一种基于变化率的设备运行参数短时预测方法及系统

技术领域

本发明实施例涉及设备管理技术领域，具体来说涉及一种基于变化率的设备运行参数短时预测方法及系统。

背景技术

过程工业(如电厂、炼化厂、化工厂等)运行工况复杂多变，为了保证各设备安全良好的运行，运行人员常借助DCS、SIS等系统对设备运行参数进行监控和判断。但由于设备运行参数繁多复杂，运行人员很难有足够的精力和可靠的经验对各参数的运行趋势进行预判，通常在系统报警时设备故障已经发生，甚至已经造成了不可避免的损失。

随着计算机技术和相关数据预测理论的发展，许多方法在设备故障和运行趋势预测方面有了相应的应用，但同时也面临着很多困难以及存在着很多不足。例如，利用牛顿迭代算法以及完整数据的极大化可以实现参数估计，但该方法计算繁琐，导致实际应用困难；通过曲线拟合的方法可以预测参数的失效时间，但由于可用的历史数据很短或者不完整，导致推理产生很大误差；基于神经网络的智能预测方法由于网络结构难以确定、需要大量样本、占用大量计算资源等限制，也存在着现场部署困难和不够灵活准确的问题。

基于上述现有技术中存在的不足，通过对企业现场设备运行数据进行分析，以及对运行人员监控运行参数的习惯进行调研，本发明提出一种基于变化率的设备运行参数短时预测方法及系统，用以辅助设备管理人员短暂预测设备参数的变化趋势以便提前做好处理措施。

发明内容

本发明提供了一种基于变化率的设备运行参数短时预测方法及系统，通过变化率对设备运行参数进行短时预测，算法结构简单，不需要大量样本数据，且受其它参数干扰影响小，易于部署。

为实现上述目的，本发明公开了如下技术方案：

本发明一方面提供一种基于变化率的设备运行参数短时预测方法，所述方法包括以下步骤：

步骤1、确定待预测的设备运行参数P，令当前时刻为t

得到ΔP

步骤2、利用变化率ΔP

步骤3、根据设备运行参数P的变化趋势赋予每个变化率ΔP

步骤4、基于变化率和权重计算不同变化趋势下的预测变化率ΔP；

步骤5、利用不同变化趋势的预测变化率计算运行参数P在未来Δtt时间内的变化。

基于上述方案，进一步的，所述步骤2中，利用变化率ΔP

当ΔP

当ΔP

当ΔP

进一步的，所述步骤3中，根据设备运行参数P的变化趋势赋予每个变化率ΔP

对于连续上升趋势，越接近当前时刻t

对于连续下降趋势，越接近当前时刻t

对于波动趋势，越接近当前时刻t

进一步的，所述步骤4中，基于变化率和权重计算不同变化趋势下的预测变化率ΔP，包括下述步骤：

对于连续上升趋势，将每个变化率与对应的权重相乘，然后相加得到预测变化率，即

对于连续下降趋势，将每个变化率与对应的权重相乘，然后相加得到预测变化率，即

对于波动趋势，将正的变化率与对应的权重相乘后相加得到预测增长变化率，即

进一步的，所述步骤5中，利用不同变化趋势的预测变化率计算运行参数P在未来Δt时间内的变化，包括下述步骤：

对于连续上升趋势，令Pmax＝P

对于连续上升趋势，令P

对于波动趋势，令P

优选的，如上所述的设备运行参数P，包括温度、压力、功率及流量等不会突变的参数。

本发明另一方面提供一种基于变化率的设备运行参数短时预测系统，包括：

变化率计算单元，用于确定待预测的设备运行参数P，并由当前时刻t

变化趋势判定单元，用于利用变化率ΔP

权重设置单元，用于根据设备运行参数P的变化趋势赋予每个变化率ΔtP

变化率预测单元，基于变化率和权重计算不同变化趋势下的预测变化率ΔP；

运行参数预测单元，用于利用不同变化趋势的预测变化率计算运行参数P在未来Δt时间内的变化。

基于上述系统，进一步的，所述变化趋势判定单元判断运行参数的变化趋势，变化趋势包括连续上升趋势、连续下降趋势及波动趋势。

发明内容中提供的效果仅仅是实施例的效果，而不是发明所有的全部效果，上述技术方案中的一个技术方案具有如下优点或有益效果：

1、本申请实施例提供的一种基于变化率的设备运行参数短时预测方法及系统，通过计算设备运行参数当前时刻相近的多个变化率值，根据变化率值得到运行参数的变化趋势，然后基于不同变化趋势对参数未来的运行趋势进行短时预测。该算法结构简单，不论现场工况如何复杂以及各生产要素之间如何相互作用影响，变化率总能体现参数下一刻的变化趋势，特别是对于温度、压力、功率等不易发生突变的运行参数，利用变化率预测其运行趋势能够起到良好的效果。此外，相较于现有的神经网络和数据迭代方法，本方法计算单一参数的变化率不需要占用大量的服务器资源，可以增大计算频率从而保证参数预测的准确性。同时，该方法不需要大量的历史数据样本以及不需要预先训练模型，且准确性不受设备改造的影响，易于部署。

2、本申请实施例提供的一种基于变化率的设备运行参数短时预测方法及系统，通过对运行参数的变化率趋势进行判断，可以实现对参数的连续上升或连续下降趋势进行预警。此外，利用预测变化率对运行参数短时的最大值和最小值进行计算，可以实现对参数短时间内是否超限进行告警。利用本方法系统可以辅助设备管理人员及时预测设备参数的变化趋势，并根据预案提前做好处理措施，确保各设备的良好运行。

3、本申请实施例提供的一种基于变化率的设备运行参数短时预测方法及系统，通过对设备运行参数当前时刻相近的多个变化率赋予不同的权重，可以对不同运行参数预测进行个性化修正，从而实现对不同参数的准确预测，达到更加准确的效果。

附图说明

此处的附图被并入说明书中并构成说明书的一部分，示出了符合本申请的实施例，并与说明书一起用于解释本申请的原理。

图1为本申请实施例提供的一种基于变化率的设备运行参数短时预测方法流程示意图；

图2为图1方法中变化率的计算示意图；

图3为实施案例1中锅炉启机时的主蒸汽温度变化短时预测示意图；

图4为实施案例2中锅炉停机时的主蒸汽温度变化短时预测示意图；

图5为实施案例3中锅炉正常运行时的汽轮机有功功率变化短时预测示意图；

图6为本申请实施例提供的一种基于变化率的设备运行参数短时预测系统结构示意图。

具体实施方式

为使本技术领域的人员更好地理解本发明中的技术方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅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，都应当属于本发明保护的范围。

图1示出了本发明实施例提供的一种基于变化率的设备运行参数短时预测方法流程示意图。

参照图1，本方法的实现步骤如下：

S1、确定待预测的设备运行参数P，令当前时刻为t

得到ΔP

在本步骤中，待预测的设备运行参数P要尽可能为温度、压力、功率及流量等不会突变的参数，且不可以对“0”和“1”表示的现场操作信号进行预测。此外，在计算运行参数变化率时，不同的时间间隔t取数会对参数的运行趋势预测产生影响，因此应根据现场系统的取数频率制定合理的变化率计算时间间隔t。

S2、利用变化率ΔP

具体的，在本步骤中，所述利用变化率ΔP

当ΔP

当ΔP

当ΔP

应当注意的是，受计算的变化率数目和现场数据实际运行规律影响，本步骤中的设定比m/n应视现场情况进行设置。

S3、根据设备运行参数P的变化趋势赋予每个变化率ΔP

具体的，在本步骤中，所述根据设备运行参数P的变化趋势赋予每个变化率ΔP

对于连续上升趋势，越接近当前时刻t

对于连续下降趋势，越接近当前时刻t

对于波动趋势，越接近当前时刻t

应当说明的是，本步骤中根据不同的参数变化趋势而赋予不同变化率权重的规则，同样受现场数据实际运行规律影响，具体赋值应视现场情况而定。

S4、基于变化率和权重计算不同变化趋势下的预测变化率ΔP；

具体的，在本步骤中，所述基于变化率和权重计算不同变化趋势下的预测变化率ΔP，包括下述步骤：

对于连续上升趋势，将每个变化率与对应的权重相乘，然后相加得到预测变化率，即

对于连续下降趋势，将每个变化率与对应的权重相乘，然后相加得到预测变化率，即

对于波动趋势，将正的变化率与对应的权重相乘后相加得到预测增长变化率，即

S5、利用不同变化趋势的预测变化率计算运行参数P在未来Δt时间内的变化。

具体的，在本步骤中，所述利用不同变化趋势的预测变化率计算运行参数P在未来Δt时间内的变化，包括下述步骤：

对于连续上升趋势，令P

对于连续上升趋势，令P

对于波动趋势，令P

下面，结合企业中的具体实施案例，对上述实施例方法的应用过程进行更为详尽的描述。实施案例分别以锅炉启停机时的主蒸汽温度、以及正常运行时的汽轮机有功功率短时变化趋势作为例子，说明本预测方法的过程以及准确性。

实施案例1、锅炉启机时的主蒸汽温度变化短时预测

令现场每间隔1秒钟取一次数据，主蒸汽温度T在启机过程中的某一时刻t

根据变化率的计算公式，得到主蒸汽温度的变化率ΔT

设定ΔT

假设运行人员需要预测主蒸汽温度在未来t

接下来，从[313.78,315.58]范围内依次随机递增取值并生成预测曲线，同时利用现场实际运行数据进行对比验证，如图3中所示，预测曲线与实际曲线基本一致，即预测结果准确性较高。

实施案例2、锅炉停机时的主蒸汽温度变化短时预测

令现场每间隔1秒钟取一次数据，主蒸汽温度T在启机过程中的某一时刻t

根据变化率的计算公式，得到主蒸汽温度的变化率ΔT

设定ΔT

假设运行人员需要预测主蒸汽温度在未来t

接下来，从[425.22,427.52]范围内依次随机递减取值并生成预测曲线，同时利用现场实际运行数据进行对比验证，如图4中所示，预测曲线与实际曲线基本一致，即预测结果准确性较高。

实施案例3、锅炉正常运行时的汽轮机有功功率变化短时预测

令现场每间隔1秒钟取一次数据，汽轮机有功功率在某一时刻t

根据变化率的计算公式，得到汽轮机有功功率的变化率ΔtP

设定ΔP

假设运行人员需要预测汽轮机有功功率在未来t

接下来，从[403.64,406.67]范围内依次随机取值并生成预测曲线，同时利用现场实际运行数据进行对比验证，如图5中所示，预测曲线与实际曲线基本一致，即预测结果准确性较高。

基于同一发明构思，本申请实施例还提供一种基于变化率的设备运行参数短时预测系统，如图6所示，所述系统包括：

变化率计算单元1，用于确定待预测的设备运行参数P，并由当前时刻t

变化趋势判定单元2，用于利用变化率ΔP

权重设置单元3，用于根据设备运行参数P的变化趋势赋予每个变化率ΔP

变化率预测单元4，基于变化率和权重计算不同变化趋势下的预测变化率ΔP；

运行参数预测单元5，用于利用不同变化趋势的预测变化率计算运行参数P在未来Δt时间内的变化。

基于上述系统，进一步的，所述变化趋势判定单元2判断运行参数的变化趋势，变化趋势包括连续上升趋势、连续下降趋势及波动趋势。

本申请实施例提供的一种基于变化率的设备运行参数短时预测系统中未详述的内容，可参照上述实施例中提供的一种基于变化率的设备运行参数短时预测方法，在此不再赘述。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限定本发明，对于本技术领域的技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下所作的任何修改、改进和等同替换等，均包含在本发明的保护范围内。