專利名稱：節流調節型汽輪機高壓轉子外表面溫度預測方法和裝置的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種節流調節型汽輪機高壓轉子外表面溫度的預測方法和裝置，屬于汽輪機技術領域。
背景技術：
汽輪機在啟動、停機和負荷變動時，高壓轉子的外表面的蒸汽溫度變化劇烈，而高壓轉子內部的溫度變化相對較慢，高壓轉子的外表面和高壓轉子體積平均溫度之間的溫差較大。高壓轉子的外表面和高壓轉子體積平均溫度之間的溫差越大，外表面的熱應力就越大，高壓轉子的壽命損耗也越大。通過監控高壓轉子的外表面和高壓轉子體積平均溫度之間的溫差，可以監控外表面的熱應力。由于轉子的旋轉，無法安裝測溫元件進行直接測量溫度。雖然可通過在相應部位的汽輪機內缸內壁安裝的測溫元件獲得的溫度來近似代替，但是該位置的測溫元件損壞現象較為普遍，汽輪機運行時測溫元件維護不方便，給汽輪機正常的啟動、運行和停運的帶來困難。急需一種基于間接測量值來預測高壓轉子外表面溫度的方法，用于判斷汽輪機內缸內壁測溫元件是否正常。
發明內容
本發明要解決的技術問題是提供一種當汽輪機內缸內壁測溫元件出現異常能夠提供預測值來代替高壓轉子外表面溫度的方法及采用該方法的裝置。為了解決上述技術問題，本發明的一個技術方案是提供了一種節流調節型汽輪機高壓轉子外表面溫度預測方法，其特征在于，步驟為:第一步、創建支持向量回歸機模型，其具體步驟為:步驟1.1、收集整理汽輪機50% 100%負荷穩定運行狀態下各負荷段內汽輪機發電機組電功率、主蒸汽溫度、主蒸汽壓力、高壓缸第I級抽汽壓力和高壓缸排汽壓力的實測數據作為數據樣本，在數據樣本中，在各負荷段內抽樣任選一部分數據樣本作為測試樣本，剩余的數據樣本作為訓練樣本；步驟1.2、選取核函數及模型參數:根據支持向量回歸機模型的要求選擇一函數作為支持向量回歸機模型的核函數，采用網格自動尋優方法確定懲罰系數和寬度系數；步驟1.3、獲得支持向量回歸模型和參數:根據步驟2選取的核函數以及尋優獲得的懲罰系數和寬度系數，利用LIBSVM支持向量機函數庫，針對訓練樣本進行訓練，獲得合適的支持向量回歸模型和參數；步驟1.4、測試支持向量回歸模型:根據步驟1.3獲得的支持向量回歸模型和參數，利用LIBSVM支持向量機函數庫，針對步驟1.1得到的測試樣本進行預測，分析預測精度，若預測精度不能達到要求，回到步驟1.2更換支持向量回歸機模型的核函數重新開始；
第二步、應用支持向量回歸機模型，其具體步驟為:
步驟2.1、采集和整理實際運行參數:獲取汽輪機發電機組電功率、主蒸汽溫度、主蒸汽壓力、高壓缸第I級抽汽壓力和高壓缸排汽壓力的運行數據；步驟2.2、預測汽輪機高壓轉子外表面溫度:利用支持向量回歸模型，計算預測出對應的汽輪機高壓轉子外表面溫度的溫度預測值；步驟2.3、驗證支持向量回歸機模型:利用汽輪機內缸內壁測溫元件測量的溫度值對溫度預測值進行驗證，保存有關試驗數據以便用于改進支持向量回歸機模型；步驟2.4、判斷內缸內壁測溫元件狀態:在汽輪機的運行中，利用支持向量回歸機模型，實際計算汽輪機高壓轉子外表面的溫度，用于判斷相應部位的汽輪機內缸內壁安裝的測溫元件是否正常，若內缸內壁測溫元件與溫度預測值相差在預設范圍±5°C ±10°C之內，則內缸內壁測溫元件正常；否則，將內缸內壁測溫元件判定為異常；當汽輪機內缸內壁測溫元件異常時，用溫度預測值來代替高壓轉子外表面溫度 實測值參與到汽輪機熱應力監控系統。優選地，在所述步驟1.1中，在各負荷段內抽樣任選20%的數據樣本作為測試樣本,剩余80%的數據樣本作為訓練樣本。優選地，在所述步驟1.1之后并所述步驟1.2之前還包括:對所述訓練樣本和所述測試樣本進行標準化處理，將其值通過線性插值方式控制到O I之間；在所述步驟2.1之后并所述步驟2.2之前還包括:對運行數據進行標準化處理，將其值通過線性插值方式控制到O I之間。優選地，在所述步驟1.2中，網格自動尋優方法確定懲罰系數和寬度系數的步驟為:給定懲罰系數和寬度系數的取值范圍、初始值及變化步長，然后就兩者的取值進行組合針對訓練樣本進行訓練，最后選擇誤差最小的一組參數作為最優的懲罰系數和寬度系數。優選地，在所述步驟1.2中，在選擇支持向量回歸機模型的核函數時，優先選擇徑向基函數作為支持向量回歸機模型的核函數，在徑向基函數無法滿足訓練和測試要求時，選擇多項式函數、感知器函數和線性函數。本發明的另一個技術方案是提供了一種采用上述節流調節型汽輪機高壓轉子外表面溫度預測方法的裝置，其特征在于:包括功率變送器、高精度快速響應型溫度變送器及三個壓力變送器，功率變送器用于測量汽輪機發電機組電功率，高精度快速響應型溫度變送器用于測量主蒸汽溫度，主蒸汽壓力、高壓缸第I級抽汽壓力和高壓缸排汽壓力分別采用各自的壓力變送器來測量，計算機通過數據采集系統獲取采集由功率變送器、高精度快速響應型溫度變送器及壓力變送器獲取的汽輪機發電機組電功率、主蒸汽溫度、主蒸汽壓力、高壓缸第I級抽汽壓力和高壓缸排汽壓力，再利用上述的采用節流調節型汽輪機高壓轉子外表面溫度預測方法得到溫度預測值，當汽輪機內缸內壁測溫元件異常時，用溫度預測值來代替高壓轉子外表面溫度實測值參與到汽輪機熱應力監控系統。本發明提供的一種節流調節型汽輪機高壓轉子外表面溫度的預測方法用汽輪機發電機組電功率、主蒸汽溫度、主蒸汽壓力、高壓缸第I級抽汽壓力和高壓缸排汽壓力作為輸入值，采用了支持向量回歸機(SVR)來計算出相應部位的汽輪機高壓轉子外表面溫度。本發明提供的方法和裝置針對了現有技術的不足，可用于判斷相應部位的汽輪機內缸內壁安裝的測溫元件是否正常。如果汽輪機內缸內壁測溫元件一旦異常，可通過本發明提供的方法和裝置的預測值來代替高壓轉子外表面溫度。提高了汽輪機熱應力監控系統的可靠性，為汽輪機高壓轉子的熱應力優化控制和汽輪機變負荷運行的安全性提供了技術保障。
圖1為本發明提供的一種節流調節型汽輪機高壓轉子外表面溫度的預測方法的原理圖；圖2為本發明提供的一種節流調節型汽輪機高壓轉子外表面溫度的預測裝置的流程圖；圖3為本發明提供的一種節流調節型汽輪機高壓轉子外表面溫度的預測方法中支持向量回歸模型的創建和測試的流程圖；圖4為本發明提供的一種節流調節型汽輪機高壓轉子外表面溫度的預測方法的驗證和應用的流程圖；圖5為本實施例中訓練樣本實測值與SVR回歸值的對比曲線圖；圖6為本實施例中測試樣本實測值與SVR回歸值的對比曲線圖。
具體實施例方式為使本發明更明顯易懂，茲以優選實施例，并配合附圖作詳細說明如下。如圖1所示，本發明提供了一種節流調節型汽輪機高壓轉子外表面溫度的預測裝置的流程圖，所述的一種節流調節型汽輪機高壓轉子外表面溫度預測的方法是通過在線檢測的汽輪機發電機組電功率、主蒸汽溫度、主蒸汽壓力、高壓缸第I級抽汽壓力和高壓缸排汽壓力5個參數，利用預先訓練好的支持向量回歸機(SVR)模型，通過計算來預測汽輪機高壓轉子外表面溫度。具體實施分為離線支持向量回歸機(SVR)模型的訓練和驗證、在線支持向量回歸機(SVR)模型預測溫度兩個部分。以某1100MW節流調節型汽輪機為例，主蒸汽壓力26.5MPa，主蒸汽溫度600°C，再熱蒸汽溫度600°C。節流調節型汽輪機高壓轉子外表面溫度預測的方法和裝置由模型創建和溫度預測兩部分。結合圖3，第I部分模型創建以下4個步驟組成:步驟1:整理出SVR訓練樣本和測試樣本；收集整理的運行或試驗數據包括高壓轉子外表面溫度CC )、汽輪機發電機組電功率(MW)、主蒸汽壓力(MPa)、主蒸汽溫度(V )、高壓缸第I級抽汽壓力(MPa)、高壓缸排汽壓力(MPa)等汽輪機參數。把隨機抽取的數據集20%數據作為測試樣本，把數據集剩余的80%數據作為訓練樣本。訓練樣本列于表I,測試樣本列于表2。表I
權利要求
1.一種節流調節型汽輪機高壓轉子外表面溫度預測方法，其特征在于，步驟為: 第一步、創建支持向量回歸機模型，其具體步驟為: 步驟1.1、收集整理汽輪機50% 100%負荷穩定運行狀態下各負荷段內汽輪機發電機組電功率、主蒸汽溫度、主蒸汽壓力、高壓缸第I級抽汽壓力和高壓缸排汽壓力的實測數據作為數據樣本，在數據樣本中，在各負荷段內抽樣任選一部分數據樣本作為測試樣本，剩余的數據樣本作為訓練樣本； 步驟1.2、選取核函數及模型參數: 根據支持向量回歸機模型的要求選擇一函數作為支持向量回歸機模型的核函數，采用網格自動尋優方法確定懲罰系數和寬度系數； 步驟1.3、獲得支持向量回歸模型和參數: 根據步驟2選取的核函數以及尋優獲得的懲罰系數和寬度系數，利用LIBSVM支持向量機函數庫，針對訓練樣本進行訓練，獲得合適的支持向量回歸模型和參數； 步驟1.4、測試支持向量回歸模型: 根據步驟1.3獲得的支持向量回歸模型和參數，利用LIBSVM支持向量機函數庫，針對步驟1.1得到的測試樣本進行預測，分析預測精度，若預測精度不能達到要求，回到步驟1.2更換支持向量回歸機模型的核函數重新開始； 第二步、應用支持向量回歸機模型，其具體步驟為: 步驟2.1、采集和整理實際運行參數: 獲取汽輪機發電機組電功率、主蒸汽溫度、主蒸汽壓力、高壓缸第I級抽汽壓力和高壓缸排汽壓力的運行數據； 步驟2.2、預測汽輪機高壓轉子外表面溫度: 利用支持向量回歸模型，計算預測出對應的汽輪機高壓轉子外表面溫度的溫度預測值； 步驟2.3、驗證支持向量回歸機模型: 利用汽輪機內缸內壁測溫元件測量的溫度值對溫度預測值進行驗證，保存有關試驗數據以便用于改進支持向量回歸機模型； 步驟2.4、判斷內缸內壁測溫元件狀態: 在汽輪機的運行中，利用支持向量回歸機模型，實際計算汽輪機高壓轉子外表面的溫度，用于判斷相應部位的汽輪機內缸內壁安裝的測溫元件是否正常，若內缸內壁測溫元件與溫度預測值相差在預設范圍±5°C ±10°C之內，則內缸內壁測溫元件正常；否則，將內缸內壁測溫元件判定為異常；當汽輪機內缸內壁測溫元件異常時，用溫度預測值來代替高壓轉子外表面溫度實測值參與到汽輪機熱應力監控系統。
2.如權利要求1所述的一種節流調節型汽輪機高壓轉子外表面溫度預測方法，其特征在于，在所述步驟1.1中，在各負荷段內抽樣任選20%的數據樣本作為測試樣本，剩余80%的數據樣本作為訓練樣本。
3.如權利要求1所述的一種節流調節型汽輪機高壓轉子外表面溫度預測方法，其特征在于，在所述步驟1.1之后并所述步驟1.2之前還包括:對所述訓練樣本和所述測試樣本進行標準化處理，將其值通過線性插值方式控制到O I之間；在所述步驟2.1之后并所述步驟2.2之前還包括:對運行數據進行標準化處理， 將其值通過線性插值方式控制到O I之間。
4.如權利要求1所述的一種節流調節型汽輪機高壓轉子外表面溫度預測方法，其特征在于，在所述步驟1.2中，網格自動尋優方法確定懲罰系數和寬度系數的步驟為:給定懲罰系數和寬度系數的取值范圍、初始值及變化步長，然后就兩者的取值進行組合針對訓練樣本進行訓練，最后選擇誤差最小的一組參數作為最優的懲罰系數和寬度系數。
5.如權利要求1所述的一種節流調節型汽輪機高壓轉子外表面溫度預測方法，其特征在于，在所述步驟1.2中，在選擇支持向量回歸機模型的核函數時，優先選擇徑向基函數作為支持向量回歸機模型的核函數，在徑向基函數無法滿足訓練和測試要求時，選擇多項式函數、感知器函數和線性函數。
6.一種采用如權利要求1所述的節流調節型汽輪機高壓轉子外表面溫度預測方法的裝置，其特征在于:包括功率變送器、高精度快速響應型溫度變送器及三個壓力變送器，功率變送器用于測量汽輪機發電機組電功率，高精度快速響應型溫度變送器用于測量主蒸汽溫度，主蒸汽壓力、高壓缸第I級抽汽壓力和高壓缸排汽壓力分別采用各自的壓力變送器來測量，計算機通過數據采集系統獲取采集由功率變送器、高精度快速響應型溫度變送器及壓力變送器獲取的汽輪機發電機組電功率、主蒸汽溫度、主蒸汽壓力、高壓缸第I級抽汽壓力和高壓缸排汽壓力，再利用如權利要求1所述的采用節流調節型汽輪機高壓轉子外表面溫度預測方法得到溫度預 測值，當汽輪機內缸內壁測溫元件異常時，用溫度預測值來代替高壓轉子外表面溫度實測值參與到汽輪機熱應力監控系統。
全文摘要
本發明提供了一種節流調節型汽輪機高壓轉子外表面溫度預測方法，其特征在于，步驟為第一步、創建支持向量回歸機模型，其具體步驟為步驟1.1、收集整理汽輪機的實測數據作為數據樣本；步驟1.2、選取核函數及模型參數；步驟1.3、獲得支持向量回歸模型和參數；步驟1.4、測試支持向量回歸模型；第二步。本發明還提供了一種裝置。通過本發明提供的方法和裝置的預測值來代替高壓轉子外表面溫度，提高了汽輪機熱應力監控系統的可靠性，為汽輪機高壓轉子的熱應力優化控制和汽輪機變負荷運行的安全性提供了技術保障。
文檔編號G06F19/00GK103226664SQ20131016568
公開日2013年7月31日 申請日期2013年5月7日 優先權日2013年5月7日
發明者楊宇, 史進淵, 李汪繁, 鄧志成, 汪勇 申請人:上海發電設備成套設計研究院