火电机组专家评分系统的研究与开发

梁伟平，张超峰，史刘阳

(华北电力大学，河北 保定　071003)



火电机组专家评分系统的研究与开发

梁伟平，张超峰，史刘阳

(华北电力大学，河北 保定071003)

针对火电机组冷态启动时间长、过程复杂、监控评分难等一系列问题，提出了一种“分解-综合”的方法，并用以开发了面向火电机组自动评分系统。评分规则客观公正，实时地反映出操作人员的熟练程度。开发出来的系统已经成功应用于仿真机，具有广泛的应用前景。

火电机组；仿真机；评分系统；冷态启动

0　引言

随着我国经济的发展和科学技术的不断进步，对电力的需求不断增长，大量新机组已经开始建设或完成，电力生产等工业过程已步入连续化、自动化、集成化、智能化发展时代，加之人们对电力生产等工业过程提出了高产、低耗、安全等要求，因此对电站运行的要求越来越高[1]。目前，电站仿真机已经趋于成熟，可以用来培训电站运行人员。一个完整的电站仿真机具有结构庞大、数据复杂、操作参数多样等特点，对现场运行人员技术的要求非常高，因此，前期培训中对操作人员的评价尤为重要[2]。传统的火电机组评分是基于电厂教练员观察并记录相应的操作过程，完全基于教练员的主观感觉对培训人员进行评价，有时存在非常大的误差。而火电机组评分系统则能够比较客观地对培训人员进行评价，提高了培训效率。

1　火电机组评分系统

1.1过程分解

由于火电机组是一个十分庞大复杂的系统，在启动过程中不同的人对设备的操作存在较大差异，因此，火电机组评分系统必须依照教练员的要求以及现场情况设定，从而实现设备及参数间的协调。如何科学合理判断操作的正确性以及安排各个操作之间分值则尤为重要。

对一个复杂的系统进行分析时，往往将其拆分成若干个子系统，拆分后的子系统仍可分解成更简单的子系统，而火电机组系统则是依据操作过程进行拆分。一个完整的冷态启动操作过程大致分为以下几个二级子过程：投入辅助系统、锅炉上水、点火前准备工作、锅炉点火及升温升压过程、冲转过程、并网过程、切缸过程、升温升压过程等。而相应的二级子过程又可依次往下分解成更小的子级过程,例如，二级子过程锅炉上水可分为润滑油操作、给水系统操作、锅炉汽水操作等三级子过程。而火电机组评分系统评价操作员得分则是依据从最小子级过程到一级过程的逐步得分而进行累加[3]。此过程称为“分解-综合”，如图1所示。

图1　火电机组冷态启动“分解-综合”示意

1.2知识库建立

规则库中的专家知识必须以电厂的实际运行规程为基础，并结合仿真教练员的现场工作经验总结得出。每条知识就是一个结构体，里面包括点名、点名说明、点类型、点值、分值权重等。对于某些过程操作，只有当知识库中的限制条件满足时才能往下进行，这些限制条件往往是阀门开关或者模拟量的实际值。例如，600 MW机组锅炉上水过程中，只有当凝汽器水位上升到950 mm时才能打开凝结水泵，如果凝汽器水位低于设定值时打开凝结水泵，那么此步的分值会相应扣除，这些规则称为步序规则。而对于其他一些过程操作而言，有些操作没有规定的顺序，只要操作员按照要求进行相应的操作就会得分，例如，投入辅助系统时主要是为锅炉点火做准备，主要是一些设备的启停，这些规则称为条件规则。规则库中建立的是步序规则和条件规则，这种确定型的推理机制可以保证评分系统客观反映操作员的水平。这种设计既保证考核的灵活性，专家知识建立清晰，又兼顾解决了考核过程中时序性问题[4-5]。

过程曲线是某一段时间内某过程变量的变化过程。在机组的启动过程中，常用主蒸汽温度、主蒸汽压力、再热蒸汽温度、再热蒸汽压力、汽轮机转速、负荷等曲线观察机组运行的情况，因此，可以将过程曲线作为仿真机评分系统考核的辅助手段。

1.3推理机设计

推理机制应根据现场操作决定。本文采用的是确定型推理机制，采用该机制的推理机能满足正向推理任务，推理的策略主要是解决过程中知识的表达以及顺序。根据知识库中所建立的步序规则、条件规则进行推理，培训人员在相应的操作步骤中如果步序操作错误则扣除该步分值，即以非对即错的法则进行评判。实际考核中，推理机的结束依赖于过程操作结束或者强制结束[4]。

1.4曲线分值计算

在计算分值时，需要实时检测操作员操作的实际过程变量值与设定曲线之间的偏差，并利用对偏差积分的原理求偏差面积，其公式如下：

式中:Y1t为t时刻变量的实际值；Y2t为t时刻标准曲线的参数值；et为标准曲线所允许的偏差；T为总考核时间；Δt为时间间隔。

图2　火电机组运行曲线考核原理示意

2　软件实现

火电机组评分系统的研发是面向控制对象的，因此研发基于C++6.0(基于Windows操作系统的可视化集成开发环境)并结合图形用户界面(GUI)的特性，通过共享内存读取模型侧的过程变量值。

启动火电机组仿真系统之后，依次载入算法和模型，启动时选择相应的登录权限并输入设定好的密码就可以启动软件，评分系统启动主界面 ，用户可点击菜单栏中的快捷键或菜单添加所需要的试卷名称、试题名称、题目名称。然后在相应题目中建立所需要的规则，并输入相应的专家知识。考核曲线具体信息是在路径下的“主汽温度.csv”文件中，当选择添加过程曲线时，程序将自动加载路径下的所有曲线信息。教练员在对不同的人进行考核时，可以选择不同的偏差范围，对于操作熟练的人可以选择较小的曲线允许偏差范围，反之可以选择较大的偏差范围。

专家知识库输入如图3所示，数据“0”代表操作过程中实际开关如果是关闭状态得分，“1”代表操作过程中实际开关是打开状态得分，同理可以进行模拟量的输入。逻辑表达式提供“&”和“|”，分别代表“与”和“或”两种运算，在计算最终结果时，只有逻辑表达式的最终运算为真时才能得分。

图3　火电机组专家知识库输入示意

当进行操作员考核时，把冷态启动中获得的实际参数值与规则库中专家知识的参数进行对比，确定得分情况。评价过程中如果出现失分情况，系统会自动在相应路径下生成一个“评分系统导入错误记录.txt”文件，教练员可通过查看这个文件分析考核人员实际出现的问题。

3　历史成绩查询

此功能主要用来查询已考核人员的历史信息。教练员可以依据姓名、班组、分数分布区间、开始时间分布区间、结束时间分布区间等关键字对已考核人员的具体信息进行查询。

4　结论

本文从火电机组实际运行特点出发，将以专家系统理论为基础的火电机组评分系统成功应用到火电机组仿真机培训中，结构上将系统与模型数据库进行信息传输，此系统凭借对专家知识的设定清晰、修改方便、多样性使用等特点被推广到仿真机中，并能针对不同的机组设置出不同的考核题目，能够较客观地评价学员实际操作水平，减少人为因素的影响，减少了电厂人员培训的工作量。

[1]张海燕. 电站仿真机评分系统的图形化建模研究[J].计算机仿真,2010(10):276-278,311.

[2]项曙光,李玉刚,岳金彩.过程仿真培训成绩的自动评定及其实现(I)——仿真培训成绩的评分方法[J].计算机仿真,1999(1):71-73,35.

[3]王勇.仿真培训中学员操作技能评价模型与自动评价系统研究[D].保定：华北电力大学,2003.

[4]马怀春,郑云栋,庄芹仙,等.基于化工仿真培训器专家评分系统的研究和开发[J].计算机与应用化学，2012(5):625-628.

[5]范永胜,程芳真,眭喆,等.电站仿真机的培训评分系统研究[J].系统仿真学报,2000(3):282-286.

[6]盛化才,朱小良.大型火电机组仿真系统学员评价[J].系统仿真学报,2008(21):5989-5992.

(本文责编：齐琳)

2016-04-15；

2016-05-30

TM 621

B

1674-1951(2016)06-0021-02

梁伟平(1963—)，男，河北承德人，副教授，工学博士，从事火力发电厂电动机调速技术节能改造研究、热工控制系统结构及参数优化等方面的工作(E-mail:lwp-123a@VIP.sina.com)。

张超峰(1991—)男，河北邢台人，在读硕士研究生，从事热工控制系统、智能控制系统研究方面的工作(E-mail:414339459@qq.com)。

史刘阳(1991—)男，河南平顶山人，在读硕士研究生从事分散控制系统的设计与开发方面的工作(E-mail:sly873697256@163.com)。