基于序列模式挖掘的火电厂制粉系统节能优化技术研究

制粉系统是火力发电厂的主要辅助设备和耗电大户，研究火电厂制粉系统的节能优化技术，具有十分重要的意义。本项目以实际数据为出发点，通过模糊序列模式挖掘，建立起过程变量和最佳运行值之间的关联规则库，并自动确定出当前工况下运行参数的最优值，从而使制粉系统在最佳方式下运行，达到节能降耗的目的。为了解决序列模式挖掘前的数据预处理问题，提出了基于密度相似近邻的孤立点发现算法。该算法首先根据对象和其近邻间k-密度变化来建立对象的相似密度序列，然后依据对象的平均序列代价和其k-距离邻域的平均序列代价，计算出对象的密度相似近邻异常因子来表征对象的孤立程度。该方法不仅对边界对象和小簇中对象的评估更为准确，而且参数易于选择；提出了基于混合聚类的隶属度函数构建和共享最近邻相似度数量型属性划分方法。该方法首先使用改进型的基于密度聚类算法，并根据簇间的邻近度或簇中对象的相异度对簇进行凝聚或分裂，实现对数据库的聚类分析。其次，将形成的簇投影到过程变量的论域上，根据簇投影形成的区间和簇心的投影来建立其对应的隶属度函数。最后，采用基于近似度的隶属度函数对数量型属性进行划分。该方法具有较好的划分效果和运行性能；提出了基于独立剪枝策略的模糊序列模式挖掘算法。该算法通过对现场数据的似先验挖掘得到运行参数的模糊序列模式，并通过逐项搜索方法确定出当前工况下运行参数的最佳设定值。其中，采用改进模糊序列支持度和模糊序列置信度确保了挖掘结果的正确性，采用独立剪枝策略提高了算法效率，采用滑动时间窗技术保证了所得模糊序列模式的完备性。该方法不仅可自动得到运行参数的最优值，而且算法性能和扩展性较好。此外，为了准确反映制粉系统运行效率，提出了基于改进混合遗传算法的变量选择方法和基于Takagi-Sugeno型模糊规则的制粉系统出力预测模型，以及为了从运行数据中获得状态信息，探索了制粉系统工况划分方法。实际数据和现场实验证明，基于序列模式挖掘的制粉系统节能优化技术不仅可以实现制粉系统节能降耗，而且为同类复杂工业系统优化控制的研究开辟了新的途径。总结相关研究成果发表ECI/EI收录论文14篇，申请发明专利3项，培养硕士研究生5名，以及获得2012年度教育部“新世纪优秀人才支持计划”和2014年国家自然科学基金面上项目的资助。 2100433B

制粉系统是火力发电厂的主要辅助设备和耗电大户，用序列模式挖掘实现其运行参数的优化，具有重大的节能潜力。拟以实际数据为出发点，通过序列模式挖掘，建立起过程变量和最佳运行值之间的序列模式库，再与运行数据比较即可确定出当前工况下的最佳运行值。针对制粉系统这类复杂工业对象数据库是一个大型的、高维的、非线性的序列数据库且维间存在耦合的特点，研究异常序列发现算法，确保序列模式挖掘结果的正确性；研究隶属度函数自动构建方法和共享最近邻相似度量度，提出适合复杂工业系统序列数据库数量型属性划分方法；研究序列模式时间约束、兴趣度量度、挖掘方式以及剪枝技术的，提出适合复杂工业系统序列数据库的模糊序列模式挖掘算法。通过火电厂现场试验，验证基于序列模式挖掘的制粉系统节能优化技术的可用性和正确性。本研究不仅可以实现制粉系统节能降耗10％～15％，而且为同类复杂工业系统优化控制的研究开辟了新的途径。

泵系统节能政策、法规及相关标准

我国尚无有关泵系统节能方面的核心规范和标准，既无有关泵系统节能的优化设计的标准，也无有关泵系统节能的评估与评价的标准。这是制约国内泵系统节能的最主要因素。

关于泵系统节能，国内仅有几个边缘的政策法规及标准，比如GB/T 26921-2011《电机系统（风机、泵、空气压缩机）优化设计指南》、GB/T16666-1996《泵类及液体输送系统节能监测方法》、《合同能源管理项目财政奖励资金管理暂行办法》、GB19762-2007《清水离心泵能效限定值及节能评价值》、GB18613-2006《中小型三相异步电动机能效限定值及能效等级》等。

GB/T 26921-2011《电机系统（风机、泵、空气压缩机）优化设计指南》由国家质量监督检验检疫总局、国家标准化管理委员会批准于2011年9月29日批准并予以公布，并于2012年3月1日起开始实施。该标准规定了电机系统的基本要求，同时规定了电动机选型，电动机调速方式和调速装置的选择，以及风机系统、泵系统、空气压缩机系统的设计的基本要点。该标准对于泵系统的要求过于宽泛，不足以规范和指导泵系统节能。

泵系统节能泵系统节能技术培训

国家发改委、中国终端能效项目办公室、中国节能协会节电与绿色电能委员会于2008年举办了电机系统节能培训和泵系统节能培训。

泵系统节能有关泵系统节能领域的研究

在国内，从上世纪90年代末开始，泵技术工作者王立对泵系统节能率先进行了研究，于2007年撰写了《泵的寿命周期成本及其分析》，文中通过对泵的寿命周期成本的剖析，说明泵的寿命周期成本是影响泵系统节能的重要因素。2012年，王立又在《水泵技术》发表了《我国泵系统节能的现状及发展前景》一文，从应用和技术方面概述了我国泵系统节能的现状和存在的问题，同时指出我国发展泵系统节能任重道远，前景看好。

江苏大学流体机械工程技术研究中心对泵系统节能进行了研究，于2008年撰写了《美国泵系统节能教育行动计划(PSM)及其启示》，文中介绍了美国泵系统节能教育行动计划的背景、组织、目标、计划和取得的主要进展。上海电气科学研究所（集团）有限公司对电机系统节能进行了研究，于2008年撰写了《电机及其系统节能技术发展综述》，文中对泵系统作了简要阐述。

泵系统节能发展历史、行业公司及运营情况

1、发展历史

国内泵系统节能行业的发展预计要经过以下三个阶段：初级节能意识阶段、整体节能意识阶段和系统节能意识阶段。

(1) 第一阶段：初级节能意识阶段

这一阶段主要是在上世纪80年代中期以前，人们对泵系统节能的意识相当淡薄，局限性也很大。工程师们只是设法简单地提高泵或电机本身的能效，没有全局意识，不能从整个系统的角度去考虑节能。仅仅提高单个泵或电机的效率，有时那怕是提高一两个百分点，也是很难的事情，但凡做过设计的人员都很清楚这一点。

(2) 第二阶段：整体节能意识阶段

第二阶段是从上世纪80年代中期开始的。在第二阶段，设计人员有了整体意识，在设计或改造泵系统时，不仅考虑泵和电机本身的效率，也会考虑管路系统的损失，更进一步也会考虑泵和系统的匹配。在这一阶段所存在的不足是，节能公司虽然对系统节能有了整体认识，有时难免急功近利，只会抓住自认为是主要的节能因素，而忽略了其它影响节能的因素，这使得系统节能效果大打折扣。

（3）第三阶段：系统节能意识阶段

由于种种因素的制约，国内的泵系统节能在经过相当长的一段时间后才能进入这一阶段。这一阶段的根本特征是，国内出台了有关泵系统节能的优化设计的标准和有关泵系统节能的评估与评价的标准。在这一阶段，一方面有提供节能服务的节能公司，也有提供节能认证（或系统节能认证）的第三方机构；另一方面，对于已建泵系统，有节能改造和节能验收环节，先是节能公司对已建泵系统进行节能改造，改造后由业主或其委托的第三方机构对工程进行验收。对于新建泵系统，有节能优化设计和节能评估环节，在泵系统建设前要进行节能优化设计，在泵系统建成后，由业主委托第三方机构进行节能评估。

2、行业公司及运营情况

在第一阶段，我国尚没有专门的节能服务公司，有些泵厂只是简单地做一些旧泵改造，节能效果甚微。

进入第二阶段后，同时随着变频技术的飞速发展，国内涌现了大量的电子科技公司，它们以先进且成熟的变频技术为依托，进行变频节能改造，其方法是采用变频器改变电源频率，来改变电机的转速，以实现调节泵流量的目的，这样做就避免了用阀门调节流量时的能量损失，从而达到节能的目的。进入21世纪后，一些泵业公司也纷纷加入节能行列。相比而言，这些有着泵业经验背景的节能公司，从事泵系统节能更有优势，它们有能力全面地分析泵系统，对泵系统中的能量损失有更为细致的了解。

我国的泵系统节能改造采用国际通用的EMC（合同能源管理）运行模式。EMC是一种基于“合同能源管理”机制运作的、以盈利为直接目的的能源管理的商业运作模式。节能服务公司与愿意进行节能改造的客户签订节能服务合同，向客户提供能源效率审计、节能项目设计、原材料和设备采购、施工、培训、运行维护、节能量监测等一条龙综合性服务，并通过与客户分享项目实施后产生的节能效益来盈利和滚动发展。我国为了鼓励这一运作模式，由财政部和国家发改委联合出台了《合同能源管理财政奖励资金管理暂行办法》，下发了《财政部办公厅、国家发展改革委办公厅关于合同能源管理财政奖励资金需求及节能服务公司审核备案有关事项的通知》。根据这一通知，大批节能服务公司进行了备案。

国内的泵系统节能公司主要分布在长江以南的上海、杭州、长沙等城市，初具规模的有20多家，有几家公司年产值达到6000-8000万元。