Главная Контакты Добавить в избранное Авторы Вопросы и ответы
,

УДК 681.5.08

МЕТОДИКА ОПТИМАЛЬНОЇ ФІЛЬТРАЦІЇ ДАНИХ ТЕМПЕРАТУРНОГО КОНТРОЛЮ ТУРБОГЕНЕРАТОРІВ В УМОВАХ ЗНАЧНИХ ПРОМИСЛОВИХ ПЕРЕШКОД.

Батюк С.Г., Олійник С.Ю.

Добре відомо, що основне обладнання ТЕС України експлуатується вже довгий час і повністю або майже повністю використало свій ресурс. Внаслідок цього підвищується ймовірність відмов у роботі обладнання, що призводить до розвитку позаштатних та аварійних ситуацій і навіть до зупинки енергоблоків. Суттєве поліпшення ситуації можливе за рахунок використання сучасних інформаційних систем. Чинниками цього є:

- підвищення ефективності роботи оперативного персоналу за рахунок своєчасного надання достовірної і повної технологічної інформації в зручному для сприйняття вигляді;

- запобігання аварійних ситуацій за рахунок безупинного контролю за ходом технологічного процесу, своєчасного виявлення порушень і аварійних подій, реалізації функцій сигналізації.

Типовим прикладом задачі контролю за роботою основного обладнання є стеження за температурним режимом роботи електричного генератора енергоблоку 250МВт. Контроль за станом генератора під час роботи здійснюється вимірюванням температури в контрольних точках. В залежності від конструкції генератора нараховується до 50-150 точок вимірювання. Контроль температурного режиму дозволяє виявити локальні перегріви, причинами яких можуть бути порушення в роботі систем водяного та водневого охолодження, руйнування ізоляції, вібрації  тощо. Вимірювання виконуються неперервно. Температурні показники характеризують роботу обладнання і використовуются в схемах блокування. Звичайно у якості давачів використовуються мідні термоперетворювачі опору, які підключаються до логометрів, автоматичних мостів або уніфікованих шаф типу А-701. Всі ці рішення морально застаріли і не дозволяють забезпечити достатній контроль за роботою генератора. Сучасне рішення полягає у використанні промислових мікропроцесорних вимірювальних пристроїв. Проте великі труднощі вимірювань, що викликаються особливими умовами на потужному енергетичному обладнанні, є значною перешкодою для використання подібних засобів.

Крім того результати вимірювань можуть використовуватись іншими системами, наприклад, системами діагностики. Ці системи можуть вводити свої додаткові вимоги до якості вимірювань. Наприклад, в зв‘язку з тим , що генератор енергоблоку 250 МВт є досить інерційним тепловим об'єктом, постійна часу якого складає кілька хвилин, в нормальному режимі цілком достатньо мати двохвилинний період опитування давачів температури. Проте при виникненні і розвитку аварії можливі значні швидкі зміни температурного режиму, на які необхідно реагувати значно оперативніше. Тому звичайно прийнятним вважається десятисекундний цикл отримання інформації в системі температурного контролю.

Для забезпечення необхідної точності вимірювань необхідно виявити основні перешкоди та розробити алгоритми та методики пригнічення їх.

Схема вимірювань складається з трьох компонент: давач, з'єднувальні провода та вимірювальний блок. Вимірювальний блок перетворює температуру в деяку умовну числову величину, на основі якої в інформаційній системі в подальшому визначається температура. Величину будемо називати дискрета. Температура лінійно залежить від дискрети згідно з формулою:

                                                                      [1]

де        q - температура в градусах Цельсія;

D - дискрета, що відповідає виміряному опору термоперетворювача;

k, D0- коеффіцієнти перетворення, які залежать від типу АЦП, що використовується.

В нашому випадку залежність температури від дискрети мала вигляд:

Задачу фільтрації будемо вважати розв'язаною, якщо будуть досягнуті показники:

- амплітуда коливань у часі величини, що вимірюється, навколо її математичного очікування – не більше 8 дискрет (в перерахунку на температуру не більше 0.2 градусів Цельсія) ;

- тривалість перехідних процесів в системі фільтрації - не більше двох хвилин.

Сформулюємо мету згладжування: забезпечити найменші флуктуації параметрів, що вимірюються, при мінімальному часі їх опитування. Тобто

                                                          [2]

де        t0  - період опитування;

tтехн - необхідна періодичність спостережень, що визначається технологічним процесом;

А - амплітуда коливань сигналу, що вимірюється;

n - кількість вимірів під час циклу опитування.

Задача температурного контролю обладнання за звичай  має справу зі стаціонарним або квазістаціонарним процесом з математичним очікуванням, що практично не змінюється в часі. У [1] наведена загальна методика пригнічення перешкод, що передбачає декомпозицію перешкод на групи з однаковими характеристиками і почергове подолання їх. В зв'язку з великою складністю процесів, що відбуваються на енергетичному обладнанні ТЕС, відсутністю адекватних математичних моделей впливу промислових перешкод на вимірювальні засоби розв'язання задачі можливе тільки шляхом експериментальних досліджень з подальшою математичною обробкою їх. Процедура пошуку алгоритмів згладжування інформації передбачала наступні етапи:

-                   отримання суттєвої вибірки даних, що вимірюються.

-                   аналіз наявних перешкод та їх декомпозиція на основні складові;

-                   розробка алгоритму пригнічення кожної виявленої суттєвої компоненти в залежності від її характеру;

-                   об'єднання складових частин в єдиний алгоритм з обов'язковою перевіркою його на практиці і при необхідності адаптація запропонованих рішень.

При підключенні вимірювального комплексу до об'єкту вимірювань на Київській ТЕЦ-6 була отримана вибірка даних за 10 секунд (8000 вимірювань), що відповідає циклу вимірювань контролера. Типова картина вимірювань спостерігається вже на 250 точках вимірювання (Рис.1). Детальний аналіз даних дозволяє зробити наступні висновки:

-                   різниця в значеннях виміряного сигналу складає 2500 дискрет. Тобто задача полягає в пригніченні перешкоди щонайменше в 300 разів;

-                   процес квазістаціонарний;

-                   основною перешкодою є періодична. Скоріш за все вона відповідає промисловій частоті 50Гц та її гармонікам. Крім неї мають місце дуже сильні викиди величини, що вимірюється, навіть за діапазон вимірювання. Тобто також присутня дуже сильна короткодіюча перешкода.

Таким чином у даному випадку фільтрацію сигналів було вирішено проводити в три етапи. На першому шляхом синхронізації циклів вимірювання з періодичною перешкодою треба зменшити її вплив. На другому треба відбракувати зовсім невдалі вимірювання шляхом їх відкидання. Дані після двох етапів обробки напевно вже будуть близькі до сигналу з нормальним розподілом, до якого логічно буде застосувати процедуру демпфіювання або метод ковзного середнього [2].

Рис. 1 Результати послідовних вимірювань температури.

 

Для розробки і досліджень алгоритмів оптимальної фільтрації була розроблена моделююча програма, що разом зі зручним конфігураційним файлом дозволила у стислі строки провести величезний обсяг досліджень. Вихідними даними для роботи програми була вибірка даних на 8000 вимірювань, знятих на номінальному режимі діючого генератору першого енергоблоку Київської ТЕЦ-6. Черговий цикл вимірювань починався з точки, визначеної генератором випадкових чисел.

Для визначення синхронізованої кількості циклів вимірювання для оптимізації алгоритму згладжування періодичної перешкоди було виконано сканування області, що досліджується. Процедура полягала в заміні всього набору вимірювань наборами сум. Під час етапу грубого пошуку кількість вимірювань в сумі варіювалась від 50 до 600 з шагом 5 вимірювань. Для кожного з отриманих наборів сум визначались статистичні показники: математичне очікування та дисперсія а також величина найбільшого відхилення окремої суми від математичного очікування.

Під час грубої процедури (Рис.2) було виявлено, що найкращі результати дають  набори по 75, 145, 215, 290, 360, 430, 500 вимірювань, що відповідає частоті 50 Гц.

Рис. 2 Визначення циклу синхронізації вимірювань (груба процедура)

 

Крім того, той факт, що значення наборів по 145, 290 та 430 вимірювань дають відносно кращі результати ніж набори по 75, 215, 360 та 500 вимірювань дозволив зробити висновок про наявність у спектрі основної перешкоди ще й гармоніки 25 Гц. Тому для подальших досліджень обираємо кількість вимірювань в циклі – 145, і скануємо більш детально з шагом 1 вимірювання діапазон від 140 до 150 вимірювань в циклі аналогічно грубій процедурі. Результат не змінюється. (Рис. 3).

Рис. 3 Визначення циклу синхронізації вимірювань (точна процедура)

 

Процедура відбраковування полягала в розрахунку для заданого набору чисел величини математичного очікування з наступним відбраковуванням результатів вимірювань,  відхилення яких відносно математичного очікування було більше заданої величини. Подібна процедура з одного боку погіршує статистичні показники суми в наборі, синхронізованому з основною перешкодою, проте з іншого боку відкидання дуже невдалого резудьтату вимірювань покращує статистичні показники. Після відбраковування для даних, що лишилися знову визначаються статистичні показники. Сканування виконувалось для рівня межі відбраковування від 499 до 800 дискрет з шагом 10 дискрет.  Найкращий результат, тобто найменше максимальне відхилення було отримано для межі відбраковування у 550 дискретів. (Рис.4).

Рис. 4 Визначення оптимальної межі відбраковування

 

Під час остаточного етапу розробки алгоритму виявилося, що демпфіювання сигналу діє в часі менш ефективно, ніж згладжування методом ковзного середнього. За цикл у 10 кроків метод ковзного середнього зменшує максимальне відхилення до 8 дискрет, а демпфіювання сигналу до 11. Визначення кількості точок усереднення в методі ковзного середнього визначалось методом перебору значень від 5 до 40. Графік залежності максимального відхилення від кількості точок в усередненні дозволив визначити як необхідну кількість 10 точок усереднення. (Рис.5)

Рис. 5 Визначення інтервалу усереднення для метода ковзного середнього

 

Таким чином цілком було визначено всі етапи алгоритму оптимальної фільтрації даних для вимірювань в умовах значних промислових перешкод в режимі реального часу. Для даної задачі вони були такі:

1.  Отримання набору даних в 145 вимірювань

2.  Відбраковування невдалих даних в межах отриманого набору. Межа відбраковування 550 дискрет.

3.  Розрахунок математичного очікування по тим даним, що лишилися.

4.  Застосування процедури ковзного середнього на 10 точок для кожного нового значення математичного очікування, що було розраховано по виборці даних.

Розроблений алгоритм оптимальної фільтрації було запрограмовано для використання у контролері L-Card, який є складовою частиною системи температурного контролю генератора. Дослідження на генераторі енергоблоку 250МВт Київської ТЕЦ-6 в умовах реальних перешкод дозволили зафіксувати такі показники роботи системи:

-                   амплітуда коливань у часі корисного сигналу - ±0.2 градуса;

-                   швидкодія (час встановлення нового значення параметру) - 90 секунд.

Такі параметри цілком відповідають вимогам до системи.

Подальше покращення роботи алгоритмів фільтрації можливе при підвищенні швидкості опитування вимірювального каналу, та введенні синхронізації циклу вимірювань з промисловою частотою в електромережі.

 

In article possibility of application of modern information microprocessor systems in industrial conditions, when measurement of useful signals occurs in the conditions of considerable hindrances is proved. For maintenance of appropriate quality of measurements the technique of an optimum filtration of signals which consists in synchronisation of a cycle of measurements with a hindrance with the subsequent ejection doubtful values and averaging in some stages is offered. The Technique has been applied at system engineering of the temperature control of the generator of the power unit and as a result tests has shown the suitability

 

1.                  Евланов Л.Г. Контроль динамических систем. – М.: Наука, 1979, 432с.

2.                  Никитин В.А., Бойко С.В. Методы и средства измерений, испытаний и контроля.- Оренбург: ГОУ ОГУ, 2004. -462 с.

 

 

 





Ответы на вопросы [_Задать вопроос_]

Оптимальное управление объектами и системами

Бойченко О.В. Оптимізація роботи інформаційно-телекомунікаційних систем спеціального призначення

Тимченко В.Л. Формирование динамических принципов управления подвижным объектом на основе метода структурно ― переключаемых обратных связей

Лебеденко Ю.О., Рудакова Г.В. Модель нечіткого виводу для оптимального управління перетворювачем частоти в системах автономного живлення

Ладанюк А.П., Кроніковський Д.О. Екстремальна адаптивна система з непараметричною ідентифікацією та багатопараметричним регулятором

Ладієва Л.Р., Дубік Р.М. Оптимальне керування процесом контактної мембранної дистиляції

Писаренко А.В., Дробот І.Ю. Алгоритм синтезу систем зі змінною структурою у ковзному режимі

Погребняк И.Ф. Формализация проблемы управления организационными системами в условиях неопределенности

Дорогов А.Ю., Лесных В.Ю., Раков И.В., Титов Г.С. Алгоритмы оптимального движения мобильных объектов по пересеченной местности и транспортной сети

Михайленко В.С., Ложечников В.Ф. Сравнительный анализ комплексного и нечеткого регуляторов при управлении многомерным объектом

Бакшанська Т.Д., Рижиков Ю.Г., Тодорцев Ю.К. Мінімізація токсичності продуктів згорання та втрат теплоти у топкових пристроях з рециркуляцією продуктів згорання на основі узагальненого критерію оптимізації

Луцька Н.М., Заєць Н.А., Ладанюк А.П. Синтез та порівняння багатовимірних регуляторів для колонної дифузійної установки цукрового заводу.

Корнієнко Б.Я., Снігур О.В. Оптимізація параметрів процесу зневоднення і гранулоутворення в апараті псевдозрідженого шару

Ладієва Л.Р., Зав'ялова Т.П. Оптимізація плівкового апарату роторного типу за максимальною продуктивністю

Лебеденко Ю.О. Оптимальне управління безпосереднім перетворювачем частоти за критерієм мінімізації негативного впливу на живильну мережу

Тарасюк В.П., Алдохіна А.С. Основні положення методики побудови оптимального розкладу управління обладнанням паралельних технологічних процесів на основі експертних оцінок.

Стопакевич А.А. Новые соотношения для синтеза цифровых оптимальных одномерных систем управления для объектов с запаздыванием.

Ладієва Л.Р.,. Жулинський О.А Оптимізація установки контактної мембранної дистиляції.

Батурінець Є. В., Пасенченко Ю. А. Управління матеріальними запасами з обмеженнями на складські приміщення

Смітюх Я.В., Кишенько В. Д. Оптимізація управління процесами брагоректифікації.

Рябкин Ю.В, Карнаух В.В. Квазиоптимальная обработка коротких радиоимпульсов в акустооптическом спектроанализаторе.

Песчанский А.И. Оптимальное техническое обслуживание двухкомпонентной параллельной системы с учетом наработки каждого элемента.

Лебеденко Ю.А. Исследование непосредственного преобразователя частоты с оптимальным управлением.

Исаев Е.А., Чернецкая И.Е., Завальнюк О.П. К вопросу принятия решений при оптимизации гранулирования рыбной муки в барабане.

Кириллов О.Л., Якимчук Г.С. Оптимальное управление технологическим процессом заполнения слабопроводящими заряжающимися жидкостями (СПЗЖ) замкнутых объемов.

Водічев В.А. Порівняльний аналіз швидкодії алгоритмів керування у системі оптимізації технологічного процесу металообробки.

Поливода О.В., Бражник А.М. Метод компенсации ошибок идентификации при оптимальном управлении

Марасанов В.В., Забитовская О.И., Щербина Е.В. Энтропийные методы оптимизации гравитационных моделей.

Балтовский А.А. Синтез оптимального закона управления большой системой на основе композиции локальных оптимальных решений

Луцька Н.М. Синтез оптимальних регуляторів для систем автоматизації технологічних комплексів неперервного типу.

Кондратенко Г. В., Кондратенко Ю. П., Мухортова К. В. Синтез нечетких регуляторов на основе объектно-ориентированных технологий.

Чернецкая И.Е., Исаев Е.А., Лебеденко Ю.А. Система автоматической оптимизации окомкования железорудного концентрата в условиях ЦГОКа

Червинський В.В., Бессараб В.І. Ієрархічна система оптимального управління установкою з газифікації вугілля методом напівкоксування з циркулюючим киплячим шаром

Усов А. В., Дубров К. А. Оптимизация  и управление термомеханическими процессами при получении феррокерамических изделий для отклоняющих систем

Кучеров Д.П. Алгоритм обучения субоптимальному по быстродействию управлению динамической системой второго порядка без нулевых полюсов

Ладанюк А.П., Луцька Н.М., Лобок О.П. Розробка багатовимірних оптимальних регуляторів для об'єктів одного класу.

Маломуж Т.В. Оптимальное управление на основе интеллектуальных систем

Марончук И.Е., Кучерук А.Д., Данилец Е.В., Ерохин С.Ю., Чорный И.В. Опти-мизация двухкоординатных позиционно-чувствительных фотоприемников.