本發明涉及火力發電，尤其涉及一種火電廠設備狀態的分級評價方法。

背景技術：

1、火電廠一般指火力發電廠，是利用可燃物作為燃料生產電能的工廠，通過燃料在燃燒時加熱水生成蒸汽，將燃料的化學能轉變成熱能，蒸汽壓力推動汽輪機旋轉，熱能轉換成機械能，然后汽輪機帶動發電機旋轉，將機械能轉變成電能，火電廠的運行情況直接影響發電質量，對設備狀態進行一個客觀評價，是完善故障診斷體系構架，實現火電廠狀態監測檢修的前提，現有技術對火電廠進行綜合評價中，一般通過把復雜系統的各種因素，劃分為若干個評價層次，針對評價層次進行權重計算得到火電廠的評級，然而這種方法雖然能夠將火電廠的各種因素進行量化，但是在量化過程中容易發生評價值太絕對，以至于忽略掉許多重要的、但難以精確量化的因素，從而導致評價結果過于片面且不準確。

技術實現思路

1、針對現有技術的不足，本發明提供了一種火電廠設備狀態的分級評價方法，解決了現有技術在進行火電廠評價量化指標太絕對以至于評價值過于片面且不準確的技術問題，達到了既能夠對火電廠進行多層次評級，還能夠提升評價值的準確度的目的。

2、為解決上述技術問題，本發明提供了如下技術方案：一種火電廠設備狀態的分級評價方法，該方法包括以下步驟：

3、s1、獲取火電廠包含汽輪機和磨煤機的測量數據，并對測量數據進行預處理得到預處理數據，預處理數據包括預處理圖像和初步處理數據；

4、s2、對預處理圖像進行邊緣檢測得到像素點的直徑dz，并根據像素點的直徑dz計算汽輪機蒸汽的濕度值w；

5、s3、計算汽輪機蒸汽流量的修正系數m，并根據修正系數m計算汽輪機的內功率pz；

6、s4、計算磨煤機的煤粉質量流量lmf，并根據煤粉質量流量lmf構建磨煤機的出口溫度模型并得到出口溫度wdg；

7、s5、根據濕度值w和內功率pz計算汽輪機的個體等級評價值pzql；

8、s6、根據出口溫度wdg計算磨煤機的個體等級評價值pzmm；

9、s7、根據汽輪機和磨煤機的個體等級評價值pzql和pzmm計算火電廠的綜合評價值zhh；

10、s8、根據綜合評價值zhh對火電廠的運行情況進行評價或預警。

11、優選的，在步驟s1中，具體實現步驟如下：

12、s11、獲取火電廠多種設備的多種參數并生成測量數據；

13、s12、通過均值濾波法對測量數據中蒸汽圖像進行預處理得到預處理圖像；

14、s13、通過數據清洗法對除蒸汽圖像外的測量數據進行預處理得到初步處理數據，并將預處理圖像和初步處理數據合并為預處理數據；

15、初步處理數據包括實際蒸汽比體積zv、給水質量流量lmd、過熱減溫水質量流量lmg、不明泄漏蒸汽質量流量lml、等熵回熱抽汽質量流量lmh、等熵狀態下高壓缸軸封漏汽質量流量lmz、再熱減溫水質量流量lmzr、汽輪機第j級抽汽的質量流量lmj、供熱抽汽的質量流量lme、輪轉速nlv和進氣壓力pjq，磨煤機的原煤質量zly、煤粉質量zlmf、進口一次風質量流量lmar、磨盤轉速nv和煤粉細度rf。

16、優選的，在步驟s2中，具體實現步驟如下：

17、s21、以預處理圖像中的任意像素點為原點，以水平方向為x軸，豎直方向為y軸建立二維坐標系，并得到圖像tu(x，y)；

18、s22、根據圖像tu(x，y)確定邊緣函數b(x，y)，計算公式為：

19、

20、其中，b(x，y)表示圖像tu(x，y)的邊緣函數，σ表示邊緣函數b(x，y)的標準差；

21、s23、計算邊緣函數b(x，y)的一階方向導數bf，計算公式為：

22、

23、其中，表示邊緣函數b(x，y)關于變量x的偏導數，表示邊緣函數b(x，y)的梯度矢量，表示邊緣函數b(x，y)的方向矢量，cosθ、sinθ分別表示與橫坐標夾角θ的余弦值和正弦值；

24、s24、將圖像tu(x，y)與一階方向導數bf做卷積，并計算方向參數f，計算公式為：

25、

26、其中，f表示方向參數；

27、s25、令方向參數f等于零，計算邊緣參數tanθ，計算公式為：

28、

29、其中，tanθ表示邊緣參數；

30、s26、根據邊緣參數tanθ計算方向參數f等于零條件下的計算公式為：

31、

32、其中，表示方向參數f等于零時的方向矢量；

33、s27、通過非極大值抑制法得到在方向參數f等于零條件下的梯度圖像，并對梯度圖像進行雙閾值處理得到邊緣圖像；

34、s28、在邊緣圖像中任意獲取同一顆液滴的兩個邊緣像素點的坐標，計算兩個邊緣像素點的坐標的距離dc，表達式為：

35、

36、其中，dc表示第c個邊緣像素點的坐標之間的距離，(dxa，ya)、(xb，yb)分別表示液滴在邊緣圖像中兩個邊緣像素點的坐標；

37、s29、將獲取的多個距離dc從大到小進行排序，將距離dc的最大值作為液滴的直徑dz，表達式為：

38、dz＝max(dc)

39、其中，dz表示液滴的直徑；

40、s210、根據蒸汽中液滴的直徑dz計算體積濃度tne，計算公式為：

41、

42、其中，tne表示體積濃度，ns(dz)表示蒸汽中液滴的尺寸分布函數，f和g表示蒸汽中液滴的最大和最小直徑，表示直徑dz的平均值，σd表示直徑dz的標準差；

43、s211、根據體積濃度tne計算汽輪機的濕度值w，計算公式為：

44、

45、其中，w表示汽輪機的濕度值，ρe表示飽和水密度，ρs表示飽和汽密度。

46、優選的，在步驟s3中，具體實現步驟如下：

47、s31、根據實際蒸汽比體積zv計算修正系數m，計算公式為：

48、

49、其中，m表示修正系數，zv表示實際蒸汽比體積，zv’表示等熵膨脹下的蒸汽比體積；

50、s32、根據給水質量流量lmd、過熱減溫水質量流量lmg和不明泄漏蒸汽質量流量lml計算汽輪機等熵狀態下主蒸汽的工質質量流量lmm，表達式為：

51、lmm＝lmd+lmg-lml

52、其中，lmm表示汽輪機等熵狀態下主蒸汽的工質質量流量；

53、s33、根據工質質量流量lmm計算高壓缸排汽質量流量lmt，計算公式為：

54、lmt＝lmm-∑lmh-lmz

55、其中，lmt表示高壓缸排汽質量流量，lmh表示等熵回熱抽汽質量流量，lmz表示等熵狀態下高壓缸軸封漏汽質量流量；

56、s34、根據高壓缸排汽質量流量lmt計算再熱蒸汽質量流量lmrh，計算公式為：

57、lmrh＝lmt+lmzr

58、其中，lmrh表示再熱蒸汽質量流量，lmzr表示再熱減溫水質量流量；

59、s35、根據主蒸汽的工質質量流量lmm計算低壓缸排汽質量流量lmc，計算公式為：

60、lmc＝lmm+lmzr-∑lmj-lmz-lme

61、其中，lmc表示低壓缸排汽質量流量，lmj表示汽輪機第j級抽汽的質量流量，lme表示供熱抽汽的質量流量；

62、s36、計算汽輪機的內功率pz，計算公式為：

63、pl＝lmm×bm+lmrh×brh-lmt×bt-lmc×bc-lme×be-∑lmj×bj

64、

65、其中，pl表示未修正功率值，pz表示汽輪機的內功率，bm、brh、bt、bc、be和bj分別表示主蒸汽、再熱蒸汽、高壓缸排汽、低壓缸排汽、供熱抽汽和汽輪機第j級抽汽的質量流量的比焓。

66、優選的，在步驟s4中，具體實現步驟如下：

67、s41、根據原煤質量zly和煤粉質量zlmf，計算磨煤機的總內存煤質量zlzn，計算公式為：

68、zlzn＝zly+zlmf

69、其中，zlzn表示磨煤機總內存煤質量；

70、s42、根據總內存煤質量zlzn和進口一次風質量流量lmar計算進出口壓差δpa，計算公式為：

71、

72、其中，δpa表示進出口壓差，k1和k2分別表示模型參數；

73、s43、根據進出口壓差δpa、原煤質量zly和煤粉質量zlmf計算原煤質量流量lym和煤粉質量流量lmf，計算公式為：

74、lym＝k3δpazly

75、lnmf＝k4δpazlmf

76、其中，lym表示原煤質量流量，lmf表示煤粉質量流量，k3和k4分別表示模型參數；

77、s44、根據原煤質量流量lym計算原煤的水分蒸發量zfm，計算公式為：

78、

79、其中，zfm表示原煤的水分蒸發量，win表示磨煤機工作溫度，sfa表示原煤的水分含量；

80、s45、根據原煤質量zly和煤粉質量zlmf計算磨煤電流imm，計算公式為：

81、imm＝k7zly+k8zlmf+k9

82、其中，imm表示磨煤電流；

83、s46、根據水分蒸發量zfm、磨煤電流imm、原煤質量流量lym、煤粉質量流量lmf和進口一次風質量流量lmar構建出口溫度模型表達式為：

84、

85、其中，表示出口溫度的微分模型，k5、k6、k7、k8、k9、k10、k11、k12、k13和k14表示熱量系數；

86、s47、根據出口溫度模型得到出口溫度wdg。

87、優選的，在步驟s5中，具體實現步驟如下：

88、s51、根據汽輪機在多個時刻下的濕度值w、內功率pz、輪轉速nlv和進氣壓力pjq組成多組評價矩陣，并獲取時刻tsj下的評價矩陣pjql，表達式為：

89、

90、其中，pjql表示時刻tsj下汽輪機的評價矩陣；

91、s52、基于火電廠的歷史數據設定等級劃分集tdj，表達式為：

92、

93、其中，tdj表示等級劃分集，ta、tb、tc和td分別表示濕度值w、內功率pz、輪轉速nlv和進氣壓力pjq等級劃分值的行向量，tai、tbi、tci和tdi分別表示第i個等級劃分值；

94、s53、根據評價矩陣pjql和等級劃分集tdj計算汽輪機濕度值w、內功率pz、輪轉速nlv和進氣壓力pjq的等級值djql，計算公式為：

95、

96、

97、其中，djqlw、djqlpz、djqln和djqlpq分別表示汽輪機濕度值w、內功率pz、輪轉速nlv和進氣壓力pjq的等級值，pjqlw、pjqlpz、pjqln和pjqlpq分別表示汽輪機濕度值w、內功率pz、輪轉速nlv和進氣壓力pjq的評價矩陣值；

98、s54、將汽輪機的多組評價矩陣的等級值djql組成等級矩陣jzdj，表達式為：

99、

100、其中，jzdj表示等級矩陣，djqlw、djqlpz、djqln和djqlpq分別表示濕度值w、內功率pz、輪轉速nlv和進氣壓力pjq的等級值；

101、s55、基于汽輪機濕度值w、內功率pz、輪轉速nlv和進氣壓力pjq通過層次分析法獲取不同權重值構成權重矩陣qjsgj，并計算等級矩陣jzdj的評價矩陣pjjz，表達式為：

102、

103、其中，pjjz表示評價矩陣，qjsgj表示第j個權重值；

104、s56、根據評價矩陣pjjz計算個體等級評價值pzh，計算公式為：

105、pzh＝median(pjjzl)

106、其中，pzh表示個體等級評價值，pjjzl表示第l個評價矩陣值。

107、優選的，在步驟s6中，具體實現方法為：

108、s61、根據磨煤機在多個時刻下的出口溫度wdg、原煤質量zly、磨盤轉速nv和煤粉細度rf組成多組評價矩陣，并獲取時刻trt下的評價矩陣pjmj，表達式為：

109、

110、其中，pjmj表示時刻trt下汽輪機的評價矩陣；

111、s62、基于火電廠的歷史數據設定等級劃分集smd，表達式為：

112、

113、其中，smd表示等級劃分集，sa、sb、sc和sd分別表示出口溫度wdg、原煤質量zly、磨盤轉速nv和煤粉細度rf等級劃分值的行向量，sai、sbi、sci和sdi分別表示第i個等級劃分值；

114、s63、根據評價矩陣pjmj和等級劃分集smd計算磨煤機出口溫度wdg、原煤質量zly、磨盤轉速nv和煤粉細度rf的等級值dmmm，計算公式為：

115、

116、

117、其中，dmmmwd、dmmmzl、dmmmnv和dmmmrf分別表示磨煤機出口溫度wdg、原煤質量zly、磨盤轉速nv和煤粉細度rf的等級值，pjmjwd、pjmjzl、pjmjnv和pjmjrf分別表示磨煤機出口溫度wdg、原煤質量zly、磨盤轉速nv和煤粉細度rf的評價矩陣值；

118、s64、將磨煤機的多組評價矩陣的等級值dmmm組成等級向量mjdj，表達式為：

119、

120、其中，mjdj表示等級向量；

121、s65、基于磨煤機出口溫度wdg、原煤質量zly、磨盤轉速nv和煤粉細度rf通過層次分析法獲取不同權重值構成權重矩陣qzmge，并計算等級向量mjdj的評價矩陣pjmm，表達式為：

122、

123、其中，pjmm表示評價矩陣，qzmge表示第e個權重值；

124、s66、根據評價矩陣pjmm計算個體等級評價值gti，計算公式為：

125、gti＝median(pjmmk)

126、其中，gti表示個體等級評價值，pjmmk表示第k個評價矩陣值。

127、優選的，在步驟s7中，具體實現步驟如下：

128、s71、根據汽輪機的評價矩陣pjjz和權重矩陣qjsgj，以及磨煤機的評價矩陣pjmm和權重矩陣qzmge，通過和積法分別獲取汽輪機和磨煤機的最大特征值λqmax和λmmax；

129、s72、根據最大特征值λqmax和λmmax分別計算汽輪機和磨煤機的檢驗分子cqjy和cmjy，計算公式為：

130、

131、其中，cqjy表示汽輪機的檢驗分子，cmjy表示磨煤機的檢驗分子，m表示權重矩陣qjsgj的階數，p表示權重矩陣qzmge的階數；

132、s73、根據檢驗分子cqjy和cmjy分別計算汽輪機和磨煤機的一致性檢驗系數cqr和cmr，計算公式為：

133、

134、

135、其中，cqr和cmr分別表示汽輪機和磨煤機的一致性檢驗系數，cl為一致性檢驗常數；

136、s74、根據一致性檢驗系數cqr和cmr得到一致性檢驗結果；

137、若cqr<0.1且cmr<0.1，則汽輪機和磨煤機均符合一致性檢驗結果；

138、若cqr≥0.1，則汽輪機不符合，調整汽輪機后重新獲取評價矩陣pjjz和權重矩陣qjsgj，并返回至步驟s71；

139、若cmr≥0.1，則磨煤機不符合，調整磨煤機后重新獲取評價矩陣pjmm和權重矩陣qzmge，并返回至步驟s71；

140、s75、獲取h名專家對火電廠運行參數的評價分數rpb，其中rpb表示第b個評價分數，根據評價分數rpb計算專家權重值zjd，計算公式為：

141、

142、其中，zjd表示專家權重值，h表示評價分數rpb的數量；

143、s76、根據專家權重值zjd計算綜合評價值zhh，計算公式為：

144、zhjz＝zjd×pjjz

145、zhmz＝zjd×pjmm

146、

147、

148、其中，zhh表示綜合評價值，zhjz和zhmz分別表示汽輪機和磨煤機的過渡矩陣，表示汽輪機的第f個過渡矩陣的元素，zhmzr表示磨煤機的第r個過渡矩陣的元素，f和r分別表示汽輪機和磨煤機的過渡矩陣的元素數量，e和y表示汽輪機和磨煤機中設備的臺數，u和v分別表示火電廠的設備分類的數量。

149、優選的，在步驟s8中，具體實現步驟如下：

150、s81、根據火電廠歷史數據中的多個不同時刻的綜合評價值zhh計算平均值計算公式如下：

151、

152、其中，表示綜合評價值zhh的平均值，b表示綜合評價值zhh的數量；

153、s82、根據平均值計算檢修閾值k，計算公式為：

154、

155、其中，k表示檢修閾值；

156、s83、根據檢修閾值k和綜合評價值zhh對火電廠的運行情況進行評價；

157、若zhh>k，則火電廠運行良好，并向火電廠監控中心發送評價結果；

158、若zhh≤k，則火電廠運行不良，并向火電廠監控中心發送預警。

159、借由上述技術方案，本發明提供了一種火電廠設備狀態的分級評價方法，至少具備以下有益效果：

160、1、本發明依據處理圖像的像素點建立二維坐標系，進而通過對像素的邊緣進行確定，并根據像素邊緣確定準確的液滴直徑，進而計算出蒸汽濕度，這種方式既能夠提升液滴識別的準確性，得到準確的液滴圖像，還能夠使得濕度計算的結果更加準確，進而增加評價方法的準確性。

161、2、本發明依據汽輪機內部的熱平衡特點，計算分析不同抽氣流量條件下的汽輪機內功率，且綜合考慮汽輪機在工作過程中多種條件下的質量流量，增加汽輪機內部功率計算的準確性，且這種方式多方面考慮，有利于火電廠評價方法的評價。

162、3、本發明通過數學模型的建立方法，依據磨煤機內部流量條件，建立磨煤機出口溫度的數學模型，進而能夠準確獲取在變化過程中，磨煤機出口溫度，提升了出口溫度獲取的獲取效率，并且動態的數學模型中囊括了多種參數的變化，增加了出口溫度獲取的準確性。

163、4、本發明通過對火電廠單體和全部設備進行多級評價，并且通過等級值和等級矩陣，使得評價方法能夠對重要的，但難以精確量化的因素進行評價的效果，從而提升火電廠評價方法的準確性，避免了火電廠評價過于絕對而產生的片面性結果，通過加入了專家評價和多級評價，使得評價結果具有一定的權威性，同時通過對評價結果的預警，能及時提醒工作人員對火電廠設備進行維護維修，提升了火電廠的安全穩定性。