一种基于自动微分的电站热力系统参数测量值修正方法技术方案

本发明专利技术公开了一种基于自动微分的电站热力系统参数测量值修正方法，包括：根据实际研究的电站热力系统和测量仪表布置情况，构建电站热力系统参数测量平衡关系模型；获取其某一工况下各测点的测量值数据，生成测量值均值与协方差矩阵；通过自动微分技术计算系统平衡方程残差关于测点变量的雅可比矩阵；构建关于系统各测点修正量的有约束优化问题，求解测点测量值修正量；计算粗大误差判据，判断各测点测量值是否存在粗大误差，定位并剔除可能存在的粗大误差；剔除测量数据中存在的粗大误差后，通过修正量计算结果求得修正后系统各测点变量测量值。本发明专利技术可以加快电站热力系统参数测量值的计算速度、提高计算结果的精确度。提高计算结果的精确度。提高计算结果的精确度。

【技术实现步骤摘要】
一种基于自动微分的电站热力系统参数测量值修正方法


[0001]本专利技术属于电站热力系统参数修正方法领域，具体涉及一种基于自动微分的电站热力系统参数测量值修正方法。

技术介绍

[0002]电站热力系统在运行过程中，需要通过各种类型的传感仪表进行参数值测量，以帮助管理人员实时监控系统中各部分的运行状况。由于各种因素的影响，仪表测量结果通常会较标准值产生一定误差，进而导致与之对应的若干物理量平衡关系(如质量平衡与能量平衡)不再成立，影响到系统分析的准确性；在个别情况下，由于仪表自身发生故障，对应测量值产生的误差甚至将演变为不可容忍的粗大误差，直接导致对于系统运行状况的监测失去可信度，必须予以准确的识别与排除。然而，实际的电站热力系统中往往存在着成百上千的测点，仅凭人力巡检与相关经验很难迅速地从系统中各个仪表的测量结果直接识别出仪表测量误差的大小与严重程度，不易判断系统中粗大误差发生的具体测点位置，更难以确定系统中各个测点上测量值的修正方法。
[0003]为了实现电站热力系统的(1)粗大误差识别，以及(2)一般误差修正这两项目标，有必要提出一种有效的电站热力系统参数测量值修正方法。在本领域中，已经基于统计学相关理论构建了一套电站热力系统参数测量值修正方法。但该方法中涉及到各个变量之间复杂函数关系的计算，特别是涉及到雅可比矩阵的计算，而经典方法框架下通常是针对具体的系统函数关系手工推导雅可比矩阵计算公式，或采用表函数进行数值微分近似运算，步骤繁琐，且在多种不同复杂系统上应用时不具备通用性，需要分别推导计算公式，编写专用的计算程序。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的在于提供一种基于自动微分的电站热力系统参数测量值修正方法，以解决本领域存在的一个或多个技术问题。本专利技术主要解决的问题是：经典的修正方法框架中需要采用手工推导或数值微分近似的方法求解计算所需的雅可比矩阵，导致相应的修正方法十分繁琐，且不具备灵活性与通用性，应用场景受到很大的限制；本专利技术所提出的方法可以快速推导复杂电站热力系统中平衡方程残差项关于系统中各个测点处测量值的雅可比矩阵，从而加快电站热力系统参数测量值的计算速度、提高计算结果的精确度，并可以灵活地应用于各类电站热力系统的计算。
[0005]本专利技术采用如下技术方案来实现的：
[0006]一种基于自动微分的电站热力系统参数测量值修正方法，包括以下步骤：
[0007]1)根据实际研究的电站热力系统和测量仪表布置情况，构建电站热力系统参数测量平衡关系模型；
[0008]2)针对步骤1)中构建的参数测量平衡关系模型，获取其某一工况下各测点的测量值数据，生成测量值均值与协方差矩阵；
[0009]3)从步骤2)生成的测量值均值与协方差矩阵出发，通过自动微分技术计算系统平衡方程残差关于测点变量的雅可比矩阵；
[0010]4)根据步骤3)求得的雅可比矩阵，构建关于系统各测点修正量的有约束优化问题，求解测点测量值修正量；
[0011]5)根据步骤4)计算得到的各测点修正量，计算粗大误差判据，判断各测点测量值是否存在粗大误差，定位并剔除可能存在的粗大误差；
[0012]6)剔除测量数据中存在的粗大误差后，通过最终一步的修正量计算结果求得修正后系统各测点变量测量值。
[0013]本专利技术进一步的改进在于，步骤1)中，参数测量平衡关系模型，由以下关系式表示：
[0014]y＝f(x),F＝g(y)
ꢀꢀꢀ
(1)
[0015]式中，x表示系统中实际布置的仪表所对应的测点测量值向量，包括流量、温度和压力传感器的测量值；y表示由测量值组合或建模求解得到的关键物理量向量，称为输出变量；F则表示由关键物理量代入系统平衡方程所求得的方程残差向量；
[0016]系统平衡方程包括质量平衡方程和能量平衡方程两类，其中质量平衡方程表明指定结点处净流量为零，具有如下形式：
[0017]f
m,i
＝q
in,i
‑
q
out,i
＝0
ꢀꢀꢀ
(2)
[0018]式中f
m,i
表示在第i个结点处所列的质量平衡方程残差，q
in,i
表示第i个结点处的总流入流量，q
out,i
表示第i个结点处的总流出流量；能量平衡方程则表示指定结点处的能量净增率为零，具有如下形式：
[0019]f
e,j
＝H
in,j
‑
H
out,j
＝0
ꢀꢀꢀ
(3)
[0020]式中f
e,j
表示在第j个结点处所列能量平衡方程残差，H
in,j
与H
out,j
则分别表示第j个结点处的总流入焓与总流出焓；对于总流入焓，按下式计算得到：
[0021]H
in,j
＝∑
k
h
jk
q
k
ꢀꢀꢀ
(4)
[0022]其中q
k
表示任意一路流入该结点的流体工质流量，h
jk
则表示该路流体对应的比焓；构建从测点测量值x到输出变量y再到系统平衡方程组F的复合函数关系。
[0023]本专利技术进一步的改进在于，步骤2)中，设在某一段时间内对于系统中的某一测点x
i
进行了n次测量，获得一系列测量值：x
i1
,x
i2
,
…
,x
in
，则由此计算得到该测点处测量值的均值与方差估计值为：
[0024][0025]其中为该测点处的均值估计值，为该测点处的方差无偏估计值；
[0026]根据实际运行过程中的历史观测值或工程经验拟定这些测点变量之间的相关系数ρ
ij
，构建各测点测量值之间的协方差矩阵S
x
，其元素由下式给出：
[0027][0028]根据上式计算得到的协方差矩阵包含了系统中各个测点变量的统计学分布信息。
[0029]本专利技术进一步的改进在于，步骤3)中，通过自动微分技术分别计算输出变量y关于测点变量x的雅可比矩阵J
y,x
，以及系统平衡方程残差F关于输出变量y的雅可比矩阵J
F,y
；随后，通过链式法则求解系统平衡方程残差关于测点变量的雅可比矩阵，如下式所示：
[0030]J
f,x
＝J
F,y
J
y,x
ꢀꢀꢀ
(7)。
[0031]本专利技术进一步的改进在于，步骤4)中，求得雅可比矩阵J
F,x
之后，根据测点测量值的均值与协方差数据计算系统平衡方程的残差，并根据各变量间关系求解测点各个测量值所需的修正量。
[0032]本专利技术进一步的改进在于，步骤4)的具体实现方法为：根据式(1)所给出的函数关本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于自动微分的电站热力系统参数测量值修正方法，其特征在于，包括以下步骤：1)根据实际研究的电站热力系统和测量仪表布置情况，构建电站热力系统参数测量平衡关系模型；2)针对步骤1)中构建的参数测量平衡关系模型，获取其某一工况下各测点的测量值数据，生成测量值均值与协方差矩阵；3)从步骤2)生成的测量值均值与协方差矩阵出发，通过自动微分技术计算系统平衡方程残差关于测点变量的雅可比矩阵；4)根据步骤3)求得的雅可比矩阵，构建关于系统各测点修正量的有约束优化问题，求解测点测量值修正量；5)根据步骤4)计算得到的各测点修正量，计算粗大误差判据，判断各测点测量值是否存在粗大误差，定位并剔除可能存在的粗大误差；6)剔除测量数据中存在的粗大误差后，通过最终一步的修正量计算结果求得修正后系统各测点变量测量值。2.根据权利要求1所述的一种基于自动微分的电站热力系统参数测量值修正方法，其特征在于，步骤1)中，参数测量平衡关系模型，由以下关系式表示：y＝f(x)，F＝g(y)
ꢀꢀꢀꢀ
(1)式中，x表示系统中实际布置的仪表所对应的测点测量值向量，包括流量、温度和压力传感器的测量值；y表示由测量值组合或建模求解得到的关键物理量向量，称为输出变量；F则表示由关键物理量代入系统平衡方程所求得的方程残差向量；系统平衡方程包括质量平衡方程和能量平衡方程两类，其中质量平衡方程表明指定结点处净流量为零，具有如下形式：f
m，i
＝q
in，i
‑
q
out，i
＝0
ꢀꢀꢀꢀ
(2)式中f
m，i
表示在第i个结点处所列的质量平衡方程残差，q
in，i
表示第i个结点处的总流入流量，q
out，i
表示第i个结点处的总流出流量；能量平衡方程则表示指定结点处的能量净增率为零，具有如下形式：f
e，j
＝H
in，j
‑
H
out，j
＝0
ꢀꢀꢀꢀ
(3)式中f
e，j
表示在第j个结点处所列能量平衡方程残差，H
in，j
与H
out，j
则分别表示第j个结点处的总流入焓与总流出焓；对于总流入焓，按下式计算得到：H
in，j
＝∑
k
h
jk
q
k
ꢀꢀꢀꢀ
(4)其中q
k
表示任意一路流入该结点的流体工质流量，h
jk
则表示该路流体对应的比焓；构建从测点测量值x到输出变量y再到系统平衡方程组F的复合函数关系。3.根据权利要求2所述的一种基于自动微分的电站热力系统参数测量值修正方法，其特征在于，步骤2)中，设在某一段时间内对于系统中的某一测点x
i
进行了n次测量，获得一系列测量值：x
i1
，x
i2
，
…
，x
in
，则由此计算得到该测点处测量值的均值与方差估计值为：其中为该测点处的均值估计值，为该测点处的方差无偏估计值；根据实际运行过程中的历史观测值或工程经验拟定这些测点变量之间的相关系数ρ
ij
，
构建各测点测量值之间的协方差矩阵S
x
，其元素由下式给出：根据上式计算得到的协方差矩阵包含了系统中各个测点变量的统计学分布信息。4.根据权利要求3所述的一种基于自动微分的电站热力系统参数测量值修正方法，其特征在于，步骤3)中，通过自动微分技术分别计算输出变量y关于测点变量x的雅可比矩阵...

【专利技术属性】
技术研发人员：谢永慧，尤佳睿，唐勃，张荻，孙磊，
申请(专利权)人：西安交通大学，
类型：发明
国别省市：