一种获取锅炉能效曲线的方法及装置

技术领域

本发明属于能源技术领域，具体涉及一种获取锅炉能效曲线的方法及装置。

背景技术

锅炉是一种常见的能量转换装置，在大型工业生产过程中是一种不可缺少的工业设备，被广泛应用于轻纺、能源、建筑、化工和冶金等行业。据统计，2018年我国工业锅炉市场产量达到322293蒸吨。将蒸汽锅炉的负荷与单耗的关系用一条曲线拟合，叫做能效曲线。锅炉的能效曲线能够体现燃气锅炉在不同负荷率下的能效情况。锅炉的能效曲线信息一般会由厂家在出厂时提供。然而，由于锅炉实际运行环境的不同，厂家提供的能效曲线信息一般不能准确反映特定生产环境因素下的实际能效。锅炉的实际能效可由试验单位定期进行测试，但是该测试值的时效性较差，且成本较高。锅炉现场的工作人员无法获得准确的能效信息，因而无法对锅炉的运行状况进行有效调整，难以优化锅炉运行效率以及监视锅炉健康状况。

专利申请号201810653749.4公开了一种工业锅炉能效在线检测系统及方法，该方案包括现场数据采集模块、能效监管与服务信息管理模块、现场数据采集步骤和能效监管与服务信息管理步骤。

专利申请号201110292517.9公开了一种经济型燃煤锅炉能效监测系统及方法，该方案由现场数据采集系统、现场监测系统和远程监管与服务系统组成。

上述的技术方案并没有详细说明根据锅炉运行数据得到能效信息的具体方法，由于真实的锅炉运行数据复杂且存在个别异常数据，如何设计一个鲁棒的方法来计算锅炉的能效曲线是重要且关键的一步。如果采用试验单位定期检测的方法得到锅炉的能效曲线信息，成本高，并且得到的能效信息实时性较差，不便于锅炉现场工作人员的根据能效信息对锅炉运行状况进行调整。如果直接使用现场采集的运行数据作为能效信息，准确性差，因为实际数据复杂且包含一定数量的异常点，直接采用得出的能效信息与实际偏差较大。

发明内容

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种获取锅炉能效曲线的方法及装置。

本发明提供的获取锅炉能效曲线的方法，包括以下步骤：

数据获取，获取锅炉的单耗数据和对应的负荷率数据；

不合理数据点和异常数据点移除，去除数据获取步骤中获取的不合理数据点和异常数据点；

数据采样得到控制点，根据负荷率从小到大，以预设窗口大小分割数据，计算窗口中所有数据点的质心的坐标，之后找到距离质心坐标最近的一个数据点作为控制点，其中，设第i个数据点的坐标r

计算获得能效曲线，基于采样得到的控制点，根据B样条曲线算法计算能效曲线。

在本发明的优选实施方式中，所述数据获取，获取锅炉的单耗数据、对应的负荷率数据、单耗数据的合理范围以及负荷率数据的合理范围；

所述不合理数据点和异常数据点移除包括：

不合理数据点移除，根据单耗数据的合理范围和负荷率的合理范围，移除不合理的数据点；

异常数据点移除，包括：去除局部异常数据点和全局异常数据点。

在本发明的优选实施方式中，所述异常数据点移除包括：

移除局部异常数据点：根据负荷率从小到大，以预设窗口大小分割数据，对于每个窗口内的数据，根据单耗值采用箱线图法移除局部异常数据；

移除全局异常数据点：基于异常点检测算法移除全局异常数据点。

在本发明的优选实施方式中，所述异常点检测算法为基于角度的全局异常点检测。

在本发明的优选实施方式中，所述移除局部异常数据点：根据负荷率从小到大，以5为窗口大小分割数据，对于每个窗口内的数据，根据单耗值采用箱线图法移除局部异常数据。

在本发明的优选实施方式中，所述数据采样得到控制点：根据负荷率从小到大，以5为窗口大小分割数据，设每个窗口中的任一数据点质量为1，计算窗口中所有数据点的质心的坐标，之后找到距离质心坐标最近的一个数据点作为控制点，设第i个数据点的坐标r

在本发明的优选实施方式中，B样条曲线算法计算能效曲线，曲线次数设为6，第一个节点和最后一个节点重复度设为7。

本发明还提供一种获取锅炉能效曲线的装置，包括：

数据获取模块，获取锅炉的单耗数据和对应的负荷率数据；

不合理数据点和异常数据点移除模块，去除数据获取步骤中获取的不合理数据点和异常数据点；

数据采样得到控制点模块，根据负荷率从小到大，以预设窗口大小分割数据，计算窗口中所有数据点的质心的坐标，之后找到距离质心坐标最近的一个数据点作为控制点，其中，设第i个数据点的坐标r

能效曲线计算得模块，基于采样得到的控制点，根据B样条曲线算法计算能效曲线。

在本发明的优选实施方式中，所述数据获取模块，获取锅炉的单耗数据、对应的负荷率数据、单耗数据的合理范围以及负荷率数据的合理范围；

不合理数据点和异常数据点移除模块包括：

不合理数据点移除单元，根据单耗数据的合理范围和负荷率的合理范围，移除不合理的数据点；

移除局部异常数据点单元，根据负荷率从小到大，以预设窗口大小分割数据，对于每个窗口内的数据，根据单耗值采用箱线图法移除局部异常数据；

移除全局异常数据点单元，基于异常点检测算法移除全局异常数据点。

本发明还提供一种电子设备，包括处理器以及存储有执行指令的存储器，当所述处理器执行所述存储器存储的所述执行指令时，所述处理器执行上述获取锅炉能效曲线的方法。

本发明的方法可对锅炉的运行能效进行实时监测，根据锅炉真实运行数据，计算得到该锅炉能效曲线。本方法得到的能效曲线真实地反应了指定锅炉实际运行时的能效情况，该能效曲线可指导锅炉现场工作人员对锅炉的运行状况进行调整，同时工作人员也可通过该能效曲线对锅炉的健康状况进行评估。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明的获取锅炉能效曲线的方法流程示意图。

图2是本发明的获取锅炉能效曲线的装置结构示意图。

图3是本发明一实施例的原始输入数据点示意图。

图4是本发明一实施例的移除不合理数据点示意图。

图5是本发明一实施例的移除局部异常数据点示意图。

图6是本发明一实施例的移除全局异常数据点示意图。

图7是本发明一实施例的控制点示意图。

图8是本发明一实施例的能效曲线示意图。

图9是本发明提供的一装置结构示意图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合具体实施例及相应的附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

结合图1所示，本发明的一种获取锅炉能效曲线的方法，包括以下步骤：

S1.数据获取，获取锅炉的单耗数据、对应的负荷率数据、单耗数据的合理范围以及负荷率数据的合理范围。

S2.不合理数据点和异常数据点移除，去除数据获取步骤中获取的不合理数据点和异常数据点，包括：

不合理数据点移除，根据单耗数据的合理范围和负荷率的合理范围，移除不合理的数据点；

移除局部异常数据点：根据负荷率从小到大，以预设窗口大小分割数据，对于每个窗口内的数据，根据单耗值采用箱线图法移除局部异常数据；

移除全局异常数据点：基于异常点检测算法移除全局异常数据点，其中异常点检测算法选择基于角度的全局异常点检测。

S3.数据采样得到控制点，根据负荷率从小到大，以预设窗口大小分割数据，计算窗口中所有数据点的质心的坐标，之后找到距离质心坐标最近的一个数据点作为控制点，其中，设第i个数据点的坐标r

S4.计算获得能效曲线，基于采样得到的控制点，根据B样条曲线算法计算能效曲线。

如图2所示，本发明的获取锅炉能效曲线的装置，包括：

数据获取模块10，获取锅炉的单耗数据、对应的负荷率数据、单耗数据的合理范围以及负荷率数据的合理范围。

不合理数据点和异常数据点移除模块20，去除数据获取步骤中获取的不合理数据点和异常数据点。包括(图中未示出)：不合理数据点移除单元，根据单耗数据的合理范围和负荷率的合理范围，移除不合理的数据点；移除局部异常数据点单元，根据负荷率从小到大，以预设窗口大小分割数据，对于每个窗口内的数据，根据单耗值采用箱线图法移除局部异常数据；移除全局异常数据点单元，基于异常点检测算法移除全局异常数据点。

数据采样得到控制点模块30，根据负荷率从小到大，以预设窗口大小分割数据，计算窗口中所有数据点的质心的坐标，之后找到距离质心坐标最近的一个数据点作为控制点，其中，设第i个数据点的坐标r

能效曲线计算得模块40，基于采样得到的控制点，根据B样条曲线算法计算能效曲线。

以下以一具体实施例对本发明的获取锅炉能效曲线的方法进一步进行说明，包括如下步骤：

(1)输入数据：单耗数据、负荷率数据、单耗数据的合理范围、负荷率数据的合理范围，

例如输入某燃气蒸汽锅炉的数据：单耗c合理范围为50

(2)根据单耗和负荷率的合理范围，移除不合理的数据点，如图4所示。

(3)移除局部异常值：根据负荷率从小到大，以5为窗口大小分割数据，对于每个窗口内的数据，根据单耗值采用箱线图法移除异常数据，如图5所示。

(4)移除全局异常点：采用基于角度的异常点检测算法，移除全局异常点，异常点比例为0.005，如图6所示。

(5)数据采样得到控制点：根据负荷率从小到大，以5为窗口大小分割数据，设每个窗口中的任一数据点质量为1，计算窗口中所有数据点的质心的坐标，之后找到距离质心坐标最近的一个数据点作为控制点。设第i个数据点的坐标r

采样后得到的控制点，如图7所示。

(6)计算能效曲线：基于采样得到的控制点，根据B样条曲线算法计算能效曲线，曲线次数设为6，第一个节点和最后一个节点重复度设为7，最终生成的能效曲线如图8所示。

图9是本发明实施例提供的一种获取锅炉能效曲线的方法的装置的结构示意图。在硬件层面，该服务器包括处理器701以及存储有执行指令的存储器702，可选地还包括内部总线703及网络接口704。其中，存储器702可能包含内存7021，例如高速随机存取存储器(Random-Access Memory，RAM)，也可能还包括非易失性存储器7022(non-volatilememory)，例如至少1个磁盘存储器等；处理器701、网络接口704和存储器702可以通过内部总线703相互连接，该内部总线703可以是ISA(Industry Standard Architecture，工业标准体系结构)总线、PCI(Peripheral Component Interconnect，外设部件互连标准)总线或EISA(Extended Industry Standard Architecture，扩展工业标准结构)总线等；所述内部总线703可以分为地址总线、数据总线、控制总线等，为便于表示，图9中仅用一个双向箭头表示，但并不表示仅有一根总线或一种类型的总线。当然，该服务器还可能包括其他业务所需要的硬件。当处理器701执行存储器702存储的执行指令时，处理器701执行本发明任意一个实施例中所述的方法，并至少用于执行：在一种可能实现的方式中，处理器从非易失性存储器中读取对应的执行指令到内存中然后运行，也可从其它设备上获取相应的执行指令，以在逻辑层面上形成获取锅炉能效曲线的方法的装置。处理器执行存储器所存放的执行指令，以通过执行的执行指令实现本发明任一实施例中提供的获取锅炉能效曲线的方法。

处理器可能是一种集成电路芯片，具有信号的处理能力。在实现过程中，上述方法的各步骤可以通过处理器中的硬件的集成逻辑电路或者软件形式的指令完成。上述的处理器可以是通用处理器，包括中央处理器(Central Processing Unit，CPU)、网络处理器(Network Processor，NP)等；还可以是数字信号处理器(Digital Signal Processor，DSP)、专用集成电路(Application Specific Integrated Circuit，ASIC)、现场可编程门阵列(Field－Programmable Gate Array，FPGA)或者其他可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件。可以实现或者执行本发明实施例中的公开的各方法、步骤及逻辑框图。通用处理器可以是微处理器或者该处理器也可以是任何常规的处理器等。

本发明实施例还提供了一种计算机可读存储介质，包括执行指令，当电子设备的处理器执行所述执行指令时，所述电子设备执行本发明任意一个实施例中提供的方法。该电子设备具体可以是如图9获取锅炉能效曲线的方法的装置备所示；执行指令获取锅炉能效曲线的方法是所对应计算机程序。

本领域内的技术人员应明白，本发明的实施例可提供为方法或计算机程序产品。因此，本发明可采用完全硬件实施例、完全软件实施例，或软件和硬件相结合的形式。

本发明中的各个实施例均采用递进的方式描述，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处。尤其，对于系统实施例而言，由于其基本相似于方法实施例，所以描述的比较简单，相关之处参见方法实施例的部分说明即可。

还需要说明的是，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、商品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、商品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、商品或者设备中还存在另外的相同要素。

以上所述仅为本发明的实施例而已，并不用于限制本发明。对于本领域技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原理之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的权利要求范围之内。