一种三维可视化的燃机电厂生产运行实时调度方法及系统与流程

本发明涉及燃机电厂调度，具体为一种三维可视化的燃机电厂生产运行实时调度方法及系统。

背景技术：

1、在燃机电厂生产运行过程中，需要依据机组实时状态与管网流体工况动态调整各设备单元的负荷分配、阀门开度及机组启停顺序，以维持系统安全高效运行。已有的调度方法多依赖集散控制系统采集各测点表数据，由操作人员根据预设性能曲线或简化的集总参数模型给出调度指令。此类方法未考虑电厂三维空间布置带来的管线沿程阻力差异、节点间温度梯度对热效率的影响以及压力波动在空间上传播的非均匀性，所生成的负荷分配与阀门调节量难以匹配实际流体动态平衡状态，常出现局部管道超压、热力偏差累积等问题。

2、已有的调度系统对调度指令缺乏执行前的可视化预演手段，调度策略下发后无法预先观察其对全厂管网流体走向、温度分布和压力水平的动态影响，一旦指令与现场约束相悖，极易触发负荷越限或压力超调，事后纠偏存在明显滞后。现有技术中也存在利用稳态优化算法求解调度方案的尝试，但通常以单目标或多目标静态模型为基础，未融合燃机电厂三维空间中的实时流体流动与热力学状态，不能根据管网拓扑实时计算反映空间分布差异的负荷分配系数、热效率补偿因子和压力稳定度指标，导致调度策略在空间维度上粗放。

3、本方案需要解决的问题是，在燃机电厂数字化场景下如何结合三维空间坐标与实时运行数据，执行流体动态平衡分析，获得能够表征各设备单元实际负荷占比、热效率衰减程度和压力稳定性的指标，并以此为基础生成调度策略。另一个需要解决的问题是，如何将原始调度策略在三维虚拟环境中进行动态仿真推演，根据推演出的运行轨迹与安全约束偏差快速生成修正量，避免直接下发未经空间和时间维度验证的调度指令。

技术实现思路

1、本发明提供一种三维可视化的燃机电厂生产运行实时调度方法及系统，旨在克服现有调度方式缺少三维空间流体动态平衡分析及可视化仿真推演闭环修正的问题，通过建立全厂三维虚拟模型并关联实时数据，执行基于空间坐标的流体动态平衡分析与多目标匹配，并结合三维可视化仿真推演和实时偏差修正，生成安全、经济的调度指令。

2、为了实现上述目的，本发明提供如下技术方案：本发明提供一种三维可视化的燃机电厂生产运行实时调度方法，包括：

3、建立燃机电厂的全厂三维虚拟场景模型，所述全厂三维虚拟场景模型包含设备层级拓扑结构、管线连接路径及监测节点空间坐标，从而形成与物理电厂高度一致的数字化镜像，为调度决策提供空间可视化基础；

4、通过所述全厂三维虚拟场景模型关联的实时数据监测单元采集所述燃机电厂各设备单元在当前时刻的实时运行数据集合，所述实时运行数据集合包括负荷流量、温度场分布及压力波动时序，确保数据的时空一致性和完整性；

5、对所述实时运行数据集合执行基于三维空间坐标的流体动态平衡分析处理，生成各设备单元对应的实时负荷分配系数、热效率补偿因子及压力稳定度指标，以精确表征全厂流体网络的热力及水力动态状态；

6、调用预配置的稳态协调器对所述实时负荷分配系数、所述热效率补偿因子及所述压力稳定度指标进行多目标约束匹配处理，生成初始调度策略序列，所述初始调度策略序列能够协调负荷需求、热效率与压力稳定性之间的关系；

7、将所述初始调度策略序列映射至所述全厂三维虚拟场景模型中进行三维可视化仿真推演处理，生成包含动态流体流动轨迹、设备颜色分级变化及阀门开度动画的仿真运行轨迹数据，通过虚拟环境中的预验证提前暴露潜在越限风险；

8、基于所述仿真运行轨迹数据与预设的实时调度约束条件之间的偏差分析结果，对所述初始调度策略序列进行实时修正处理，生成最终调度指令并分发至所述燃机电厂的执行机构，实现对生产过程的安全闭环调度，有效防止超负荷和压力越限。

9、作为本发明的一个技术方案，建立燃机电厂的全厂三维虚拟场景模型，包括：获取所述燃机电厂的建设工程图纸及管线设计规范文档，提取各设备的几何尺寸参数、管线走向坐标及连接节点编号；基于所述几何尺寸参数构建各设备的等比例三维几何体，并将所述等比例三维几何体按照所述管线走向坐标及连接节点编号进行空间装配处理，生成初始三维场景框架；在所述初始三维场景框架中植入各设备的历史运行性能特征向量及实时监测点位置标签，所述实时监测点位置标签包含温度敏感点坐标、压力变送器安装坐标及流量计定位坐标；对所述初始三维场景框架进行空间坐标归一化及纹理映射处理，生成高保真的全厂三维虚拟场景模型。

10、进一步地，通过所述全厂三维虚拟场景模型关联的实时数据监测单元采集实时运行数据集合，包括：通过所述实时数据监测单元中的负荷流量子单元，按预设的采样周期读取各主蒸汽管道及给水管道的瞬时流量值，生成负荷流量数据流；通过所述实时数据监测单元中的温度场子单元，依据所述监测点位置标签获取各温度敏感点的实时温度值，生成温度场分布数据矩阵；通过所述实时数据监测单元中的压力场子单元，依据所述压力变送器安装坐标获取各节点压力值，生成压力波动时序数据序列；将所述负荷流量数据流、所述温度场分布数据矩阵及所述压力波动时序数据序列进行时间戳对齐处理，得到同步的实时运行数据集合。优选的，所述预设的采样周期根据所述负荷流量数据流的波动频率自适应调整，当所述波动频率超过设定阈值时缩短所述采样周期，以提升对快速负荷变化的跟踪能力。

11、进一步地，对所述实时运行数据集合执行基于三维空间坐标的流体动态平衡分析处理，包括：构建所述全厂三维虚拟场景模型中的流体网络拓扑图，所述流体网络拓扑图的节点对应各设备单元的入口及出口，边对应各管线连接路径；将所述负荷流量数据流中的瞬时流量值作为所述流体网络拓扑图中各边的流量负载参数，通过遍历搜索各节点的流入流出流量差，计算出所述实时负荷分配系数；将所述温度场分布数据矩阵中的温度梯度作为热效率补偿因子的计算输入，基于各设备单元的设计热效率曲线与温度梯度的映射关系生成所述热效率补偿因子；将所述压力波动时序数据序列中的相邻采样点压力差值特征纳入分析，通过统计压力波动时序的标准差与平均值的比值生成所述压力稳定度指标，从而获得反映全厂能量与工质动态平衡的关键参数。

12、进一步地，调用预配置的稳态协调器进行多目标约束匹配处理，生成初始调度策略序列，包括：所述初始调度策略序列包含各设备单元的负荷调整量、阀门开度修正值及机组启停优先级标识；将所述实时负荷分配系数、所述热效率补偿因子及所述压力稳定度指标分别与所述稳态协调器中存储的预设负荷分配基准区间、热效率基准范围及压力稳定度基准阈值进行比对，计算出负荷偏差值、热效率偏离度及压力波动差值；基于所述负荷偏差值、所述热效率偏离度及所述压力波动差值构建三维约束空间，在所述三维约束空间中搜索满足负荷上限约束、热效率下限约束及压力波动上限约束的坐标区域，得到所述负荷调整量；再根据所述负荷调整量与相邻设备单元之间的耦合关联系数，计算出所述阀门开度修正值及所述机组启停优先级标识；将所述负荷调整量、所述阀门开度修正值及所述机组启停优先级标识按时间序列组合，生成协调多目标的初始调度策略序列。

13、进一步地，将所述初始调度策略序列映射至全厂三维虚拟场景模型中进行三维可视化仿真推演处理，包括：将所述初始调度策略序列中的每个负荷调整量、阀门开度修正值及机组启停优先级标识赋值给所述全厂三维虚拟场景模型中对应的设备单元虚拟模型及阀门组件虚拟模型；启动所述全厂三维虚拟场景模型中的流体动态仿真引擎，设置仿真时间步长，对所述设备单元虚拟模型及所述阀门组件虚拟模型在所述仿真时间步长内的运行状态进行迭代计算，生成各节点的虚拟流量值、虚拟温度值及虚拟压力值；将各节点的虚拟流量值、虚拟温度值及虚拟压力值按时间顺序记录为虚拟运行数据流，并将其映射回所述全厂三维虚拟场景模型的三维空间坐标系中，生成包含动态流体流动轨迹、设备颜色分级变化及阀门开度动画的仿真运行轨迹数据，以三维可视化的方式直观展示调度方案的全局动态效果。

14、进一步地，基于偏差分析结果对初始调度策略序列进行实时修正，包括：从所述仿真运行轨迹数据中提取关键设备节点的仿真负荷值与仿真压力值，将所述仿真负荷值与预设的实时调度约束条件中的额定负荷上限值进行偏差计算，获得负荷超限偏差量；将所述仿真压力值与所述预设的实时调度约束条件中的安全压力阈值进行偏差计算，获得压力越限偏差量；当所述负荷超限偏差量或所述压力越限偏差量大于零时，调用所述稳态协调器的修正算法，以所述负荷超限偏差量及所述压力越限偏差量为输入，输出所述负荷调整量的补偿修正值及所述阀门开度修正值的补偿修正值；将所述初始调度策略序列中的相应值替换为补偿修正值，形成最终调度指令，并通过通信总线将所述最终调度指令发送至所述燃机电厂对应的燃烧控制器、汽轮机调节阀及给水调节阀，实现从仿真验证到物理执行的闭环控制。优选的，所述修正算法采用比例-积分-微分控制器，能够快速有效地消除仿真中发现的越限偏差，提升最终调度指令的安全可行性。

15、本发明还提供一种三维可视化的燃机电厂生产运行实时调度系统，包括处理器和存储器，所述存储器和所述处理器连接，所述存储器用于存储程序指令，所述处理器用于执行所述程序指令，以实现本发明所述的三维可视化的燃机电厂生产运行实时调度方法。该系统通过所述方法实现燃机电厂运行状态的动态三维监控与调度优化，确保复杂工况下生产的稳定性与高效性。

16、在上述技术方案中，本发明提供的技术效果和优点：

17、通过获取燃机电厂建设工程图纸及管线设计规范，构建包含设备层级拓扑结构、管线连接路径及监测节点空间坐标的全厂三维虚拟场景模型。模型中植入历史运行性能特征向量与实时监测点位置标签，使温度敏感点坐标、压力变送器安装坐标及流量计定位坐标与几何体精确绑定。实时数据监测单元按照预设采样周期读取主蒸汽管道及给水管道的瞬时流量值，依据监测点位置标签获取温度场分布数据矩阵和压力波动时序数据序列，经时间戳对齐后形成实时运行数据集合。在三维空间坐标框架下，将该数据集合映射至由设备入口出口节点和管线路径构成的流体网络拓扑图中，遍历各节点的流入流出流量差，计算出实时负荷分配系数，实时反映空间上各支路流量分配的不均衡程度。以温度场分布矩阵中的温度梯度作为输入，依据各设备单元设计热效率曲线与温度梯度的映射关系生成热效率补偿因子，精确量化空间温度变化对设备热效率的影响。统计压力波动时序数据序列上相邻采样点差值的标准差与平均值的比值，生成压力稳定度指标，从波动剧烈程度评估空间各节点的压力稳定性。上述指标从三维空间维度完整描述了流体动态平衡状态，取代了传统方法中依赖单点经验或简化参数的做法，使得调度策略能够感知管线沿程阻力、温度梯度和压力传播差异，为后续负荷调整提供更符合物理实际的定量依据。

18、生成初始调度策略序列后，将其包含的负荷调整量、阀门开度修正值及机组启停优先级标识逐一赋值至全厂三维虚拟场景模型中对应的设备单元虚拟模型和阀门组件虚拟模型。启动流体动态仿真引擎，设置仿真时间步长，对模型内各节点在步长内的虚拟流量值、虚拟温度值及虚拟压力值进行迭代计算，形成按时间排列的虚拟运行数据流。将该数据流映射回三维空间坐标系，生成包含动态流体流动轨迹、设备颜色分级变化及阀门开度动画的仿真运行轨迹数据。从仿真运行轨迹中提取关键设备节点的仿真负荷值与仿真压力值，将仿真负荷值与预设额定负荷上限值进行偏差计算得到负荷超限偏差量，将仿真压力值与安全压力阈值进行偏差计算得到压力越限偏差量。当偏差量大于零时，调用稳态协调器的修正算法，以负荷超限偏差量和压力越限偏差量作为输入，输出负荷调整量的补偿修正值及阀门开度修正值的补偿修正值，替换初始调度策略序列中的对应部分形成最终调度指令，并经通信总线分发至燃烧控制器、汽轮机调节阀及给水调节阀。采用三维可视化仿真推演可在调度指令实际执行前，提前观察全厂管网的流体响应动态，通过超限偏差反馈直接驱动调度参数修正，实现了从开环下发到闭环预演校正的转变，有效避免因调度不当引发的局部过负荷和压力越限工况。