本發(fā)明涉及風(fēng)機(jī)檢測(cè)技術(shù)領(lǐng)域，更確切地說涉及一種一次風(fēng)系統(tǒng)中一次風(fēng)機(jī)失速的預(yù)防方法。

背景技術(shù)：

一次風(fēng)機(jī)為提供一定壓力、一定流量的一次風(fēng)，將煤粉干燥并送入噴燃器中，提供煤粉揮發(fā)和燃燒所需的熱量。一次風(fēng)機(jī)由電動(dòng)機(jī)、葉輪、機(jī)殼、進(jìn)氣箱、集流器、基座、調(diào)節(jié)控制系統(tǒng)等組成。在大容量熱力發(fā)電機(jī)組中，一次風(fēng)系統(tǒng)通常采用兩臺(tái)動(dòng)葉可調(diào)的軸流式一次風(fēng)機(jī)并聯(lián)運(yùn)行，既可以適應(yīng)機(jī)組負(fù)荷的大范圍調(diào)節(jié)同時(shí)保持風(fēng)機(jī)的高效率。

在熱力發(fā)電機(jī)組中，一次風(fēng)通常分成兩路：一路經(jīng)空預(yù)器加熱后送往磨煤機(jī)，起干燥煤粉的作用；另外一路冷一次風(fēng)送往磨煤機(jī)入口與熱一次風(fēng)混合，來調(diào)節(jié)磨煤機(jī)內(nèi)風(fēng)粉混合物的溫度，預(yù)防煤粉燃燒或爆炸。

制粉系統(tǒng)各個(gè)磨煤機(jī)調(diào)節(jié)閥閥位、一次風(fēng)系統(tǒng)運(yùn)行模式、空預(yù)器的積灰等都會(huì)影響一次風(fēng)風(fēng)道的綜合阻力特性。在相同一次風(fēng)量下，一次風(fēng)機(jī)出口壓力隨著一次風(fēng)風(fēng)道的阻力增加而增大，可能會(huì)引發(fā)一次風(fēng)機(jī)失速，另在機(jī)組發(fā)生rb(當(dāng)機(jī)組主要輔機(jī)故障跳閘造成機(jī)組實(shí)發(fā)功率受到限制時(shí)(協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)在自動(dòng)狀態(tài))，為適應(yīng)設(shè)備出力，協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)強(qiáng)制將機(jī)組負(fù)荷減到尚在運(yùn)行的輔機(jī)所能承受的負(fù)荷目標(biāo)值。協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)的該功能稱為輔機(jī)故障減負(fù)荷(runback)，簡(jiǎn)稱rb。)時(shí)，跳閘磨煤機(jī)快速關(guān)閉冷、熱一次風(fēng)快關(guān)擋板，一次風(fēng)壓快速上升，從而更容易發(fā)生失速。嚴(yán)重的風(fēng)機(jī)失速會(huì)危及機(jī)組的安全運(yùn)行，電廠通常采用失速探針和差壓開關(guān)判斷失速信號(hào)，可靠性較差；失速在運(yùn)行過程中具有快速惡化的特性，運(yùn)行人員很難很好提前采取應(yīng)對(duì)措施。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是，提供一種一次風(fēng)系統(tǒng)中一次風(fēng)機(jī)失速的預(yù)防方法，該預(yù)防方法實(shí)時(shí)監(jiān)控風(fēng)機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)，使風(fēng)機(jī)運(yùn)行在安全的區(qū)間，當(dāng)風(fēng)機(jī)出現(xiàn)失速的狀況時(shí)，能夠及時(shí)提醒工作人員采取相應(yīng)的措施或做好事故預(yù)想，避免造成風(fēng)機(jī)在運(yùn)行過程中快速惡化。

本發(fā)明的技術(shù)解決方案是，提供一種具有以下結(jié)構(gòu)的一次風(fēng)系統(tǒng)中一次風(fēng)機(jī)失速的預(yù)防方法，包括以下步驟：

步驟1：獲取并存儲(chǔ)風(fēng)機(jī)的臨界失速參數(shù)；所述的臨界失速參數(shù)包括動(dòng)葉開度o向量樣本，臨界失速流量q向量樣本及臨界失速壓力p向量樣本，分別對(duì)o-q，o-p，q-p，q-o，p-o，p-q進(jìn)行三次樣條插值，得到三次樣條函數(shù)foq，fop，fqp，fqo，fpo，fpq；

步驟2：獲取一次風(fēng)系統(tǒng)歷史運(yùn)行模式和歷史運(yùn)行工況樣本，并對(duì)歷史運(yùn)行工況樣本進(jìn)行數(shù)據(jù)清洗和歸一化處理，然后存儲(chǔ)處理結(jié)果；

步驟3：選擇需要計(jì)算安全區(qū)間的調(diào)節(jié)閥、關(guān)斷閥和阻力參數(shù)，并配置各自的相似運(yùn)行工況子空間元素和相似度；

步驟4：獲取一次風(fēng)機(jī)當(dāng)前的控制方式；

步驟5：獲取a一次風(fēng)機(jī)和b一次風(fēng)機(jī)的運(yùn)行工況，分別計(jì)算a一次風(fēng)機(jī)和b一次風(fēng)機(jī)的安全區(qū)間；

步驟6：計(jì)算選擇的調(diào)節(jié)閥、關(guān)斷閥和阻力參數(shù)歷史安全區(qū)間和擬合安全區(qū)間；

步驟7：對(duì)各個(gè)區(qū)間進(jìn)行反歸一化計(jì)算，轉(zhuǎn)化成實(shí)際安全區(qū)間；

步驟8：展示步驟5風(fēng)機(jī)的安全區(qū)間的計(jì)算結(jié)果，當(dāng)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)超出安全區(qū)間時(shí)，進(jìn)行報(bào)警；

步驟9：采用先進(jìn)先出的方法，定期更新歷史數(shù)據(jù)庫(kù)。

采用以上結(jié)構(gòu)后，本發(fā)明的一次風(fēng)系統(tǒng)中一次風(fēng)機(jī)失速的預(yù)防方法，與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有以下優(yōu)點(diǎn)：

本發(fā)明的一次風(fēng)系統(tǒng)中一次風(fēng)機(jī)失速的預(yù)防方法通過實(shí)時(shí)綜合計(jì)算一次風(fēng)系統(tǒng)逐條調(diào)節(jié)閥、關(guān)斷閥、阻力參數(shù)和風(fēng)機(jī)參數(shù)的安全區(qū)間并產(chǎn)生超范圍報(bào)警。在當(dāng)前運(yùn)行模式和運(yùn)行工況下，系統(tǒng)各個(gè)主要調(diào)節(jié)閥、關(guān)斷閥、阻力參數(shù)和風(fēng)機(jī)參數(shù)在安全區(qū)間內(nèi)變化，不會(huì)造成任何一臺(tái)風(fēng)機(jī)失速。如果超出安全區(qū)間，則有可能造成風(fēng)機(jī)失速，產(chǎn)生報(bào)警，提醒操作人員在提前采取相應(yīng)的措施或做好事故預(yù)想。操作人員可以通過實(shí)時(shí)觀察一次風(fēng)系統(tǒng)中調(diào)節(jié)閥、關(guān)斷閥和風(fēng)機(jī)參數(shù)的安全區(qū)間和參數(shù)在安全區(qū)間的位置，從容進(jìn)行相應(yīng)的操作。可以通過實(shí)時(shí)觀察阻力參數(shù)的安全區(qū)間的位置，及時(shí)進(jìn)行相應(yīng)的操作，改善相關(guān)設(shè)備的性能。

作為改進(jìn)，步驟2中獲取一次風(fēng)系統(tǒng)歷史運(yùn)行模式和歷史運(yùn)行工況樣本，并對(duì)歷史運(yùn)行工況樣本進(jìn)行數(shù)據(jù)清洗和歸一化處理，然后存儲(chǔ)處理結(jié)果，具體方法如下：步驟2.1：采集最近一年一次風(fēng)系統(tǒng)運(yùn)行模式和運(yùn)行工況樣本；步驟2.2：若一次風(fēng)系統(tǒng)采用質(zhì)量流量表示，那么把a(bǔ)一次風(fēng)機(jī)流量、b一次風(fēng)機(jī)流量、a磨煤機(jī)空氣流量、b磨煤機(jī)空氣流量、c磨煤機(jī)空氣流量、d磨煤機(jī)空氣流量、e磨煤機(jī)空氣流量、f磨煤機(jī)空氣流量轉(zhuǎn)換成流量計(jì)附近的溫度壓力下的體積流量；步驟2.3：剔除機(jī)組負(fù)荷小于10％額定負(fù)荷的樣本和一次風(fēng)機(jī)開度小于20％的樣本；步驟2.4：對(duì)一次風(fēng)系統(tǒng)運(yùn)行工況各個(gè)測(cè)點(diǎn)數(shù)據(jù)進(jìn)行z標(biāo)準(zhǔn)化計(jì)算，剔除含有標(biāo)準(zhǔn)差大于3的測(cè)點(diǎn)的樣本；步驟2.5：對(duì)一次風(fēng)系統(tǒng)運(yùn)行工況各個(gè)測(cè)點(diǎn)數(shù)據(jù)進(jìn)行歸一化計(jì)算；步驟2.6：得到有效的歷史樣本集合ω，ω＝{(運(yùn)行模式，運(yùn)行工況)}。

作為改進(jìn)，步驟3中選擇需要計(jì)算安全區(qū)間的調(diào)節(jié)閥、關(guān)斷閥和阻力參數(shù)，并配置各自的相似運(yùn)行工況子空間元素和相似度的具體方法如下：步驟3.1：配置調(diào)節(jié)閥；選擇需要計(jì)算安全區(qū)間的調(diào)節(jié)閥并配置相似運(yùn)行工況子空間元素和相似度；步驟3.1.1：選擇需要計(jì)算安全區(qū)間的調(diào)節(jié)閥；步驟3.1.2：配置各調(diào)節(jié)閥的相似運(yùn)行工況子空間元素；步驟3.1.3：給定各個(gè)調(diào)節(jié)閥的相似度值g1；步驟3.2：配置關(guān)斷閥；選擇需要計(jì)算安全區(qū)間的關(guān)斷閥并配置相似運(yùn)行工況子空間元素和相似度；步驟3.2.1：選擇需要計(jì)算安全區(qū)間的關(guān)斷閥；步驟3.2.2：配置各關(guān)斷閥的相似運(yùn)行工況子空間元素；步驟3.2.3：給定各個(gè)關(guān)斷閥的相似度值g2；步驟3.3：配置阻力參數(shù)；選擇需要計(jì)算安全區(qū)間的阻力參數(shù)并配置相似運(yùn)行工況子空間元素和相似度；步驟3.3.1：選擇需要計(jì)算安全區(qū)間的阻力參數(shù)；步驟3.3.2：配置各阻力參數(shù)的相似運(yùn)行工況子空間元素；步驟3.3.3：給定各個(gè)阻力參數(shù)的相似度值g3。一次風(fēng)系統(tǒng)中，為了實(shí)現(xiàn)各種機(jī)組負(fù)荷的調(diào)整和運(yùn)行的優(yōu)化，要經(jīng)常調(diào)節(jié)各個(gè)調(diào)節(jié)閥和開關(guān)關(guān)斷閥；運(yùn)行過程中，阻力參數(shù)能夠反映一些設(shè)備部件的阻力性能的劣化參數(shù)和趨勢(shì)；在求解失速裕度的過程中，常常要求相似運(yùn)行工況子空間中的向量具有某種相似性，相似性度量常用歐氏距離或者加權(quán)歐氏距離表示；當(dāng)歐氏距離小于給定值g時(shí)，則認(rèn)為這些樣本和當(dāng)前工況在子空間中相似，可以聚成一類進(jìn)行分析比較；由于選擇的子空間向量的維度不盡相同，維度多的g盡量選擇大一些，反之則小一些；為了能夠?qū)Σ煌涌臻g相似性的大小能夠?qū)Ρ群蛥⒖?，定義參數(shù)的相似度，用相似性除子空間維數(shù)來表示；由于各個(gè)調(diào)節(jié)閥、關(guān)斷閥和阻力參數(shù)的子空間和相似度是不一樣的，故要根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行人員和專工分別定義，根據(jù)模型運(yùn)行情況，可以進(jìn)行局部調(diào)整和持續(xù)改進(jìn)，使模型趨于完善。

作為改進(jìn)，步驟4中一次風(fēng)機(jī)可以分成以下三種控制方式：①若機(jī)組穩(wěn)定運(yùn)行，一次風(fēng)機(jī)風(fēng)量穩(wěn)定或者設(shè)為定值投自動(dòng)，則稱為一次風(fēng)機(jī)的定流量控制方式；②若一次風(fēng)機(jī)出口壓力穩(wěn)定或設(shè)為定值投自動(dòng)，則稱為一次風(fēng)機(jī)的定壓力控制方式；③若一次風(fēng)機(jī)的動(dòng)葉調(diào)節(jié)閥處于手動(dòng)狀態(tài)，則稱為一次風(fēng)機(jī)的定閥位控制方式。

作為改進(jìn)，步驟5中獲取a一次風(fēng)機(jī)、b一次風(fēng)機(jī)的運(yùn)行工況，分別計(jì)算一次風(fēng)機(jī)的安全區(qū)間，具體方法如下：步驟5.1：若一次風(fēng)機(jī)為定流量控制方式，分別獲取a一次風(fēng)機(jī)、b一次風(fēng)機(jī)的流量，代入函數(shù)fqp和fqo中，分別求得一次風(fēng)機(jī)的臨界失速壓力和臨界失速開度；步驟5.2：若一次風(fēng)機(jī)為定壓力控制方式，分別獲取a一次風(fēng)機(jī)、b一次風(fēng)機(jī)的壓力，代入函數(shù)fpq和fpo中，分別求得一次風(fēng)機(jī)的臨界失速流量和臨界失速開度；步驟5.3：若一次風(fēng)機(jī)為定開度控制方式，分別獲取a一次風(fēng)機(jī)、b一次風(fēng)機(jī)的開度，代入函數(shù)foq和fop中，分別求得一次風(fēng)機(jī)的臨界失速流量和臨界失速壓力。這是常規(guī)的方法求取風(fēng)機(jī)的臨界狀態(tài)參數(shù)，可以實(shí)時(shí)計(jì)算，作為風(fēng)機(jī)避免失速的最后一道防線，提供操作人員作為參考。

作為改進(jìn)，步驟6中計(jì)算選擇的調(diào)節(jié)閥、關(guān)斷閥和和阻力參數(shù)歷史安全區(qū)間和擬合安全區(qū)間的具體方法如下：步驟6.1：計(jì)算調(diào)節(jié)閥歷史安全區(qū)間和擬合安全區(qū)間；步驟6.1.1：根據(jù)各個(gè)調(diào)節(jié)閥設(shè)定的相似運(yùn)行工況子空間，獲取并計(jì)算運(yùn)行工況子空間下的當(dāng)前向量與歷史樣本向量，以及之間的歐氏距離d，然后除該子空間的維數(shù)，得到各個(gè)歷史樣本的相似度s。例如當(dāng)前相似運(yùn)行工況子空間向量為x，第j個(gè)歷史子空間向量為xj，那么兩者的歐氏距離和相似度分別為dj和sj：

其中n為子空間的維數(shù)，k為維度的序數(shù)。步驟6.1.2：獲取與當(dāng)前運(yùn)行模式相同，s<g1的樣本的集合set1；步驟6.1.3：求集合set1中調(diào)節(jié)閥的最小開度a和最大開度b；步驟6.1.4：求a、b的反歸一化值，得到該調(diào)節(jié)閥的歷史安全區(qū)間；步驟6.1.5：獲取與當(dāng)前風(fēng)機(jī)控制方式相同、運(yùn)行模式相同、s<g1的樣本的集合set2；步驟6.1.6：根據(jù)風(fēng)機(jī)的控制方式，計(jì)算擬合安全區(qū)間；①若控制方式為定流量控制，則采用定流量擬合安全區(qū)間所定義的計(jì)算方法；②若控制方式定壓力控制方式，則采用定壓力擬合安全區(qū)間所定義的計(jì)算方法；③若控制方式為定閥位，則采用定開度擬合安全區(qū)間所定義的計(jì)算方法；步驟6.2：計(jì)算關(guān)斷閥歷史安全區(qū)間；步驟6.2.1：采取與步驟6.1.1相同的方法；步驟6.2.2：獲取與當(dāng)前風(fēng)機(jī)控制方式相同、運(yùn)行模式與假設(shè)關(guān)斷閥切換后的運(yùn)行模式相同、s<g2的樣本的集合set3；步驟6.2.3：如果set2中沒有風(fēng)機(jī)失速信號(hào)，則認(rèn)為關(guān)斷閥歷史安全區(qū)間為[0,1]；如果set2中有風(fēng)機(jī)失速信號(hào)，則關(guān)斷閥的設(shè)備狀態(tài)安全裕度為0，即該關(guān)斷閥不能進(jìn)行打開或者關(guān)閉切換操作，否則會(huì)引起風(fēng)機(jī)失速；步驟6.3：計(jì)算阻力參數(shù)歷史安全區(qū)間和擬合安全區(qū)間，方法與步驟6.1相同。歷史安全區(qū)間其實(shí)就是當(dāng)前狀態(tài)下，相似運(yùn)行工況子空間向量相似的、歷史樣本上該調(diào)節(jié)閥或者關(guān)斷閥或者阻力參數(shù)出現(xiàn)過的范圍，只要操作者單獨(dú)操作該閥門或者阻力參數(shù)在其他條件不變的情況下，惡化幅度在此范圍之內(nèi)，都是能夠保證風(fēng)機(jī)不出現(xiàn)失速的情況，故在此范圍內(nèi)，操作者可以自由操作，為操作者提供直觀的操作指導(dǎo)或者容忍的阻力參數(shù)惡化區(qū)間；擬合安全區(qū)間通過數(shù)據(jù)擬合的方式推測(cè)出調(diào)節(jié)閥或者關(guān)斷閥或者阻力參數(shù)允許變化的范圍，超出此范圍就極有可能使風(fēng)機(jī)產(chǎn)生失速；擬合安全區(qū)間內(nèi)的參數(shù)歷史樣本上并沒有出現(xiàn)過，如果閥門要操作到此區(qū)間或阻力參數(shù)惡化到此區(qū)間的邊界處，極有可能造成風(fēng)機(jī)失速，提醒操作員謹(jǐn)慎緩慢操作和密切關(guān)注阻力參數(shù)的惡化情況和趨勢(shì)；這樣做的優(yōu)點(diǎn)是實(shí)時(shí)展示閥門和阻力參數(shù)可能引起失速的邊界，并提醒操作員謹(jǐn)慎操作和密切關(guān)注參數(shù)動(dòng)向。

作為改進(jìn)，在步驟8中，安全區(qū)間內(nèi)的數(shù)據(jù)和超出安全區(qū)間的數(shù)據(jù)用不同的顏色來展示。這是數(shù)據(jù)展示的一種方法，方便操作者觀察當(dāng)前參數(shù)落在哪個(gè)區(qū)域內(nèi)，層次感強(qiáng)一些，如果數(shù)據(jù)落在危險(xiǎn)區(qū)域也可以采用聲光報(bào)警的方式警示操作員謹(jǐn)慎操作和調(diào)整。

作為改進(jìn)，步驟9中采用先進(jìn)先出的方法，定期更新歷史數(shù)據(jù)庫(kù)的具體方法如下：步驟9.1：實(shí)時(shí)采集運(yùn)行模式和運(yùn)行工況樣本，存儲(chǔ)樣本；步驟9.2：定期更新存儲(chǔ)的樣本到數(shù)據(jù)庫(kù)中；步驟9.3：采用先進(jìn)先出的方法，刪除超過三年的樣本數(shù)據(jù)；步驟9.4：重復(fù)步驟2。由于系統(tǒng)運(yùn)行的過程中，性能狀態(tài)是緩慢不斷變化的，采取最新的樣本更能代表系統(tǒng)的性能狀態(tài)。

附圖說明

圖1為本發(fā)明的一次風(fēng)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合具體實(shí)施例和附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說明。

如圖1所示，本發(fā)明為一次風(fēng)系統(tǒng)中一次風(fēng)機(jī)失速的預(yù)防方法，把一次風(fēng)經(jīng)過的一次風(fēng)機(jī)、空預(yù)器、磨煤機(jī)、密封風(fēng)機(jī)、暖風(fēng)機(jī)以及連接的管道閥門、附屬設(shè)備等稱為一次風(fēng)系統(tǒng)。

本發(fā)明一次風(fēng)系統(tǒng)中一次風(fēng)機(jī)失速的預(yù)防方法，包括以下步驟：

步驟1：獲取并存儲(chǔ)通過廠家資料或者現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)得到的風(fēng)機(jī)的臨界失速參數(shù)。臨界失速參數(shù)為多個(gè)(動(dòng)葉開度o，臨界失速流量q，臨界失速壓力p)向量樣本，分別對(duì)o-q，o-p，q-p，q-o，p-o，p-q進(jìn)行三次樣條插值，得到三次樣條函數(shù)foq，fop，fqp，fqo，fpo，fpq，分別用于求定開度下的失速流量，定開度下的失速壓力，定流量下的失速壓力，定流量下的失速開度，定壓力下的失速開度和定壓力下的失速流量，方便a、b一次風(fēng)機(jī)臨界失速參數(shù)的查詢。

步驟2：獲取一次風(fēng)系統(tǒng)歷史運(yùn)行模式和歷史運(yùn)行工況樣本，并對(duì)歷史運(yùn)行工況樣本進(jìn)行數(shù)據(jù)清洗和歸一化處理，然后存儲(chǔ)處理結(jié)果。數(shù)據(jù)清洗是指發(fā)現(xiàn)并糾正數(shù)據(jù)文件中可識(shí)別的錯(cuò)誤的最后一道程序，包括檢查數(shù)據(jù)一致性，處理無效值和缺失值等。

運(yùn)行模式為運(yùn)行模式向量的簡(jiǎn)稱，指一次風(fēng)系統(tǒng)中各個(gè)風(fēng)機(jī)電機(jī)、空預(yù)器電機(jī)、磨煤機(jī)電機(jī)、關(guān)斷閥的狀態(tài)組成的一個(gè)向量，表征一次風(fēng)系統(tǒng)的設(shè)備和關(guān)斷閥狀態(tài)，稱為運(yùn)行模式向量，簡(jiǎn)稱運(yùn)行模式，用mode表示，mode＝(m，v，h)。m是一次風(fēng)系統(tǒng)中主設(shè)備的啟停狀態(tài)，m＝(a一次風(fēng)機(jī)啟停，b一次風(fēng)機(jī)啟停，a空預(yù)器啟停，b空預(yù)器啟停，a磨煤機(jī)啟停，b磨煤機(jī)啟停，c磨煤機(jī)啟停，d磨煤機(jī)啟停，e磨煤機(jī)啟停，f磨煤機(jī)啟停，a密封風(fēng)機(jī)啟停，b密封風(fēng)機(jī)啟停)，啟停分別用0和1表示；v是一次風(fēng)系統(tǒng)中關(guān)斷閥的狀態(tài)，v＝(風(fēng)機(jī)聯(lián)絡(luò)門，a一次風(fēng)機(jī)出口擋板，b一次風(fēng)機(jī)出口擋板，a一次風(fēng)機(jī)側(cè)冷風(fēng)擋板，b一次風(fēng)機(jī)側(cè)冷風(fēng)擋板，a空預(yù)器出口擋板，b空預(yù)器出口擋板)，開關(guān)分別用0和1表示；h是一次風(fēng)系統(tǒng)暖風(fēng)器的啟停狀態(tài)。

運(yùn)行工況為運(yùn)行工況向量的簡(jiǎn)稱，指當(dāng)前運(yùn)行模式下，系統(tǒng)中所有測(cè)量的電流、調(diào)節(jié)閥開度、溫度、壓力、流量、差壓按照指定順序組成的向量，用c向量表示，稱為運(yùn)行工況向量，簡(jiǎn)稱運(yùn)行工況，反映了整個(gè)一次風(fēng)系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)。

獲取一次風(fēng)系統(tǒng)歷史運(yùn)行模式和歷史運(yùn)行工況樣本，并對(duì)歷史運(yùn)行工況樣本進(jìn)行數(shù)據(jù)清洗和歸一化處理，然后存儲(chǔ)處理結(jié)果，的具體方法如下：

步驟2.1：采集最近一年運(yùn)行模式和運(yùn)行工況樣本，采樣周期通常為10min；一年的樣本基本上能夠涵蓋了一次風(fēng)系統(tǒng)正常運(yùn)行的各個(gè)工況，如果機(jī)組一年中停機(jī)時(shí)間比較長(zhǎng)或者變工況運(yùn)行時(shí)間比較少，采集的一年樣本不足以涵蓋一次風(fēng)系統(tǒng)的各個(gè)工況，可以適當(dāng)放長(zhǎng)采集的樣本時(shí)間跨度，使得采集的樣本能夠充分代表系統(tǒng)最新的工況。

步驟2.2：若一次風(fēng)系統(tǒng)采用質(zhì)量流量表示，那么把a(bǔ)一次風(fēng)機(jī)流量、b一次風(fēng)機(jī)流量、a磨煤機(jī)空氣流量、b磨煤機(jī)空氣流量、c磨煤機(jī)空氣流量、d磨煤機(jī)空氣流量、e磨煤機(jī)空氣流量、f磨煤機(jī)空氣流量轉(zhuǎn)換成流量計(jì)附近的溫度壓力下的體積流量；空氣在管道內(nèi)流動(dòng)時(shí)，單位管道的阻力可以采用以下公式計(jì)算：，其中rm為單位管道的阻力，u為管道內(nèi)的平均流速，ρ為空氣的密度，λ為摩擦阻力系數(shù)，rs為管道的水力半徑；局部阻力可以采用以下公式計(jì)算：其中z為局部阻力，ξ為局部阻力系數(shù)；當(dāng)管道阻力特性和流體物性參數(shù)一致時(shí)，總阻力正比于流速的平方，也即正比于體積流量的平方。通過轉(zhuǎn)換成體積流量，方便后面的數(shù)據(jù)處理。

步驟2.3：剔除機(jī)組負(fù)荷小于10％額定負(fù)荷的樣本和一次風(fēng)機(jī)開度小于20％的樣本。工程實(shí)際經(jīng)驗(yàn)中，風(fēng)機(jī)動(dòng)葉開度小于20％的情況下，造成的失速對(duì)系統(tǒng)的影響很小，通常不用做相應(yīng)的處理。

步驟2.4：對(duì)運(yùn)行工況各個(gè)測(cè)點(diǎn)數(shù)據(jù)進(jìn)行z標(biāo)準(zhǔn)化計(jì)算，剔除含有標(biāo)準(zhǔn)差大于3的測(cè)點(diǎn)的樣本；剔除數(shù)據(jù)中可能為數(shù)據(jù)噪聲的數(shù)據(jù)。工況各個(gè)測(cè)點(diǎn)是指：除運(yùn)行模式之外的系統(tǒng)內(nèi)所有的測(cè)點(diǎn)，一次風(fēng)系統(tǒng)建成之后，所有的測(cè)點(diǎn)就已經(jīng)確定下來了。

步驟2.5：對(duì)運(yùn)行工況各個(gè)測(cè)點(diǎn)數(shù)據(jù)進(jìn)行歸一化計(jì)算；把數(shù)據(jù)放置一個(gè)相同的尺度內(nèi)進(jìn)行比較，方便后面相似度的比較。

步驟2.6：得到有效的歷史樣本集合ω，ω＝{(運(yùn)行模式，運(yùn)行工況)}；

步驟3：選擇需要計(jì)算安全區(qū)間的調(diào)節(jié)閥、關(guān)斷閥和阻力參數(shù)，并配置各自的相似運(yùn)行工況子空間元素和相似度。

相似運(yùn)行工況子空間，是指部分運(yùn)行工況變量張成的子空間。在求解失速裕度的過程中，常常要求相似運(yùn)行工況子空間中的向量具有某種相似性。例如求解a空預(yù)器差壓失速裕度時(shí)，要求a-f熱風(fēng)調(diào)節(jié)門、冷風(fēng)調(diào)節(jié)門、流量和一次風(fēng)總量的共19個(gè)變量組成的向量相似，相似性度量常用歐氏距離表示。當(dāng)歐氏距離小于給定值g時(shí)，則認(rèn)為這些樣本和當(dāng)前工況在子空間中相似，可以聚成一類進(jìn)行分析比較。

失速裕度是閥位失速裕度、阻力參數(shù)失速裕度和設(shè)備狀態(tài)失速裕度的統(tǒng)稱。閥位失速裕度是指在當(dāng)前運(yùn)行工況下，運(yùn)行模式不變，假設(shè)連續(xù)調(diào)節(jié)某個(gè)調(diào)節(jié)閥，以致造成任一臺(tái)一次風(fēng)機(jī)失速，則稱此調(diào)節(jié)開度與當(dāng)前開度的偏差為閥位失速裕度。阻力參數(shù)失速裕度是指在當(dāng)前運(yùn)行工況下，運(yùn)行模式不變，假設(shè)某個(gè)參數(shù)持續(xù)惡化，以致造成任一臺(tái)一次風(fēng)機(jī)失速，則稱此參數(shù)與參數(shù)的偏差為阻力參數(shù)失速裕度。例如空預(yù)器由于積灰的不斷加劇，差壓不斷升高，造成管道阻力增大以至于風(fēng)機(jī)失速，則稱風(fēng)機(jī)失速時(shí)空預(yù)器的差壓與當(dāng)前的差壓的差值稱為空預(yù)器差壓失速裕度。設(shè)備狀態(tài)失速裕度指在當(dāng)前運(yùn)行工況下，運(yùn)行模式中單個(gè)設(shè)備的狀態(tài)切換，如果造成任一臺(tái)一次風(fēng)機(jī)失速，則稱設(shè)備狀態(tài)失速裕度。例如空預(yù)器關(guān)閉a空預(yù)器出口關(guān)斷門，造成其中一次風(fēng)機(jī)失速，則a空預(yù)器失速裕度為0；又如關(guān)閉一次風(fēng)聯(lián)絡(luò)門，不會(huì)造成風(fēng)機(jī)失速，則一次風(fēng)聯(lián)絡(luò)門的狀態(tài)失速裕度為-1。

安全區(qū)間是指當(dāng)前運(yùn)行模式和運(yùn)行工況下，閥位或參數(shù)或設(shè)備狀態(tài)的狀態(tài)參數(shù)h加上正負(fù)失速裕度構(gòu)成的區(qū)間，稱為安全區(qū)間，即(h+low，h+top)，low為下失速裕度，top為上失速裕度。

選擇需要計(jì)算安全區(qū)間的調(diào)節(jié)閥、關(guān)斷閥和和阻力參數(shù)，并配置各自的相似運(yùn)行工況子空間元素和相似度的具體方法如下：

步驟3.1：配置調(diào)節(jié)閥。選擇需要計(jì)算安全區(qū)間的調(diào)節(jié)閥并配置相似運(yùn)行工況子空間元素和相似度。一次風(fēng)系統(tǒng)主要的調(diào)節(jié)閥有：a-f各臺(tái)磨煤機(jī)的冷一次風(fēng)調(diào)節(jié)門、熱一次風(fēng)調(diào)節(jié)門、暖風(fēng)器調(diào)節(jié)門。由于調(diào)節(jié)閥的閥位變化，會(huì)影響一次風(fēng)系統(tǒng)的阻力特性，故每個(gè)調(diào)節(jié)閥都要單獨(dú)設(shè)置。

步驟3.1.1：選擇需要計(jì)算安全區(qū)間的調(diào)節(jié)閥，通常為a-f各臺(tái)磨煤機(jī)的冷一次風(fēng)調(diào)節(jié)門、熱一次風(fēng)調(diào)節(jié)門、暖風(fēng)器調(diào)節(jié)門。

步驟3.1.2：配置各調(diào)節(jié)門的相似運(yùn)行工況子空間元素，通常配置為其他磨煤機(jī)的調(diào)節(jié)閥開度、流量和空預(yù)器差壓。例如a磨煤機(jī)的熱風(fēng)調(diào)節(jié)門的相似運(yùn)行工況子空間可以配置為b-f熱風(fēng)調(diào)節(jié)門、冷風(fēng)調(diào)節(jié)門、流量和空預(yù)器差壓共17個(gè)變量。

步驟3.1.3：給定各個(gè)調(diào)節(jié)閥的相似度值g1，通常統(tǒng)一設(shè)置為0.05。

步驟3.2：配置關(guān)斷閥。選擇需要計(jì)算安全區(qū)間的關(guān)斷閥并配置相似運(yùn)行工況子空間元素和相似度。一次風(fēng)系統(tǒng)主要的關(guān)斷閥有：a-f各臺(tái)磨煤機(jī)的一次風(fēng)調(diào)節(jié)閥密封風(fēng)門、磨煤機(jī)密封風(fēng)門、給煤機(jī)密封風(fēng)門。由于關(guān)斷閥的閥位變化，會(huì)影響一次風(fēng)系統(tǒng)的阻力特性，故每個(gè)調(diào)節(jié)閥都要單獨(dú)設(shè)置。

步驟3.2.1：選擇需要計(jì)算安全區(qū)間的關(guān)斷閥，通常為a-f各臺(tái)磨煤機(jī)的一次風(fēng)調(diào)節(jié)閥密封風(fēng)門、磨煤機(jī)密封風(fēng)門、給煤機(jī)密封風(fēng)門。

步驟3.2.2：配置各關(guān)斷門的相似運(yùn)行工況子空間元素，通常配置為其他磨煤機(jī)的調(diào)節(jié)閥開度、流量和空預(yù)器差壓。例如a磨煤機(jī)的一次風(fēng)調(diào)節(jié)閥密封風(fēng)門的相似運(yùn)行工況子空間可以配置為b-f熱風(fēng)調(diào)節(jié)門、冷風(fēng)調(diào)節(jié)門、流量和空預(yù)器差壓的共17個(gè)變量。

步驟3.2.3：給定各個(gè)調(diào)節(jié)閥的相似度值g2，通常統(tǒng)一設(shè)置為0.05。

步驟3.3：配置阻力參數(shù)。選擇需要計(jì)算安全區(qū)間的阻力參數(shù)并配置相似運(yùn)行工況子空間元素和相似度。一次風(fēng)系統(tǒng)主要的阻力參數(shù)有：a空預(yù)器差壓、b空預(yù)器差壓、a密封風(fēng)機(jī)濾網(wǎng)差壓和b密封風(fēng)機(jī)濾網(wǎng)差壓、爐膛壓力等。隨著空預(yù)器或密封風(fēng)機(jī)積灰的增加，差壓增大，影響一次風(fēng)系統(tǒng)的阻力特性，故每個(gè)阻力參數(shù)都要單獨(dú)設(shè)置。

步驟3.3.1：選擇需要計(jì)算安全區(qū)間的阻力參數(shù)，通常為a空預(yù)器差壓、b空預(yù)器差壓、a密封風(fēng)機(jī)濾網(wǎng)差壓和b密封風(fēng)機(jī)濾網(wǎng)差壓、爐膛壓力。

步驟3.3.2：配置各阻力參數(shù)的相似運(yùn)行工況子空間元素，通常配置為a-f磨煤機(jī)的調(diào)節(jié)閥開度、流量、一次風(fēng)流量。例如a空預(yù)器差壓的相似運(yùn)行工況子空間可以配置為a-f熱風(fēng)調(diào)節(jié)門、冷風(fēng)調(diào)節(jié)門、流量和一次風(fēng)總量的共19個(gè)變量。

步驟3.3.3：給定各個(gè)阻力參數(shù)的相似度值g3，通常統(tǒng)一設(shè)置為0.05。

步驟4：獲取一次風(fēng)機(jī)當(dāng)前的控制方式。一次風(fēng)機(jī)可以分成以下三種控制方式：①若機(jī)組穩(wěn)定運(yùn)行，一次風(fēng)量穩(wěn)定或者設(shè)為定值投自動(dòng)，則稱為一次風(fēng)機(jī)的定流量控制方式；②若一次風(fēng)機(jī)出口壓力穩(wěn)定或設(shè)為定值投自動(dòng)，則稱為一次風(fēng)機(jī)的定壓力控制方式；③若一次風(fēng)機(jī)的動(dòng)葉調(diào)節(jié)閥處于手動(dòng)狀態(tài)，則稱為一次風(fēng)機(jī)的定閥位控制方式。

步驟5：獲取a、b一次風(fēng)機(jī)的運(yùn)行工況，分別計(jì)算風(fēng)機(jī)的安全區(qū)間。具體方法如下：

步驟5.1：若一次風(fēng)機(jī)為定流量控制方式，分別獲取a、b一次風(fēng)機(jī)的流量，代入函數(shù)fqp和fqo，分別求得風(fēng)機(jī)的臨界失速壓力和臨界失速開度。

步驟5.2：若一次風(fēng)機(jī)為定壓力控制方式，分別獲取a、b一次風(fēng)機(jī)的壓力，代入函數(shù)fpq和fpo，分別求得風(fēng)機(jī)的臨界失速流量和臨界失速開度。

步驟5.3：若一次風(fēng)機(jī)為定開度控制方式，分別獲取a、b一次風(fēng)機(jī)的開度，代入函數(shù)foq和fop，分別求得風(fēng)機(jī)的臨界失速流量和臨界失速壓力。

步驟6：計(jì)算選擇的調(diào)節(jié)閥、關(guān)斷閥和和阻力參數(shù)歷史安全區(qū)間和擬合安全區(qū)間。

歷史安全區(qū)間是指當(dāng)前運(yùn)行模式下，根據(jù)閥位或參數(shù)x所配置的運(yùn)行工況向量子空間以及給定的相似性值，對(duì)歷史樣本子空間向量進(jìn)行聚類的得到樣本集合，求集合中該參數(shù)的最大值max(x)最小值min(x)，得到區(qū)間(min(x),max(x))，稱為x的歷史安全區(qū)間。

擬合安全區(qū)間，定流量擬合安全區(qū)間、定壓力擬合安全區(qū)間、定開度擬合安全區(qū)間統(tǒng)稱為擬合安全區(qū)間，實(shí)際采用哪一個(gè)取決于風(fēng)機(jī)的當(dāng)前控制方式。

定流量擬合安全區(qū)間是指當(dāng)前運(yùn)行模式下，

①跟據(jù)閥位或參數(shù)x所配置的運(yùn)行工況向量子空間以及給定的相似性值，對(duì)歷史樣本子空間向量進(jìn)行聚類的得到樣本集合；

②通過步驟1中的fqp函數(shù)計(jì)算得到臨界失速壓力p；

③擬合集合樣本中的風(fēng)機(jī)壓力-x曲線，代入臨界失速壓力p求得x0，若x0>x增大，那么稱(inf{x}，x0)區(qū)間為定流量擬合安全區(qū)間，inf{x}為參數(shù)x的下確界；

④若x0<x增大，那么(x0，sub{x})區(qū)間為定流量擬合安全區(qū)間，sub{x}為參數(shù)x的上確界。定流量擬合安全區(qū)間常用于機(jī)組負(fù)荷不變的情況。

定壓力擬合安全區(qū)間是指當(dāng)前運(yùn)行模式下，

①根據(jù)閥位或參數(shù)x所配置的運(yùn)行工況向量子空間以及給定的相似性值，對(duì)歷史樣本子空間向量進(jìn)行聚類的得到樣本集合；

②通過步驟1中的fpq函數(shù)計(jì)算得到臨界失速流量q；

③擬合集合樣本中的風(fēng)機(jī)流量-x曲線，代入臨界失速流量q求得x0，若x0>x增大，那么稱(inf{x}，x0)區(qū)間為定流量擬合安全區(qū)間，inf{x}為參數(shù)x的下確界；

④若x0<x增大，那么(x0，sub{x})區(qū)間為定流量擬合安全區(qū)間，sub{x}為參數(shù)x的上確界。定壓力擬合安全區(qū)間常用于風(fēng)機(jī)出口壓力設(shè)定為定值，風(fēng)機(jī)投自動(dòng)的情況。

定開度擬合安全區(qū)間是指當(dāng)前運(yùn)行模式下，

①根據(jù)閥位或參數(shù)x所配置的運(yùn)行工況向量子空間以及給定的相似性值，對(duì)歷史樣本子空間向量進(jìn)行聚類的得到樣本集合；

②通過步驟1中的foq函數(shù)計(jì)算得到臨界失速流量q；

③擬合集合樣本中的風(fēng)機(jī)流量-x曲線，代入臨界失速流量q求得x0，若x0>x增大，那么稱(inf{x}，x0)區(qū)間為定流量擬合安全區(qū)間，inf{x}為參數(shù)x的下確界；

④若x0<x增大，那么(x0，sub{x})區(qū)間為定流量擬合安全區(qū)間，sub{x}為參數(shù)x的上確界。定壓力擬合安全區(qū)間常用于風(fēng)機(jī)出口壓力設(shè)定為定值，風(fēng)機(jī)投自動(dòng)的情況。定開度擬合安全區(qū)間常用于兩臺(tái)風(fēng)機(jī)開度為手動(dòng)，開度不變的情況。

計(jì)算選擇的調(diào)節(jié)閥、關(guān)斷閥和和阻力參數(shù)歷史安全區(qū)間和擬合安全區(qū)間，具體方法如下：

步驟6.1：計(jì)算調(diào)節(jié)閥歷史安全區(qū)間和擬合安全區(qū)間

步驟6.1.1：根據(jù)各個(gè)調(diào)節(jié)閥設(shè)定的相似運(yùn)行工況子空間，獲取并計(jì)算運(yùn)行工況子空間下的當(dāng)前向量與歷史樣本向量，以及之間的歐氏距離d，然后除該子空間的維數(shù)，得到各個(gè)歷史樣本的相似度s。例如當(dāng)前相似運(yùn)行工況子空間向量為x，第j個(gè)歷史子空間向量為xj，那么兩者的歐氏距離和相似度分別為dj和sj：

其中n為子空間的維數(shù)，k為維度的序數(shù)。

步驟6.1.2：獲取與當(dāng)前運(yùn)行模式相同，s<g1的樣本的集合set1；

步驟6.1.3：求集合set1中調(diào)節(jié)閥的最小開度a和最大開度b；

步驟6.1.4：求a、b的反歸一化值，得到該調(diào)節(jié)閥的歷史安全區(qū)間。

步驟6.1.5：獲取與當(dāng)前風(fēng)機(jī)控制方式相同、運(yùn)行模式相同、s<g1的樣本的集合set2；

步驟6.1.6：根據(jù)風(fēng)機(jī)的控制方式，計(jì)算擬合安全區(qū)間。①若控制方式為定流量控制，則采用定流量擬合安全區(qū)間所定義的計(jì)算方法；②若控制方式定壓力控制方式，則采用定壓力擬合安全區(qū)間所定義的計(jì)算方法；③若控制方式為定閥位，則采用定開度擬合安全區(qū)間所定義的計(jì)算方法。

步驟6.2：計(jì)算關(guān)斷閥歷史安全區(qū)間；

步驟6.2.1：采取與步驟6.1.1相同的方法；

步驟6.2.2：獲取與當(dāng)前風(fēng)機(jī)控制方式相同、運(yùn)行模式與假設(shè)關(guān)斷閥切換后的運(yùn)行模式相同、s<g2的樣本的集合set3；

步驟6.2.3：如果set2中沒有風(fēng)機(jī)失速信號(hào)，則認(rèn)為關(guān)斷閥歷史安全區(qū)間為[0,1]；如果set2中有風(fēng)機(jī)失速信號(hào)，則關(guān)斷閥的設(shè)備狀態(tài)安全裕度為0，即該關(guān)斷閥不能進(jìn)行打開或者關(guān)閉切換操作，否則會(huì)引起風(fēng)機(jī)失速。

步驟6.3：計(jì)算阻力參數(shù)歷史安全區(qū)間和擬合安全區(qū)間，方法與步驟6.1相同。

步驟7：對(duì)各個(gè)區(qū)間進(jìn)行反歸一化計(jì)算，轉(zhuǎn)化成實(shí)際安全區(qū)間。所述的各個(gè)區(qū)間是指上述的調(diào)節(jié)閥、關(guān)斷閥和和阻力參數(shù)歷史安全區(qū)間和擬合安全區(qū)間。

步驟8：數(shù)據(jù)展示和報(bào)警。在計(jì)算機(jī)上以綠色表示歷史安全區(qū)間，表示安全區(qū)域；擬合安全區(qū)間與歷史安全區(qū)間之間的差集用紅色表示，表示謹(jǐn)慎操作，防止失速發(fā)生；根據(jù)風(fēng)機(jī)的控制方式，展示步驟5風(fēng)機(jī)的安全區(qū)間計(jì)算結(jié)果，靠近失速點(diǎn)的20％區(qū)間用紅色表示，其他80％區(qū)間用綠色表示；當(dāng)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)落在紅色區(qū)間時(shí)，產(chǎn)生報(bào)警。

步驟9：采用先進(jìn)先出的方法，定期更新歷史數(shù)據(jù)庫(kù)。具體方法如下：

步驟9.1：實(shí)時(shí)采集運(yùn)行模式和運(yùn)行工況樣本，采樣周期通常為10min，存儲(chǔ)樣本；

步驟9.2：定期更新存儲(chǔ)的樣本到數(shù)據(jù)庫(kù)中，通常周期為1周；

步驟9.3：采用先進(jìn)先出的方法，刪除超過三年的樣本數(shù)據(jù)；

步驟9.4：重復(fù)步驟2。

表1一次風(fēng)系統(tǒng)運(yùn)行模式有關(guān)的變量

其中,運(yùn)行模式向量mode為：

mode＝(m，v，h)＝(m1,m2,…,m12,v0,v1,…,v6,h1,h2,…,h6)，其中m＝(m1,m2,…,m12),表示一次風(fēng)系統(tǒng)電機(jī)運(yùn)行模式向量；v＝(v0,v1,…,v6),表示一次風(fēng)系統(tǒng)關(guān)斷閥運(yùn)行模式向量；h＝(h1,h2,…,h6),表示一次風(fēng)系統(tǒng)暖風(fēng)器運(yùn)行模式向量；運(yùn)行模式向量維度為n＝25.

表2一次風(fēng)系統(tǒng)運(yùn)行工況有關(guān)的變量

其中,運(yùn)行工況向量c為：

c＝(p，dp，q，o)＝(p1,p2,…,p7,dp1,dp2,…,dp6,q1,q2,…,q60,o1,o2,…,o63),其中p＝(p1,p2,…,p7),表示一次風(fēng)系統(tǒng)部分壓力運(yùn)行工況向量；dp＝(dp1,dp2,…,dp6),表示一次風(fēng)系統(tǒng)差壓運(yùn)行工況向量；q＝(q1,q2,…,q60),表示一次風(fēng)系統(tǒng)流量運(yùn)行工況向量；o＝(o1,o2,…,o63),表示一次風(fēng)系統(tǒng)調(diào)節(jié)閥開度運(yùn)行工況向量；運(yùn)行工況向量維度為n＝40.

表3a、b一次風(fēng)機(jī)臨界失速參數(shù)