火电厂优化运行中数据挖掘技术研究

王 侠 解文强

（山西京玉发电有限责任公司，河南 朔州 03377220000）

1 火电厂优化运行概述

火电厂优化运行的目的是保障火电机组在当前运行条件下达到最佳状态，在不同外部环境和负荷条件下提供将火电机组的最优参数和运行方式控制。而火电机组运行优化目标值对于火电机组运行的经济性有着重要影响，确定正确的火电机组运行优化目标值以后，可根据该最优值计算火电机组实际运行参数，掌握火电厂生产运营中的各项经济损失，为火电厂节能改造和经济运行提供重要参考。当前，火电厂主要根据变工况热力计算公式、最优运行试验和火电机组设计值来确定火电厂优化运行目标值，该目标值在标准运行工况条件下为一个定值［1］。在实际应用过程中，随着火电机组运行时间的增长，火电机组运行状态和运行环境随时发生变化，火电机组实际的运行状态往往达不到最优的运行效果。通过运用数据挖掘技术，利用其强大的知识发现和数据分析能力，采用模数关联规则方法来确定火电机组运行优化目标值，实现准确、合理的运行调整。

2 数据挖掘技术应用模型

数据挖掘是一个从大量历史数据挖掘、提出有价值、有用、尚未被发现和人们感兴趣知识和信息的过程，这种数据挖掘技术遵循一定的步骤和框架，其应用优势非常明显。数据挖掘过程主要包括三个阶段：解释评估、数据挖掘和数据准备。数据准备是最基础的阶段，其准备情况对于数据挖掘的有效性、准确度和效率有着直接影响，在这个阶段又包括四个步骤：数据转换、数据预处理、数据选择和数据集成。数据挖掘技术应用主要是通过聚类分析、分类分析、序列模式分析、关联分析等方法［2］，从大量原始数据中提取所需的信息和知识。解释评估是结合用户需求，分析所提取的信息和知识，区分有价值的信息和无用信息，以便于人们理解的方式来呈现这些知识，还需科学有效地进行评价分析。

3 数据挖掘技术在火电厂优化运行中的应用

3.1 运行优化目标值确定

火电厂生产运营过程中，各种机械设备需要紧密协作，这使得不同机械设备的运行波动产生一定的关联性，通过分析火电厂设备运行数据可以发现这种波动关联。并且火电机组运行参数、机组负荷、运行人员操作技能与整个火电机组运行性能有着非常复杂的关系，其也表现在火电厂性能指标、运行负荷、运行参数等数据之间的联系，将不同数据进行定量化，可以获得火电机组实际运行关联规则。数据挖掘技术在火电厂优化运行中的应用，关键在于挖掘量化关联规则，从大量历史数据中分析不同运行数据的关系，从而确定火电厂优化运行参数目标值。

通过运用数据挖掘技术来确定火电厂运行优化目标值流程，该流程主要包括在线和离线两部分，基于火电厂机组运行的大量历史数据，经过数据挖掘以后获得火电厂运行优化目标值模型，通过回归分析和工况辨识，利用包括最优模型集、运行参数的推理规则，构建火电厂优化运行模型库。结合火电厂运行优化目标和实时采集的现场数据，离线挖掘出电力生产数据之间的规则和隐藏知识，确定正常运行状态下火电厂运行参数优化目标值，使火电厂现有控制系统通过闭环或者开环输出运行优化目标值，指导工作人员调整相关的控制器参数或者执行机构。

按照上述步骤，应用模糊关联规则挖掘算法，挖掘100%、90%、70%等负荷工况下的可控可调整运行参数，从而得到运行最优值，如表1所示，利用数据挖掘技术和传统方法确定火电厂运行优化目标值对比情况。

表1 300MW机组运行参数基准值和最优值比较

从表1可知，运用数据挖掘技术确定火电厂运行优化目标值，根据电力生产要求进行闭环试验，实验结果表明，火电厂运行参数优化以后，空气污染物排放量明显减少、供电煤耗率降低，锅炉运行效率提高，经济效益非常明显。

3.2 最优运行曲线

利用数据挖掘技术得到火电厂运行优化目标值以后，采用最小二乘拟合法计算负荷数组，得到运行参数最优值曲线。通过数据挖掘技术得到300MW机组过量空气系数设计值曲线和最优值拟合曲线，如图1所示。过量空气系数对于火电厂锅炉的燃烧情况有着直接影响，过量空气系数过小，会造成锅炉中燃料无法充分燃料，造成燃料浪费，产生较大的热损失；过量空气系数过大，会增加锅炉内空气流速，降低炉膛温度，影响锅炉运行效率。

图1 过量空气系数最优运行曲线

在300MW负荷条件霞，随着过量空气系数的减小，锅炉热量损失不断增加，当过量空气系数超过1.294时，过量空气系数减小，燃料不完全燃烧损失远远小于排烟热损失。在低负荷运转状态下，过量空气系数和火电厂锅炉飞灰含碳量之间的关系不密切，考虑到锅炉燃烧的均匀性和稳定性，150MW负荷运行状态下的过量空气系数最好控制在1.53附近。

另外，数据挖掘技术在火电厂优化运行中的应用，应注意以下两方面内容：一方面，使用数据挖掘技术之前，应全面了解火电厂的实际运行情况，结合数据挖掘目的，采用关联规则、聚类、分类等算法；另一方面，数据挖掘技术应用过程中，应选择和数据挖掘目标比较密切，并且基于火电厂机组稳定运行工况下的历史数据。

4 结语

火电厂优化运行对于提高生产效率，降低生产运行成本有着重要的现实意义，在火电厂优化运行中通过运用数据挖掘技术，可以挖掘出大量有价值的知识和信息，为了充分发挥数据挖掘技术的应用优势，应加大对数据挖掘的分析和研究，不断提高火电厂优化运行水平。

［1］裘国相，汪思源，王文标.数据挖掘在火电厂运行优化目标值确定中的应用［J］.自动化技术与应用，2011（3）:6-9.

［2］李建强，牛成林，刘吉臻.数据挖掘技术在火电厂优化运行中的应用［J］.动力工程，2012（6）:830-835.