一种燃气轮机电厂智能运维装置系统及运行方法与流程

本发明涉及燃气轮机电厂运维，尤其涉及一种燃气轮机电厂智能运维装置系统及运行方法。

背景技术：

1、目前多数燃气轮机电厂对燃气轮机的运维采用计划性检修方式，检修计划和检修周期严格按照制造商在技术合同文件中所规定的条件即等效运行时间或等效启动次数来确定。业主在运行维修方面并没有自主权，因此检修成本很高，严重影响电厂的经济效益。

2、现代维修理念以运行可靠性为中心，根据设备运行情况，采取状态监控、视情维修和定期维修相结合的综合维护方式。通过收集和分析燃气轮机运行海量数据，充分提取有用价值信息，开展燃气轮机运行状态的智能分析诊断，及时了解机组的运行现状及潜在问题，从而更高效准确地制定运维策略。

3、基于以上理念，国内部分燃气轮机电厂积极开发运维平台。

4、cn110207996a公开了一种燃气轮机故障预警方法和装置，该方法包括：检测所述燃气轮机的多组当前参数；根据通过所述燃气轮机的多组正常参数得到的基准空间，计算所述燃气轮机的多组当前参数的马氏距离；基于所述基准空间，根据所述当前参数的马氏距离确定所述燃气轮机是否故障，可以实现燃气轮机的故障预警和诊断，保证燃气轮机的运行安全。

5、cn114118455a公开了一种基于区块链的燃气轮机智能运维系统，包括：管理子系统、多个协作子系统，以及区块链子系统，其中，区块链子系统包括：多个区块链节点，用于存储协作子系统的自有评估规则；协作子系统，用于获取自有燃气轮机数据，将自有燃气轮机数据上报至管理子系统；管理子系统，用于确定协作子系统所对应区块链节点，根据所对应区块链节点中自有评估规则对自有燃气轮机数据进行评估处理，以得到第一评估结果，并根据其他评估规则对自有燃气轮机数据进行评估处理，以得到第二评估结果，以及根据第一评估结果和第二评估结果生成目标运维结果，能够有效地减少燃气轮机运维决策的偏差，有效地保障燃气轮机运维结果的正确性、真实性和可信度。

6、cn112052628a公开了一种基于知识+数据的燃气轮机气路故障预测诊断方法，包括，基于气路可测参数、部件特性线的自适应热力建模策略构建待诊断对象的燃气轮机气热力模型；将所述燃气轮机气热力模型作为模拟各种气路故障的基准模型；利用所述基准模型，通过设置不同的部件健康参数数值、模型入口边界条件，形成数据集；利用机器学习或深度学习的手段来回归建模，训练得到燃气轮机气路故障预测诊断模型；将训练完成的所述预测诊断模型部署到对应燃气轮机气电厂中，随着机组运行，所述预测诊断模型实时预测诊断出各部件的所述健康参数向量。

7、但是现有的燃气轮机智能运维平台还存在性能分析模型精度不够以及智能预警算法漏报或误报率高等问题。

8、因此，开发一种燃气轮机高精度性能分析模型，提前预警各种异常问题的燃气轮机电厂智能运维装置系统及运行方法具有重要意义。

技术实现思路

1、鉴于现有技术中存在的问题，本发明提供一种燃气轮机电厂智能运维装置系统及运行方法，对燃气轮机数据进行深度挖掘，建立燃气轮机高精度性能分析模型，对燃气轮机的性能指标进行实时在线计算和分析，建立燃气轮机关键部件智能预警模型，提前预警压气机喘振、压气机叶片结垢、进气滤网老化、透平排气温度异常等燃气轮机异常状态，解决故障预警漏报或误报率高的难题。

2、为达此目的，本发明采用以下技术方案：

3、第一方面，本发明提供一种燃气轮机电厂智能运维装置系统，所述燃气轮机电厂智能运维装置系统包括数据源、收集层、处理层、分析层和显示层；

4、所述数据源、收集层和处理层构建得到数据中心；所述分析层构建得到建模中心；所述显示层构建得到指标中心和事件中心。

5、本发明所述的燃气轮机电厂智能运维装置系统以需求为导向，对燃气轮机电厂整体进行顶层设计，数据源、收集层和处理层构建得到数据中心，建立了数据链、信息链、决策链，从整体建立了燃气轮机电厂智能运维平台总体功能架构；建模中心能够建立燃气轮机高精度性能分析模型，对燃气轮机的性能指标进行实时在线计算和分析；而且建立燃气轮机关键部件智能预警模型，建立分析数据模型，分析燃气轮机运行状态；最后通过显示层对燃气轮机的性能参数和燃气轮机的性能指标进行显示，并生成预警信息，提前预警机组异常状态，实现智能运维。

6、本发明所述显示层包括应用逻辑、前端交互和后台操作。

7、本发明所述燃气轮机电厂智能运维装置系统的总体功能架构布置可以采用浏览器/服务器架构，布置方式灵活，具备边缘部署、云端协同能力，支持燃机电厂边缘侧或远程诊断中心侧部署。

8、优选地，所述数据源包括燃气轮机设备自带的数据采集系统或整个燃气轮机电厂集成的数据采集系统。

9、优选地，所述处理层包括复杂关系数据分析引擎、批量数据分析引擎和事件/流数据分析引擎。

10、优选地，所述数据中心采集燃气轮机的设计数据、性能试验数据、历史运行数据和实时运行数据。

11、本发明所述数据中心具备数据库及测点管理、文件导入管理、测点列表查看和测点历史趋势查看等多种功能。数据中心可采用rpc服务技术开发，实现多源测点数据的集成、传输和历史趋势展示。

12、优选地，所述燃气轮机的设计数据、性能试验数据、历史运行数据和实时运行数据均包括压气机进口温度、压气机进口压力、进气段压损、压气机出口压力、压气机出口温度、燃料温度、透平排气温度、透平排气压力、发电机负荷、燃料质量流量、燃气轮机效率和燃气轮机热耗。

13、优选地，所述建模中心通过可视化建模的方式创建电厂设备的数字孪生模型，实现机组性能指标的实时计算分析、全工况分析以及智能预警。。

14、本发明所述建模中心采用统一的模块开发标准，与外界数据链接保持一致性；采用友好的用户数据交互界面，可根据使用者需要更改模块特性参数；根据商业运行机组的运行数据对模型进行验证和修正。

15、本发明采用组态建模技术，使用常用编程语言开发适用于燃气轮机气路状态监控和关键部件故障预警建模的一系列可拖拽式组件，包括数据组件、燃气轮机组件、连接器组件及机器学习组件等，定义一套完整的组件开发流程和代码规范，可为不同应用场景提供组件，比如热平衡计算、机器学习等。以透平组件的新建为例，根据流量守恒方程、能量守恒方程、等熵效率特性方程及流量特性方程，定义透平组件物理过程，推导透平组件系统计算方程，将计算方程转为程序语言，进行组件开发编程。

16、优选地，所述指标中心展示燃气轮机的性能参数和燃气轮机的性能指标。

17、优选地，所述燃气轮机的性能参数包括燃气轮机功率、环境温度、环境压力、进气压损、压气机进口压力、压气机进口温度、压气机出口压力、压气机出口温度、igv开度、燃料流量、燃料温度、燃料热值、透平出口温度、透平出口压力、转速、nox排放浓度和co排放浓度。

18、优选地，所述燃气轮机的性能指标包括压气机流量、透平前温、压气机效率、透平效率、燃气轮机效率、燃气轮机热耗和燃料质量流量。

19、优选地，所述事件中心显示预警信息，并给出运维建议。

20、优选地，所述预警信息包括压气机喘振、压气机叶片结垢、进气滤网老化和透平排气温度异常。

21、本发明实现智能预警的流程包括特征参数选取，健康历史数据稳态筛选，数据约简，模型搭建、训练、验证和修正，设置预警阈值阈值。

22、本发明所述燃气轮机电厂智能运维装置系统支持多种灵活布置方式，如电厂侧或中心侧，可根据不同的用户需求开发对应系统组件以实现不同的业务场景。电厂侧布置时，部署采集网关，配置edg点表，通过正向隔离装置将生产区控制网络从接口机和控制系统采集到的数据，导入管理区网络，并在实时库服务器和办公电脑上部署实时数据库、组态系统、数据转发网关和集成模型。中心侧部署时，通过vpn将电厂侧数据传输到中心侧接收服务器和实时库服务器，并部署实时数据库、系统集群和集成模型。在数据传输过程中，通过三层传输防护解决数据传输的安全问题。第一层防护是对数据进行加密处理，第二层防护是采用vpn专用通道作为数据传输网络，第三层防护是采用https协议传输数据。

23、第二方面，本发明还提供一种如第一方面所述的燃气轮机电厂智能运维装置系统的运行方法，所述运行方法包括如下步骤：

24、(1)从数据源获取燃气轮机的设计数据、性能试验数据、历史运行数据和实时运行数据；

25、(2)在收集层使用实时数据库、关系数据库和nosql数据库实现数据的传送、储存以及管理；

26、(3)在处理层使用复杂关系数据分析引擎、批量数据分析引擎和事件/流数据分析引擎，完成数据预处理；在处理层进行数据

27、(4)以热平衡图和热平衡方程为依据，基于机理开发燃气轮机热力组件，组态构建燃气轮机高精度性能分析模型，对燃气轮机的性能指标进行实时在线计算和分析；

28、(5)建立燃气轮机关键部件智能预警模型，建立分析数据模型，分析燃气轮机运行状态；

29、(6)显示层对燃气轮机的性能参数和燃气轮机的性能指标进行显示，并生成预警信息，依据系统内置的运维检修规则集，建议维护动作。

30、本发明所述的燃气轮机电厂智能运维装置系统的运行方法通过数据源获取燃气轮机的设计数据、性能试验数据、历史运行数据和实时运行数据；之后使用各种数据库进行数据的传送、储存以及管理；在处理层进行数据预处理，建立燃气轮机高精度性能分析模型、智能预警模型和分析数据模型，实现对燃气轮的性能参数和性能指标的计算分析；最终由显示层进行显示，并生成预警信息，提出维护建议，指导设备操作。

31、优选地，步骤(3)所述数据预处理包括提取整合、同步性处理、清洗和填补。

32、优选地，步骤(4)所述燃气轮机高精度性能分析模型的工况边界包括压气机进口温度、压气机进口压力、进气段压损、压气机出口压力、压气机出口温度、燃料温度、透平排气温度、透平排气压力和发电机负荷；

33、优选地，步骤(5)所述燃气轮机关键部件包括压气机、进气滤网和透平。

34、本发明步骤(6)生成的预警信息可以通知燃气轮机负责人查找燃气轮机劣化、故障具体原因，同时依据系统内置的运维检修规则集，建议维护动作。

35、作为本发明优选的技术方案，所述运行方法包括如下步骤：

36、(1)从数据源获取燃气轮机的设计数据、性能试验数据、历史运行数据和实时运行数据；

37、(2)在收集层使用实时数据库、关系数据库和nosql数据库实现数据的传送、储存以及管理；

38、(3)在处理层使用复杂关系数据分析引擎、批量数据分析引擎和事件/流数据分析引擎，完成数据提取整合、同步性处理、清洗和填补处理；

39、(4)以热平衡图和热平衡方程为依据，基于机理开发燃气轮机热力组件，组态构建燃气轮机高精度性能分析模型，对燃气轮机的性能指标进行实时在线计算和分析；所述燃气轮机高精度性能分析模型的工况边界包括压气机进口温度、压气机进口压力、进气段压损、压气机出口压力、压气机出口温度、燃料温度、透平排气温度、透平排气压力和发电机负荷；

40、(5)建立燃气轮机关键部件智能预警模型，建立分析数据模型，分析燃气轮机运行状态；所述燃气轮机关键部件包括压气机、进气滤网和透平

41、(6)显示层对燃气轮机的性能参数和燃气轮机的性能指标进行显示，并生成预警信息，依据系统内置的运维检修规则集，建议维护动作。

42、与现有技术相比，本发明至少具有以下有益效果：

43、本发明提供的一种燃气轮机电厂智能运维装置系统通过建立燃气轮机高精度性能分析模型、燃气轮机关键部件智能预警模型和建立分析数据模型，分析燃气轮机运行状态，并进行可视化展示，生成预警信息，指导设备操作，解决了故障预警漏报或误报率高的难题。