基于大数据分析及多目标优化的厂级负荷优化分配方法

摘要

本发明涉及一种基于大数据分析及多目标优化的厂级负荷优化分配方法，在电厂监控系统网络中增加控制节点，通过设置与网控系统通讯的厂级AGC系统接收调度实时发送的全厂负荷指令，同时在线采集所有机组生产运行数据，采用智能优化算法进行寻优，得出最佳负荷分配策略，按遥调指令、运行值班员设定给定的目标值优化分配，自动调整机组出力，使分配策略满足节能发电调度的要求。本发明能够实现发电机组节能降耗目的。

说明书

技术领域

本发明属于火力发电技术领域，尤其涉及一种基于大数据分析及多目标优化的厂级负荷优化分配方法。

背景技术

目前，电厂在节能经济调度方面进行“电量替发、可再生能源机组优先”这一层级时，在燃煤机组的调度方面，电网公司主要考虑的因素是机组可靠性与保证电能质量两个方面。AGC是并网发电厂提供的有偿辅助服务之一，发电机组在规定的出力调整范围内，跟踪电网总调度中心下发的指令，按照一定调节速率实时调整发电出力，以满足电力系统频率和联络线功率控制要求。因此，寻求发电机组节能降耗的有力措施是亟需解决的问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种基于大数据分析及多目标优化的厂级负荷优化分配方法，以实现发电机组节能降耗目的。

本发明提供了一种基于大数据分析及多目标优化的厂级负荷优化分配方法，在电厂监控系统网络中增加控制节点，通过设置与网控系统通讯的厂级AGC系统接收调度实时发送的全厂负荷指令，同时在线采集所有机组生产运行数据，采用智能优化算法进行寻优，得出最佳负荷分配策略，按遥调指令、运行值班员设定给定的目标值优化分配，自动调整机组出力，使分配策略满足节能发电调度的要求。

进一步地，通过厂级AGC智能控制单元实时接收网控系统传送的机组运行数据和升压站电气数据，并接收由网控系统转发的负荷指令；

通过厂级AGC操作员站与所述厂级AGC智能控制单元通信实现信息交换和数据共享，用以完成对厂级AGC系统运行的自动监视和控制；

通过AGC智能指导系统进行AGC离线指导，所需DCS数据通过将工控机接于振动管理专家系统网络中，从振动接口服务器获取数据。

进一步地，将AGC智能控制单元设于安全I区，通过正向网络安全隔离装置给位于安全II区的AGC性能服务器传送所需网控系统和机组DCS相关数据，所述数据通信为单向传输。

进一步地，在工控机与AGC智能控制单元之间设置反向网络安全隔离装置，通过工控机将接收的DCS相关数据以文件方式发给厂级AGC智能控制单元。

进一步地，通过厂级AGC系统接收调度单机AGC和厂级AGC，调度单机模式时，直接将单机AGC命令送至各单元机组DCS；调度全厂模式或者电厂就地模式时将全厂指令按照分配策略下发到各个机组DCS。

借由上述方案，通过基于大数据分析及多目标优化的厂级负荷优化分配方法，能够实现发电机组节能降耗目的。

上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，并可依照说明书的内容予以实施，以下以本发明的较佳实施例详细说明如后。

附图说明

图1是现有电厂单机AGC控制流程图；

图2是本发明厂级AGC控制流程图；

图3是本发明RTU和AGC智能控制单元通讯架构图；

图4是本发明AGC性能服务器通讯架构图；

图5是本发明振动接口服务器通讯架构图；

图6是本发明厂级AGC系统网络拓扑图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。

本实施例提供了一种基于大数据分析及多目标优化的厂级负荷优化分配方法，在电厂监控系统网络中增加控制节点，通过设置与网控系统通讯的厂级AGC系统接收调度实时发送的全厂负荷指令，同时在线采集所有机组生产运行数据，采用智能优化算法进行寻优，得出最佳负荷分配策略，按遥调指令、运行值班员设定给定的目标值优化分配，自动调整机组出力，使分配策略满足节能发电调度的要求。

具体方案如下：

1、厂级AGC智能控制单元

厂级AGC智能控制单元外形为标准的19英寸结构，2U高度，硬件上采用高可靠性的平台，无硬盘、无风扇设计，操作系统采用Linux，通信软件采用模块化设计、多任务运行，运行可靠稳定。

硬件集成了6个以太网接口，10个串行接口，并具有多个PCB、PCEExpress扩展接口。根据实际的应用需求，可以扩展开关量输入、继电器输出、IRIG-B码、IEEE-1588、光纤、CAN、GPRS、无线等多种通讯及控制接口。

具有高可靠性、高集成度、长生命周期、灵活扩展性等特点，最高支持-40℃～+70℃的工作温度范围并长期稳定工作。

前面板有电源、硬盘、六个以太网、十个串口、八个自定义、以及两组扩展接口指示灯，其中，以太网指示灯分别对应连接指示、数据收发指示；串口指示灯分别对应串口的数据接收指示和数据发送指示。后面板配有安装电源、串口、网口、对时、显示器、键盘、鼠标等设备的接口。

2、厂级AGC工作站

厂级AGC工作站基于客户/服务器(Client/Server)体系，操作系统为Linux，其与厂级AGC智能控制单元通信实现信息交换和数据共享，完成对厂级AGC优化控制系统运行的自动监视和控制。提供用户界面，以各种直观的形式(如文字、表格、图形等)显示系统的运行状况，完成各种厂级AGC应用。

3、工控机

采用机架式工控机，配置IntelPentiumDualCoreG2010处理器，可在环境温度高达40℃的工业条件下保证CPU24小时全速运行。配置2个以太网口(100M/1000M自适应)和两个串口COM1和COM2，其中COM2可支持RS232/RS485/RS422三种方式(通过BIOS菜单选择)，两个视频输出接口DVI-D和VGA可同时输出。

4.正向网络安全隔离装置

是位于调度数据网络与公用信息网络之间的一个安全防护装置，用于安全区I到安全区II/III的单向数据传递。它可以识别非法请求并阻止超越权限的数据访问和操作，从而有效地抵御病毒、黑客等通过各种形式发起的对电力网络系统的恶意破坏和攻击活动，保护实时闭环监控系统和调度数据网络的安全，同时它采用非网络传输方式实现这两个网络的信息和资源共享，保障电力系统的安全稳定运行。

5.反向网络安全隔离装置

用于安全区III/II区到安全区I区的单向文本数据传递。网络安全隔离装置由两个高性能嵌入式微机及辅助装置形成安全隔离系统，嵌入式微处理器采用RISC体系结构，减少受攻击的概率，实现两个安全区之间的非网络方式的数据交换，并且采用安全算法保证安全隔离装置内外两个处理系统不同时连通,在保证安全隔离的前提下，实现数据的高速交换。

6、厂级AGC性能服务器

厂级AGC性能服务器安装AGC离线指导系统，操作系统为windows。

目前，电厂采用单机AGC运行方式，电厂RTU接受网调实时发送的各机组负荷指令，经过协议转换后转发给AGC接口模块，由其输出4-20mA电流送至相应机组的分布式控制系统(DCS)，由协调控制系统(CCS)完成机组的负荷调节，其控制流程图如图1所示，以两台机组为例。

本实施例厂级AGC接受调度实时发送的全厂负荷指令，同时在线采集所有机组生产运行数据，在满足负荷响应快速性要求的同时按照经济性、调节频度等原则实现机组间负荷的最优分配，并将优化分配结果送至CCS系统，从而实现机组负荷的自动增减，其控制流程图如图2所示。

厂级AGC实施方案不改变原有NCS网络系统，直接在电厂监控系统网络中增加控制节点，包括厂级AGC智能控制单元、厂级AGC操作员站和AGC智能指导系统。原厂内NCS系统RTU和AGC智能控制单元之间的层次架构如图3所示。电厂远动RTU与调度保留原有通信方式不变，远动RTU增加通道与厂级AGC智能控制单元通讯，将机组运行数据和升压站电气数据实时送给厂级AGC智能控制单元，当远动RTU接收到调度下发的负荷指令时将转给厂级AGC智能控制单元。

AGC智能控制单元位于安全I区，通过正向网络安全隔离装置给位于安全II区的AGC性能服务器传送所需网控系统和机组DCS相关数据，上述数据通信为单向传输，架构图如图4所示。

AGC性能服务器智能算法所需DCS数据借助振动管理专家系统网络通信架构，从振动接口服务器获取数据，相应通讯架构图5所示。考虑通过在工控机部署相应软件，称为厂级AGC前置接口转换软件，将工控机接于振动管理专家系统网络中获取DCS数据。由于厂级AGC前置接口转换软件需实现将相关数据从安全II传到安全I区，中间需加反向隔离网闸，因反向隔离网闸只能传输文件，因此厂级AGC前置接口转换软件需实现将接收的DCS相关数据以文件方式发给两台厂级AGC智能控制单元。

厂级AGC系统完整网络拓扑图如图6所示，相关设备分别布置在1#网控楼、值长室和6#机电子间。

本实施例厂级AGC系统的具体内容如下：

厂级AGC同时具备接收调度单机AGC功能和厂级AGC功能，并能做到无缝切换，调度单机模式时，厂级AGC能直接将单机AGC命令送至各单元机组DCS；调度全厂模式或者电厂就地模式时，厂级AGC能将全厂指令按照分配策略下发到各个机组DCS。

厂级AGC系统具备全厂控制和单机控制模式，可按要求设置全厂控制/单机控制模式。当采用全厂控制方式时，自动闭锁单机控制功能；当采用单机控制方式时，自动闭锁全厂控制功能。厂级AGC系统具备以下功能：

通信：能够与网控系统RTU、调度主站系统通信，支持多种通信方式，包括专线通信方式和网络通信方式。

可设置调度远方控制(遥调)/本地自动控制(自控)/手动操作控制(人工)/开环模拟控制(指导)，可在相邻控制方式之间切换。

数据采集与处理：实时采集电厂内各发电机组运行信息以及其他设备开关状态量，了解整个火电厂机组的运行情况，为各机组负荷的经济最优分配提供数据支撑。

煤耗曲线拟合：能构建合理的数学模型，可随着机组运行工况的变化对机组的供电煤耗特性曲线进行拟合。

负荷优化分配：采用智能优化算法进行寻优，得出最佳负荷分配策略。

按遥调指令、运行值班员设定给定的目标值优化分配，自动调整机组出力，分配策略满足节能发电调度的要求。

运行监视:实时采集厂级AGC系统运行信息以及其他设备开关状态量，能方便地监视系统的运行工况、开关状态、设备运行状态、与其他设备的通信状态，并能对自动监测机组运行状态和控制性能。

计算统计:可对指定的采集量进行平均值、最大值及发生时间、最小值及发生时间等统计，可统计AGC功能可用率、投入率、合格率和调节精度。

数据存储：可以存储采集的数据点并形成历史数据库，用于绘制趋势曲线和形成报表，支持的报表包括AGC系统运行统计报表、发电机运行统计报表等。

控制调节：提供多种工作模式，可以直接调度每台机组的实发负荷，分配方式可选择手动分配、按比列分配、系统优化分配等。

告警处理：系统运行异常或故障时能自动报警，停止分配结果输出，并形成事件记录。

事件记录：可对厂级AGC系统告警、闭锁原因、人员操作等形成事件记录，自动校核各项限制条件，条件不满足自行闭锁，条件恢复自动解锁。

权限管理：系统具备权限管理功能，支持自定义用户及操作权限，禁止越权操作，所有的人工操作均有操作日志备查。

数据采集分析

电厂厂级AGC负荷优化调度项目，数据采集分析一共可以分为下面六个部分：

(1)DCS数据采集分析。从多台机组进行数据采集(全部由现场点组成)，主要是为了煤耗曲线的计算以及在线分配所需要的参数。

(2)厂级AGC智能控制单元在线负荷分配程序输入数据分析，来源分为三部分，DCS、RTU及操作员站，数据均为在线分配程序所需。

(3)厂级AGC智能控制单元在线负荷分配程序输出数据，去向分为两部分，RTU及操作员站。RTU部分为分配指令下发执行，操作员站部分为展示使用。

(4)操作员站输入数据，来源分为三部分，DCS、RTU及，为画面展示数据来源。

(5)操作员站输出数据，去向均为厂级AGC智能控制单，为在线分配提供数据。

(6)二区AGC性能服务器采集数据来自RTU和DCS，相关数据经AGC智能控制单元发送至二区进行离线分配使用。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，并不用于限制本发明，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变型，这些改进和变型也应视为本发明的保护范围。