基于MIS模型的全厂单元机组周界监控系统设计

田 际,冯庭有,单 婕,江志宏,颜景博

(华能东莞燃机热电有限责任公司,广东 东莞 523590)

由于全厂单元机组的复杂性越来越高,因此需加强对全厂单元机组周界的监控。结合智能信息化特征分析和数据处理技术,采用信息化管理、大数据分析方法和智能控制技术,构建全厂单元机组周界监控的大数据分析模型,通过模糊度检测,实现对全厂单元机组周界监控系统设计,提高全厂单元机组周界监控系统的输出稳定性和自适应性[1]。研究相关的全厂单元机组周界监控系统设计方法,对提高全厂单元机组的安全性和稳态运行工况能力具有重要意义[2]。

基于全厂单元机组周界信息采集和视频特征分析,可以构建参数信息解析模型,并采用视频参数监控和大数据信息融合监控方法,实现对环境信息的采集和融合处理,以提高全厂单元机组周界监控能力。传统方法中,主要有基于机器视觉分析的全厂单元机组周界监控方法[3]、基于联合参数识别的全厂单元机组周界监控方法[4]、基于自适应参数寻优的全厂单元机组周界监控方法[5]等,这些方法均通过构建全厂单元机组周界监控的参数辨识和特征信息分布控制模型,采用耦合参数识别和自适应特征分布式融合的方式,实现全厂单元机组周界监控。但是传统方法的适应度水平不高,监控系统的实时性不好,因此本文提出基于管理信息系统(management information system,MIS)模型的全厂单元机组周界监控系统设计方法。

1 全厂单元机组周界监控参数分析和特征提取

1.1 全厂单元机组周界监控系统参数分析

全厂单元机组周界监控系统使用大量的传感器和数据收集设备,为了从不同的参数维度获取更多的信息,提高周界状态的准确性和完整性,通过构建约束参数模型,采用MIS模型参数融合方法,将采集到的不同参数进行融合,形成一个综合的参数数据集,实现对全厂单元机组周界监控参数融合和扩展信息分析[6],从而更好地利用已有参数数据,避免重复投入。同时,对于数据不足或缺失,可以利用该方法进行融合和填充,以实现对全厂单元机组周界的综合监控。全厂单元机组周界监控总体结构如图1所示。

图1 全厂单元机组周界监控系统总体结构

根据图1所示的全厂单元机组周界监控系统结构,采用多维参数约束控制方法,构建全厂单元机组周界监控系统的联合特征分布集,得到频域特征参数分布,表示为NS,采用谐波输出阻抗控制方法,得到全厂单元机组周界监控系统的综合特征量为:

b(z)=qj+aj+cj

(1)

式中:b(z)为综合特征量,qj、aj、cj分别为全厂单元机组周界监控覆盖信息的模糊度特征量、扩频序列特征量、全覆盖集特征量。通过全厂单元机组周界监控参数融合,采用逆变器滤波电容特征分析方法,构建全厂单元机组周界监控系统的视觉分析模型[7],得到输出接口的空间分布层次,通过联合特征分析和模糊聚类[8],得到全厂单元机组周界监控系统输出的n层传输总耗时为:

(2)

(3)

式中:R为融合参数模型,B为全厂单元机组周界监控系统的随机分布序列,L为周界监控系统的多普勒频偏。根据上述分析,采用二次调频参数控制方法,完成全厂单元机组周界监控系统的各次谐波阻抗参数融合处理[9]。

1.2 全厂单元机组周界监控系统特征分析

基于谐波阻抗滤波检测方法,构建全厂单元机组周界监控系统的联合特征参数分析模型,结合离散化后的数字控制和分区调度方法,在全厂单元机组并联系统处于孤岛运行时,得到并联参数融合和特征聚类模型[10],采用动态响应控制方法,得到全厂单元机组周界监控系统的联合特征参数M为:

M=j+K0+a(d)

(4)

式中:j为全厂单元机组周界的网侧滤波电感信息参数,采用电容电压间接控制方法获取,不需要对电路进行大范围的干扰和改动,只需对电容的电压进行测量即可获取滤波电感参数信息,以避免对电路性能和运行稳定性的影响;K0=(m-1)w0,为机组周界监控输出的载波参数,通过电压直接控制方法得到,其中m、w0分别为载波频率和调制深度;a(d)为全厂单元机组周界监控的联合特征分布融合聚类函数。

采用电网母线电压分布式融合方法,构建全厂单元机组周界监控系统的内模参数控制模型,得到输出量化特征分布集,表示为:

x(v)=cosM+θ+y(n)

(5)

式中:x(v)为全厂单元机组周界监控系统的内模参数控制模型,θ为重复控制的内模系数,y(n)为二次调频参数。分析全厂单元机组周界监控系统的各次谐波阻抗参数,结合空间信道均衡配置,得到均衡配置模型,基于可靠性特征分布式融合,得到全厂单元机组周界监控系统的状态转移概率a(uc)为:

(6)

式中:∂vi和βvi为通过多源参数融合结果构建的全厂单元机组周界监控系统的自回归特征分析模型。全厂单元机组周界监控系统的输出联合特征参数结果为:

P=nCj+rm+a(uc)

(7)

式中:P为视频特征参数融合结果,nCj为全厂单元机组周界监控系统的自适应权重,rm为闭环传递函数。提取全厂单元机组周界监控系统的联合特征参数,通过多维空间重组,实现对全厂单元机组周界监控系统的视频特征参数融合分析。

2 全厂单元机组周界监控系统优化设计

2.1 MIS模型参数识别

通过MIS模型控制和比例谐振控制方法,解析并控制全厂单元机组周界监控系统的联合规范性特征,采用组合单元控制的方法,构建MIS适应度分析模型,得到MIS模型控制的自适应学习目标函数式:

Va(w)={n1+i(z)+l}+P

(8)

式中:Va(w)为MIS模型控制的自适应学习目标函数,n1为全厂单元机组周界监控系统访问控制参数,i(z)为基于优化自适应控制的全厂单元机组周界控制系统的输出电压正则化参数,l为全厂单元机组周界控制系统的模板参数。

基于基波频率波动控制方法,通过全厂单元机组周界监控的联合参数寻优模型,得到输出参数寻优结果:

G=Va(w)+l+ξ

(9)

式中:G为输出参数寻优结果,ξ为均衡控制参数。根据获取的输出参数寻优结果,实现全厂单元机组周界监控过程的自适应访问控制,提高MIS模型参数识别能力。

2.2 全厂单元机组周界监控系统优化

保证频率偏移在合理范围内的情况下,通过谐波电流参数分布,分析全厂单元机组周界监控的稳态参数,结合稳态特征解析控制方法,得到联合参数过滤模型,结合冗余度特征分布式检测方法,构建寻优控制模型,得到全厂单元机组周界监控系统输出稳态特征量的稀疏状态参数分布矩阵W:

(10)

式中:A为基波和各次谐波处的幅值参数检测结果,q(m)为全厂单元机组周界监控系统模糊度分辨函数。系统开关元件的开关状态可以控制信号的转换,在开关周期内,通过反馈参数调节得到全厂单元机组周界监控系统输出的模式辨识特征量,表示为:

Z(v)=|ha(f)+ur|+W

(11)

式中:Z(v)为系统输出的模式辨识特征量,ha(f)为全厂单元机组周界监控系统的MIS模型参数调制函数,ur为高次谐振频率参数。根据式(11),结合增益控制和自适应的特征分集方法,建立全厂单元机组周界监控系统的联合特征分析模型,得到联合特征分布特征量为:

(12)

(13)

(14)

式中:dij为全厂单元机组周界监控输出的联合特征参数。在保证频率偏移的情况下,通过对全厂单元机组周界的谐波电流参数分布解析,进行全厂单元机组周界监控系统设计,系统优化结构如图2所示。

图2 全厂单元机组周界监控系统优化结构图

3 实验分析

选取某热电厂作为研究对象,根据该实例设计实验,验证本文方法在实现全厂单元机组周界监控及优化控制中的应用性能。热电厂的总装机容量为140万 kW,年发电量为44亿 kW·h。1号机组的容量为300 MW,2号机组和3号机组的容量均为350 MW,机组从电网中吸收电能的数量和向电网注入的电能的数量之差一般不大于5 MW·h。根据上述参数,得到全厂单元机组周界监控系统输出的阻抗波特图如图3所示。

图3 全厂单元机组周界监控系统输出的阻抗波特图

由图3可知,采用本文方法进行全厂单元机组周界监控时输出阻抗增益较大。为了验证方法的输出性能,将文献[4]基于飞轮储能的网/储协调虚拟同步机控制策略的监控系统与文献[5]基于电力敏感客户预测模型的监控系统作为对照,与本文方法对比,测试不同方法进行全厂单元机组周界监控输出的误码率,得到对比结果如图4所示。

图4 全厂单元机组周界监控输出的误码率

由图4可知,采用本文方法进行全厂单元机组周界监控输出的误码率较低,说明与传统方法相比,本文方法的监控精度更高。

监控系统设计的目标之一是提供稳定、准确的监控信号。监控输出的幅值变化可以反映信号的强度或振幅的大小,相位变化可以描述信号的时序特征,即信号的相对位置和时间偏移情况,因此将两者作为实验指标,以评估系统对信号强度的采集和传输的稳定性。通过设定不同的频率h,全面评估监控系统在不同频率和时间尺度下的表现和可靠性。选取文献[5]基于电力敏感客户预测模型的监控系统与本文方法进行对比,图中的最大值为本文方法最大幅值。全厂单元机组周界监控输出的幅值变化和相位变化结果如图5所示。

由图5可知,采用本文方法进行全厂单元机组周界监控时输出幅值上下浮动较小,信号传输较为稳定,相位偏移较小。

时间开销可以直接反映系统对于监控事件的响应速度。为进一步验证所提方法的应用有效性,将监控时间作为评价指标,设计测试实验,得到对比结果见表1。

表1 全厂单元机组周界监控的时间开销 单位:ms

由表1可知,采用本文方法进行全厂单元机组周界监控的时间开销较小,满足监控系统的长期稳定性和可持续发展的需求。

4 结束语

本文提出的基于MIS模型的全厂单元机组周界监控系统设计方法,采用MIS模型参数融合方法实现参数融合和扩展信息分析,结合离散化后的数字控制和分区调度方法,得到全厂单元机组并联参数融合和特征聚类模型,通过谐波电流参数分布解析,进行全厂单元机组周界监控设计。实验验证结果显示,采用本文方法设计的全厂单元机组周界监控系统的可靠性较高、稳定性较好、实时性较好。