一种电站锅炉运行数据清洗方法
【专利摘要】本发明属于电站锅炉智能控制技术领域，并公开了一种电站锅炉运行数据清洗方法，包括以下步骤：定义稳态系数并采用人工引导的方式确定特征参数的稳态阈值，遍历数据计算各数据点稳态系数及稳态权重系数，根据稳态权重系数确定各数据条的稳态性，剔除标记为非稳态及各稳态段开始的若干个数据，最后采用改进的置信空间对对稳态段内数据进行筛选，提高稀疏稳态内数据的可靠性。本发明针对电站锅炉运行数据特点而提出，具有较高的可靠性，操作简单，计算速度快。
【专利说明】
一种电站锅炉运行数据清洗方法
技术领域
[0001] 本发明属于电站锅炉智能控制技术领域，更具体地，涉及一种电站锅炉运行数据 清洗方法。
【背景技术】
[0002] 以煤为主的能源结构直接决定了我国以火电为主导的电力结构，电站锅炉作为重 要发电装备之一，由于系统复杂，涉及到多相流、湍流、燃烧、传热传质等多个理论难点，建 立精确数学模型难度大，但拥有巨量历史运行数据。计算智能、大数据分析技术的发展为巨 量历史数据深度挖掘提供了手段，使得基于运行数据建立锅炉燃烧预测模型、实现智能控 制成为可能，但在巨量历史运行数据前处理方面仍存在难点。
[0003] 电站锅炉运行是一个动态变化过程，尤其是我国火电机组承担着繁重的调峰任 务，当机组运行参数(如负荷、各风门开度、燃烧器摆角等等)大幅调整时，炉内空气动力场 会发生较大的变化，影响煤粉燃尽及氮氧化物的生成，使机组性能异于常规稳态运行工况。 视调整幅度大小而定，通常这种非稳态会持续10-30分钟。期间对应的运行数据不能准确反 映机组的正常情况，利用这些数据建模或者进行规则挖掘会影响模型的精度、获得不合理 的规则。因此对基于历史运行数据的燃烧优化建模工作而言，稳态工况数据提取是很有必 要的。目前大部分相关研究中稳态检测环节没有得到重视，部分学者提出了稳态检测方法， 但普适性不强，难以作为机组稳态提取的一般方法加以使用。
【发明内容】
[0004] 针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种电站锅炉运行数据清洗 方法，通过模拟人工筛选稳态工况，逐点遍历，沿时间维度滑动，判别各数据点是否处于某 段稳态中。
[0005] 为实现上述目的，按照本发明，提供了一种电站锅炉运行数据清洗方法，其特征在 于，该方法包括以下步骤：
[0006] (1)将各个时刻电站锅炉的运行数据表述为矩阵形式，并且该矩阵X e RnXm，其中每 一时刻的运行数据作为该矩阵的一行，则该矩阵具有η行运行数据，每行具有m个运行参数， 然后从矩阵X中选取特征运行参数X,. =[.v, 作为数据条稳态判别依据，定义 稳态系数K= (Xi+H, j+Xi+H+i,」+…+Xi+2H-1, j)-(Xi, j+Xi+i,」+…+Xi+H-1,」），其中i = l，2,…，n_2H，1 < j ，2H为每次判别的点的数目；
[0007] (2)在特征运行参数心中取一段运行数据，沿时间方向求出序列上的稳态系数K， 确定合适的稳态阈值Kt;
[0008] (3)建立权重数组Β=[ΙηΑ2,…，bn]T=[0,0,…，0] τ，其中权重数组B中0的位置按 从上至下的顺序与特征运行参数Xj中各运行数据-对应；
[0009] (4)遍历特征运行参数Xj，计算各运行数据的K值;其中当当前判别的2H个数据点 的稳态系数夂$ &]，即数据段处于非稳态时，则当前判别的这2H个数据点在权重数 组B中对应位置的权重值加1，即[bi，bi+1，…，bi+2H-1 ] = [bi+1，bi+1+l，…，bi+2H-1+1 ]，否则不进 行操作;遍历完成后，权重数组B各项取值分布在离散点组成的集合{0,1，…，2H}内；再设置 权重阈值Nt，其中0<N t<l，当bi/2H》Nt时，认为权重bi对应的数据点Xi,j处于非稳态，将 Xi,j 对应的行乂1=|^1#2，~士111]从矩阵父中剔除；
[0010] (5)对矩阵X中的需要进行稳态判别的特征运行参数，重复步骤(2)~(4);
[0011] (6)将矩阵X中剩余的多个连续段分别作为稳态段，剔除各个稳态段中的前C条数 据，以此方式，对电站锅炉运行数据达到清洗目的。
[0012] 优选地，步骤(6)中剔除各个稳态段中的前C条数据后，再根据设定的置信空间对 各稳态段内的数据进行筛选，以剔除各稳态段内相对孤立的稳态点。
[0013] 优选地，所述的置信空间为：
[0014]
[0015] 其中，&为第j个特征参数的第Η?态段的均值，为第j个特征参数的第Η? 态段内的数据集合，s(xw)为第j个特征参数的第k个稳态段的均值的标准差，心为当前稳态 段包含数据点数目，ΣΝ,为稳态点总数目，norminv为返回指定平均值和标准偏差的正态累 积分布函数的反函数。
[0016] 优选地，15 彡 2HS40。
[0017]优选地，15<C<30。
[0018] 优选地，0.45 彡Nt彡 0.55。
[0019] 优选地，步骤(5)中需要进行稳态判别的特征运行参数为锅炉控制型参数，所述控 制型参数包括负荷、给煤量、燃烧器摆角、炉膛风箱差压、各燃烧器风门开度。
[0020] 总体而言，通过本发明所构思的以上技术方案与现有技术相比，能够取得下列有 益效果：
[0021] 1)本发明针对电站锅炉运行数据特点提出了数据清洗方法，该方法通过模拟人工 稳态数据筛选的过程对数据进行清洗，具有较高的可靠性。
[0022] 2)本发明提出的基于滑动判别的数据清洗方法，操作简单，计算速度快。
[0023] 3)本发明提出了基于改进置信空间的稳态数据筛选，可剔除稳态中可能存在的数 据坏点，提高稀疏稳态数据的可靠性。
【附图说明】
[0024] 图1是基于滑动判别的电站锅炉运行数据清洗流程图；
[0025] 图2a~图2c是滑动判别不意图；
[0026]图3a、图3b是改进随机抽样分布置信区间的稳态数据筛选示意图；
[0027] 图4是基于滑动判别的电站锅炉运行数据清洗示例。
【具体实施方式】
[0028] 为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对 本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并 不用于限定本发明。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要 彼此之间未构成冲突就可以相互组合。
[0029] 参照图1，一种电站锅炉运行数据清洗方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：
[0030] (1)将各个时刻的运行数据表述为矩阵形式，并且该矩阵XeRnXm，其中每分钟的运 行数据作为该矩阵的一行，则该矩阵具有η行数据对应总共η分钟的运行数据，每行具有m个 运行参数（如负荷、给煤量、燃烧器摆角等），然后从矩阵X中选取特征运行参数 X;=[Ti，Λ·CZX作为数据条稳态判别依据，定义稳态系数Ki,j=(Xi+H,j+Xi+H+l,」+··· + xi+2H-i,j)_(xi,j+xi+i,j+."+xi+H-i,j)，其中i = l ,2,··· ,n-2H，1彡 j彡m，2H为每次判别的点的数 目；
[0031] (2)在特征运行参数心中取一段包含稳态及非稳态的运行数据，沿时间方向求出 序列上的稳态系数K，判断稳态、非稳态的界限确定合适的稳态阈值K t，如图2所示，首先人 工判别稳态、非稳态的界限，然后根据各点的K值即可确定该特征参数的稳态阈值Kt;
[0032] (3)建立权重数组Β=[1η，?32,[0,0，···，0]τ，其中权重数组B中"0"的个数 也是η个，并且"0"的位置按从上至下的顺序与特征运行参数X」中各运行数据一一对应；
[0033] (4)遍历特征运行参数Xj，计算各运行数据的Κ值;其中当当前判别的2Η个数据点 的稳态系数尤斜-足，1山即数据段中存在非稳态点，则当前判别的这2H个数据点在权重 数组B中对应位置的权重值加1，即[bi，b i+1，…，bi+2H-1] = [bi+1，bi+1+l，…，bi+2H-1+1 ]，否则不 进行操作;遍历完成后，权重数组B各项取值分布在离散点组成的集合{0,1，…，2H}内；再设 置权重阈值N t，其中0<Nt<l，当bi/2H》Nt时，认为权重bi对应的数据点 Xi,j处于非稳态，将 叉土,』对应的行父1=|^1#2，"41111]从矩阵父中剔除；
[0034] (5)对矩阵X中的需要进行稳态判别的特征运行参数，重复步骤(2)~(4);
[0035] (6)将矩阵X中剩余的多个连续段分别作为稳态段，剔除各个稳态段中的前C条数 据;譬如，如果Xi,6Q、Xi,12Q和Xi,19Q所对应的行被X中剔除了，贝>Jxi,l~Xi,59为一个连续段，Xi,61 ~Xi, 119为一个连续段，Xi, 121~Xi, 189为一个连续段，以此类推；
[0036] (7)根据下式给出的置信空间对各稳态段内的数据进行筛选，以剔除各稳态段内 相对孤立的稳态点，该置信空间为：
[0037]
[0038] 其中，足，为第j个特征参数的第k个稳态段的均值，为第j个特征参数的第k个稳 态段内的数据集合，S(XW)为第j个特征参数的第k个稳态段的均值的标准差，心为当前稳态 段包含数据点数目，ΣΝ,为稳态点总数目，norminv为返回指定平均值和标准偏差的正态累 积分布函数的反函数，筛选结果示意如图3,对于持续时间较长的稳态采用较宽的置信区 间，而对于持续时间较段的稳态采用较窄的置信区间，提高数据有效性。
[0039]进一步，所述每次判别点数目2H取值在15~40之间，这个取值可以提高数据清洗 的准确性和速度。
[0040]进一步，所述剔除稳态段前C条数据，C取值在15~30之间，用于剔除由非稳态向稳 态过渡数据，一般经过15~30分钟后锅炉燃烧会趋于稳定。
[0041 ] 进一步，所述权重阈值Nt取值在0.45~0.55之间，这个取值可以保证在参数变动 频繁时依然可以得到少量稳定数据，在参数变动较少时可以提高数据的可靠性。
[0042]进一步，所述需要进行稳态判别的特征运行参数为锅炉控制型参数，所述控制型 参数包括但不限于负荷、给煤量、燃烧器摆角、炉膛风箱差压、各燃烧器风门开度。这些锅炉 控制型参数对炉内燃烧的稳定性、炉膛出口烟气成分、飞灰含碳量、蒸汽参数都会产生影 响。
[0043]参照图2a~图2c，对于情形(a)数据小幅度波动，将其判别为稳态，情形(b)数据小 幅波动，但同时还有一个小幅变化，同样将其判别为稳态，情形(c)数据中间出现一个较大 的变化，将数据分为三段，其中两段为稳态，中间为非稳态，根据数据权重可判断非稳态开 始位置及结束位置；
[0044]参照图3a、图3b，其是改进随机抽样分布置信区间的稳态数据筛选示意图，其本质 是根据稳态数据点数量决定置信区间宽度，提高数据的可靠性；
[0045]参照图4,其是对一段运行数据（负荷)进行数据清洗的结果，其中*表示清洗后标 记为稳态的数据。
[0046]本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以 限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含 在本发明的保护范围之内。
【主权项】
1. 一种电站锅炉运行数据清洗方法，其特征在于，该方法包括以下步骤： (1) 将各个时刻电站锅炉的运行数据表述为矩阵形式，并且该矩阵XeRnXm，其中每一时 刻的运行数据作为该矩阵的一行，则该矩阵具有η行运行数据，每行具有m个运行参数，然后 从矩阵X中选取特征运行参数X,=[卩，λ· y d作为数据条稳态判别依据，定义稳态 系数K= (xi+H，j+xi+H+i，j+…+xi+2H-1，j)_(xi，j+xi.i，j+."+xi+H-1，j)，其中i = l，2，···，n_2H，K m，2H为每次判别的点的数目； (2) 在特征运行参数)^中取一段运行数据，沿时间方向求出序列上的稳态系数K，确定合 适的稳态阈值Kt; (3) 建立权重数组8=[131，132，~，1311]7=[0,0，~，0]7，其中权重数组8中0的位置按从上 至下的顺序与特征运行参数Xj中各运行数据-对应； (4) 遍历特征运行参数X」，计算各运行数据的K值;其中当当前判别的2H个数据点的稳态 系数X叫-Α?]，即数据段处于非稳态时，则当前判别的这2H个数据点在权重数组B中对 应位置的权重值加1，即[bi，bi+i，…，b i+2H-1 ] = [bi+1，bi+i+1，…，bi+2H-1+1 ]，否则不进行操作； 遍历完成后，权重数组B各项取值分布在离散点组成的集合{0，1，···，2Η}内；再设置权重阈 值Nt，其中0<N t<l，当bi/2H》Nt时，认为权重bi对应的数据点Xi,j处于非稳态，将 Xi,j对应的 行&=1^1#2，~々111]从矩阵父中剔除； (5) 对矩阵X中的需要进行稳态判别的特征运行参数，重复步骤(2)~(4); (6) 将矩阵X中剩余的多个连续段分别作为稳态段，剔除各个稳态段中的前C条数据，以 此方式，对电站锅炉运行数据达到清洗目的。2. 根据权利要求1所述的一种电站锅炉运行数据清洗方法，其特征在于，步骤(6)中剔 除各个稳态段中的前C条数据后，再根据设定的置信空间对各稳态段内的数据进行筛选，以 剔除各稳态段内相对孤立的稳态点。3. 根据权利要求2所述的一种电站锅炉运行数据清洗方法，其特征在于，所述的置信空 间为： [X；.-{l + NjYN^SiX^xnoxmmviOm^.SiX^.X^ +(1 + A', /XA^S^^xnorminvCO.QS.X,,,,5(.1,,,)] 其中，&为第j个特征参数的第k个稳态段的均值，为第j个特征参数的第k个稳态段 内的数据集合，S(Xkj)为第j个特征参数的第k个稳态段的均值的标准差，化为当前稳态段包 含数据点数目，ΣΚ为稳态点总数目，norminv为返回指定平均值和标准偏差的正态累积分 布函数的反函数。4. 根据权利要求1所述的一种电站锅炉运行数据清洗方法，其特征在于，15<2H<40。5. 根据权利要求1所述一种电站锅炉运行数据清洗方法，其特征在于，15<C<30。6. 根据权利要求1所述的一种电站锅炉运行数据清洗方法，其特征在于，0.45<Nt< 0.55〇7. 根据权利要求1所述的一种电站锅炉运行数据清洗方法，其特征在于，步骤(5)中需 要进行稳态判别的特征运行参数为锅炉控制型参数，所述控制型参数包括负荷、给煤量、燃 烧器摆角、炉膛风箱差压、各燃烧器风门开度。
【文档编号】G06F17/18GK105868165SQ201610238786
【公开日】2016年8月17日
【申请日】2016年4月15日
【发明人】张 成, 谭鹏, 张尚志, 夏季, 李鑫, 张小培, 方庆艳, 陈刚
【申请人】华中科技大学