,進(jìn)行數(shù)據(jù)采集、分析等工作。安全生產(chǎn)II區(qū)的服務(wù)器則通過交換機(jī),使用符合防火墻安全策略的訪問形式對現(xiàn)地單元進(jìn)行訪問。其中勵磁系統(tǒng)智能化單元是一種為了適應(yīng)多元化的智能采集設(shè)備,利用高速CPU、大容量內(nèi)存與其豐富的數(shù)據(jù)接口進(jìn)行大量的數(shù)據(jù)采集及數(shù)據(jù)分析工作,并為外部數(shù)據(jù)接收系統(tǒng)提供對應(yīng)的接口,從而為實(shí)現(xiàn)勵磁系統(tǒng)智能化做好數(shù)據(jù)基礎(chǔ)的設(shè)備。
2.2勵磁綜合信息管理系統(tǒng)軟件功能構(gòu)成
勵磁綜合信息管理系統(tǒng)具備數(shù)據(jù)信息高速采集、信息處理、信息分析、信息查詢、信息統(tǒng)計(jì)、系統(tǒng)設(shè)置等功能的綜合性系統(tǒng),系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖2。勵磁綜合信息管理系統(tǒng)通過2個步驟來獲取數(shù)據(jù)信息,首先是勵磁系統(tǒng)智能化單元通過其自身的多種數(shù)據(jù)接口從現(xiàn)地的勵磁設(shè)備及其附屬裝置上獲取所需數(shù)據(jù),并將數(shù)據(jù)進(jìn)行處理打包,之后再由綜合信息管理系統(tǒng)通過網(wǎng)絡(luò)的形式,以20~60ms的時間間隔從勵磁系統(tǒng)智能化單元上獲取處理后的數(shù)據(jù),并將數(shù)據(jù)寫入數(shù)據(jù)庫。系統(tǒng)對獲得的數(shù)據(jù)進(jìn)行進(jìn)一步處理,如剝離開關(guān)量與模塊量,分析數(shù)據(jù)中的事件發(fā)生的具體時間等。接著系統(tǒng)將會對處理后的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析,如果發(fā)現(xiàn)數(shù)據(jù)中存在符合運(yùn)行狀態(tài)分析、暫態(tài)PID分析、PSS分析、限制器分析的數(shù)據(jù),則調(diào)用經(jīng)驗(yàn)?zāi)P瓦M(jìn)行數(shù)據(jù)比照分析,比如起勵過程的分析,對起勵中PID調(diào)節(jié)過程進(jìn)行時間、超調(diào)、峰值、穩(wěn)態(tài)值等多個數(shù)據(jù)進(jìn)行分析計(jì)算[2],并對起勵過程的實(shí)時狀態(tài)作出判斷。其中運(yùn)行狀態(tài)分析包括了起勵、逆變過程分析以及FCB分閘數(shù)據(jù)分析、FCB分閘原因分析、低勵磁電流信號數(shù)據(jù)分析等功能。PID分析包括了空載/負(fù)載態(tài)下的暫態(tài)數(shù)據(jù)分析。PSS(電力系統(tǒng)穩(wěn)定器)分析則是采用Prony算法對低頻振蕩的幅值、頻率、相角進(jìn)行識別,并能預(yù)測當(dāng)前工況下未來一段低頻振蕩的數(shù)據(jù)。Prony算法是通過分析信號獲取系統(tǒng)模態(tài)的一種方法,其算法可以通過給定輸入信號下的響應(yīng)直接估計(jì)系統(tǒng)的振蕩頻率、阻尼、幅值和相對相位。近年來,該算法已初步用于研究電力系統(tǒng)中的一些問題,在系統(tǒng)振蕩實(shí)測數(shù)據(jù)分析、暫態(tài)仿真數(shù)據(jù)的模型估計(jì)以及電力系統(tǒng)穩(wěn)定器(PSS)等控制裝置的設(shè)計(jì)方面顯示出了良好的應(yīng)用前景[3]。限制器動作分析則是針對勵磁系統(tǒng)各個限制器的動作定值、動作模型以及數(shù)據(jù)可靠性等多個方面對限制器動作合理性進(jìn)行評估。系統(tǒng)通過對數(shù)據(jù)的不斷積累,對勵磁設(shè)備的歷史數(shù)據(jù)特征值進(jìn)行學(xué)習(xí),總結(jié)出該工況下勵磁設(shè)備的健康基準(zhǔn)值,將該值與設(shè)備當(dāng)前值比較,利用偏差分析法計(jì)算兩者相對偏差,形成動態(tài)預(yù)警帶,從而判斷設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)是否正常[4]。勵磁系統(tǒng)智能綜合信息管理系統(tǒng)還可根據(jù)用戶選定的時間區(qū)域,及所需要顯示的報(bào)警信號進(jìn)行歷史數(shù)據(jù)的查詢,可以分別以日、月、年為周期進(jìn)行數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)并根據(jù)統(tǒng)計(jì)結(jié)果繪制曲線圖等,這樣就使得用戶可以通過數(shù)據(jù)回顯的方式進(jìn)行數(shù)據(jù)分析。
3綜合信息管理系統(tǒng)的應(yīng)用淺析
綜合信息管理系統(tǒng)由于數(shù)據(jù)的完整性,專業(yè)性,可用于解決電力生產(chǎn)企業(yè)如下難題:(1)用于解決勵磁系統(tǒng)偶發(fā)性故障:偶發(fā)性故障也稱作軟故障,即通常只出現(xiàn)1次或者間隔很長時間才出現(xiàn)1次的故障,該故障常有時間短、頻次少、數(shù)據(jù)難以追憶等特點(diǎn)。在實(shí)時控制系統(tǒng)中處理這種偶發(fā)性故障,由于缺乏當(dāng)時工況數(shù)據(jù),處理起來相當(dāng)棘手。而綜合信息管理系統(tǒng)是一個實(shí)時采集并存儲數(shù)據(jù)的系統(tǒng),存儲了勵磁系統(tǒng)運(yùn)行過程的全部數(shù)據(jù),包括了勵磁系統(tǒng)各個開關(guān)量、機(jī)組的各個模擬量以及系統(tǒng)實(shí)時參數(shù)等數(shù)據(jù)。因此在發(fā)生偶發(fā)性故障之后即可從系統(tǒng)中調(diào)出對應(yīng)數(shù)據(jù)進(jìn)行故障分析,從根本上解決了偶發(fā)性故障數(shù)據(jù)追憶分析的難點(diǎn)。(2)用于解決日常維護(hù)中一些因?qū)I(yè)知識欠缺而導(dǎo)致檢修問題無從下手的問題:電站用戶作為專用設(shè)備的使用用戶,在對設(shè)備的專業(yè)了解上并不像生產(chǎn)廠家一樣熟悉,有時候設(shè)備運(yùn)行過程中出現(xiàn)了一些的問題,往往都要通過咨詢廠家、提供故障數(shù)據(jù)等繁瑣的過程才能最終解決,即費(fèi)時又費(fèi)力,同時也會對發(fā)電企業(yè)造成一定經(jīng)濟(jì)損失。由于綜合信息管理系統(tǒng)集合了專家經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)庫,可對多種信號的發(fā)生及故障原因進(jìn)行定位分析,如勵磁系統(tǒng)起勵失敗,通過調(diào)用綜合信息管理系統(tǒng)提供的起勵分析功能,該系統(tǒng)會主動利用經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)庫對失敗原因進(jìn)行查找分析,指出故障原因,并提供故障解決方案。(3)用于解決使用者不熟悉勵磁行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的問題:對于不熟悉勵磁行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的使用者來說,勵磁系統(tǒng)運(yùn)行工況是否滿足工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)或者國家標(biāo)準(zhǔn)往往不得而知,只有在故障后才后知后覺。這在提早發(fā)現(xiàn)勵磁系統(tǒng)故障,對生產(chǎn)風(fēng)險的早期預(yù)警是十分不利的。綜合信息管理系統(tǒng)內(nèi)部數(shù)據(jù)分析嚴(yán)格依賴國家及行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行計(jì)算,系統(tǒng)自動對數(shù)據(jù)處理套用最新行業(yè)標(biāo)準(zhǔn),進(jìn)行數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)化處理,使用者得到的數(shù)據(jù)即為以行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)作為基準(zhǔn)的數(shù)據(jù),如暫態(tài)分析依靠DL/T583-2018《大中型水輪發(fā)電機(jī)靜止整流勵磁系統(tǒng)技術(shù)條件》中對勵磁系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定性各項(xiàng)指標(biāo)的規(guī)定,對暫態(tài)數(shù)據(jù)進(jìn)實(shí)時分析,并對數(shù)據(jù)是否符合標(biāo)準(zhǔn)中檢定的限值進(jìn)行評估,對不符合標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)據(jù)提早進(jìn)行預(yù)警。(4)用于彌補(bǔ)電廠監(jiān)控系統(tǒng)局限性:由于電廠監(jiān)控系統(tǒng)的采集數(shù)據(jù)與數(shù)量的原因,其采樣間隔往往都以秒級計(jì)算,且所采集的數(shù)據(jù)類型通常不夠完整。綜合信息管理系統(tǒng)可高速采集顯示勵磁系統(tǒng)的所有信號量,包括系統(tǒng)內(nèi)部中間狀態(tài)量,彌補(bǔ)了監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)不完整及數(shù)據(jù)精度問題。(5)可用于風(fēng)險評估、提前預(yù)警:綜合信息管理系統(tǒng)通過對長期積累的數(shù)據(jù)主動進(jìn)行比較分析,對偏離正常值的數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)警,并對元件老化、性能等方面做出評估。(6)數(shù)據(jù)共享:綜合信息系統(tǒng)創(chuàng)建立了新的勵磁生態(tài)圈如圖3,通過利用廠家的專家經(jīng)驗(yàn)庫,可使得每個電廠共享其他電廠的運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)。圖3勵磁系統(tǒng)新型生態(tài)圈示意圖
4結(jié)論
綜合信息管理系統(tǒng)通過現(xiàn)代通信技術(shù)從勵磁系統(tǒng)獲取數(shù)據(jù),并利用廠家多年積累的經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù),建立運(yùn)行模型、故障分析模型、經(jīng)驗(yàn)指導(dǎo)模型等模型庫信息。該系統(tǒng)能夠?yàn)殡姀S勵磁系統(tǒng)的正常運(yùn)行提供指導(dǎo)依據(jù),為檢修提供檢修意見。通過該系統(tǒng),可判斷勵磁系統(tǒng)運(yùn)行過程中的即時性能,并能夠?qū)畲畔到y(tǒng)的可靠性、穩(wěn)定性做出評估,這對勵磁系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行有十分積極作用,有助于電站運(yùn)行維護(hù)人員提前判斷設(shè)備狀態(tài),對設(shè)備缺陷老化提前預(yù)警;還能夠在遇到發(fā)電機(jī)勵磁系統(tǒng)故障報(bào)警及電力系統(tǒng)其他相關(guān)故障時做出正確分析、判斷,用于指導(dǎo)相關(guān)人員進(jìn)行相應(yīng)的問題排查工作,從而提高工作效率。同時該系統(tǒng)不斷的吸收各個電廠的運(yùn)行檢修經(jīng)驗(yàn)來提升完善各個模型及經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)庫,從而達(dá)到了一種良性循環(huán)。勵磁系統(tǒng)的智能化是推進(jìn)電廠設(shè)備智能化的一個重要環(huán)節(jié),而綜合信息管理系統(tǒng)正好也為勵磁系統(tǒng)的智能化提供了一種可行的研究方向。
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作者:張明棽 李海燕 史緒龍 翁曉彬 孫新志 單位:廣州擎天實(shí)業(yè)有限公司