上海禮經(jīng)電器有限公司

摘要：通過(guò)對(duì)國(guó)內(nèi)5座大、中型電廠(chǎng)運(yùn)行優(yōu)化系統(tǒng)應(yīng)用情況的現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查研究，分析了我國(guó)在開(kāi)發(fā)研制該類(lèi)系統(tǒng)中一般使用的性能計(jì)算和能損分析的原理．方法及其優(yōu)缺點(diǎn)。最后提出應(yīng)用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)合理確定應(yīng)達(dá)值和通過(guò)性能分析進(jìn)行在線(xiàn)故障診斷是其發(fā)展方向。關(guān)鍵詞：優(yōu)化運(yùn)行；火電廠(chǎng)：能損分析當(dāng)前，電力市場(chǎng)日趨完善，競(jìng)爭(zhēng)日益激烈，同時(shí)由于經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和人民生活水平的提高，電網(wǎng)峰谷差越來(lái)越大，大型機(jī)組頻繁參與調(diào)峰。在這種形式下，降低發(fā)電成本，提高經(jīng)濟(jì)效益已成為各發(fā)電企業(yè)的迫切需要?；痣姀S(chǎng)運(yùn)行優(yōu)化系統(tǒng)作為指導(dǎo)電廠(chǎng)優(yōu)化運(yùn)行的主要工具日益顯示出其重要性?；痣姀S(chǎng)優(yōu)化運(yùn)行系統(tǒng)以性能計(jì)算和能損分析為基礎(chǔ)，通過(guò)對(duì)運(yùn)行參數(shù)的計(jì)算，確定機(jī)組運(yùn)行狀態(tài)和部件性能對(duì)機(jī)組經(jīng)濟(jì)性的影響，從而揭示出使機(jī)組經(jīng)濟(jì)性降低的各種因素；通過(guò)對(duì)設(shè)備性能狀態(tài)分析和運(yùn)行參數(shù)分析，給出最優(yōu)經(jīng)濟(jì)運(yùn)行指導(dǎo)：通過(guò)對(duì)機(jī)組運(yùn)行參數(shù)和重要指標(biāo)的統(tǒng)計(jì)·和計(jì)算，對(duì)運(yùn)行中的設(shè)備進(jìn)行在線(xiàn)故障診斷。本文總結(jié)了以往研究的成果，并結(jié)合對(duì)國(guó)內(nèi)5家大、中型發(fā)電企業(yè)的現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查研究，分析了我國(guó)在該領(lǐng)域的開(kāi)發(fā)、應(yīng)用水平和今后的發(fā)展方向。1能損分析方法火電廠(chǎng)性能計(jì)算和分析的目的是通過(guò)對(duì)機(jī)組熱經(jīng)濟(jì)性及運(yùn)行參數(shù)進(jìn)行計(jì)算和分析，確定機(jī)組主、輔設(shè)備及熱力系統(tǒng)的熱經(jīng)濟(jì)狀況，運(yùn)用熱經(jīng)濟(jì)節(jié)能原理對(duì)當(dāng)前的運(yùn)行參數(shù)、運(yùn)行方式進(jìn)行計(jì)算，定量給出其對(duì)經(jīng)濟(jì)性的影響。運(yùn)行人員可根據(jù)計(jì)算結(jié)果進(jìn)行參數(shù)調(diào)整，使機(jī)組運(yùn)行工況最經(jīng)濟(jì)?；痣姀S(chǎng)性能計(jì)算和分析的具體內(nèi)容是計(jì)算當(dāng)前工況下機(jī)組一些運(yùn)行指標(biāo)的實(shí)時(shí)值和應(yīng)達(dá)值；分析各參數(shù)偏離應(yīng)達(dá)值造成的熱經(jīng)濟(jì)性損失并指出可控?fù)p失及減少損失的措施。1．1應(yīng)達(dá)值的確定在當(dāng)前電廠(chǎng)運(yùn)行的能損分析系統(tǒng)中，應(yīng)達(dá)值主要由5種方法確定：(1)采用制造廠(chǎng)提供的設(shè)計(jì)值。如主蒸汽壓力、主蒸汽溫度、再熱蒸汽溫度等。(2)采用最佳運(yùn)行試驗(yàn)的方法。在進(jìn)行設(shè)備消缺后，進(jìn)行若干工況的試驗(yàn)，確定應(yīng)達(dá)值，如排煙溫度、煙氣含氧量、汽水損失等。(3)采用變工況熱力計(jì)算結(jié)果。如汽機(jī)真空、給水溫度等。(4)采用歷史數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)值。對(duì)一段時(shí)間內(nèi)機(jī)組運(yùn)行指標(biāo)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析、統(tǒng)計(jì)，得到某些指標(biāo)的應(yīng)達(dá)值。(5)自動(dòng)尋優(yōu)確定。各工況在不同的邊界(如循環(huán)水溫，大氣壓力等)有不同的應(yīng)達(dá)值曲線(xiàn)，曲線(xiàn)由系統(tǒng)自動(dòng)統(tǒng)計(jì)扒組的最佳運(yùn)行狀態(tài)而形成。當(dāng)機(jī)組滑壓運(yùn)行時(shí)，一般采用變工況熱力計(jì)算或熱力試驗(yàn)的方法來(lái)得到不同負(fù)荷(或主蒸汽流量)下主蒸汽壓力的應(yīng)達(dá)值。對(duì)于主蒸汽壓力、主蒸汽溫度、再熱蒸汽溫度等一類(lèi)參數(shù)的應(yīng)達(dá)值，各電廠(chǎng)均采用方法(1)來(lái)確定(定壓運(yùn)行、，其它如排煙溫度、飛灰含碳率、汽水損失、汽機(jī)真空、給水溫度、主減溫水量、廠(chǎng)用電率、鍋爐效率參數(shù)的確定．則各采用不同的方法，在調(diào)研的電廠(chǎng)中，有兩家電廠(chǎng)采用方法(1)和(2)，方法(3)、(4)和(5)各有一家電廠(chǎng)采用。采用方法(2)，在系統(tǒng)運(yùn)行初期效果較好，但是隨著運(yùn)行時(shí)間的延長(zhǎng)，機(jī)組的狀態(tài)發(fā)生改變，應(yīng)達(dá)值也應(yīng)有所變化。但是，在發(fā)電廠(chǎng)不可能經(jīng)常做上述大量的試驗(yàn)，使得應(yīng)達(dá)值和機(jī)組實(shí)際運(yùn)行狀態(tài)不符合。采用方法(3)，從理論上講是正確的。但是，計(jì)算結(jié)果受到變工況熱力計(jì)算模型的影陶：而且，計(jì)算得到的基準(zhǔn)值是理論值，在運(yùn)行中較難達(dá)到，這樣就影響了對(duì)運(yùn)行的指導(dǎo)作用。采用方法(4)，由于統(tǒng)計(jì)是一個(gè)復(fù)雜費(fèi)時(shí)的過(guò)程，且原始數(shù)據(jù)是沒(méi)有進(jìn)行過(guò)驗(yàn)證的，因此，統(tǒng)計(jì)一次要經(jīng)過(guò)數(shù)據(jù)驗(yàn)證，選擇典型數(shù)據(jù)，再考慮邊界條件的影響，給出應(yīng)達(dá)值。由于這過(guò)程繁瑣，采用這種方法的系統(tǒng)一般也不對(duì)應(yīng)達(dá)值進(jìn)行經(jīng)常性的更新，使得應(yīng)達(dá)值和機(jī)組狀態(tài)不符合。方法(5)是一個(gè)很好的想法，同時(shí)考慮到邊界條件的變化、應(yīng)達(dá)值的可信度和對(duì)運(yùn)行的指導(dǎo)性。但是，由于邊界條件眾多，導(dǎo)致應(yīng)達(dá)值的曲線(xiàn)在較短的時(shí)間內(nèi)難以統(tǒng)計(jì)完成。經(jīng)過(guò)很長(zhǎng)時(shí)間，曲線(xiàn)完成后，曲線(xiàn)上有很多點(diǎn)也已經(jīng)與機(jī)組的狀態(tài)不符合了。由上述分折可以看出，確定運(yùn)行指標(biāo)的應(yīng)達(dá)值應(yīng)考慮它的徒確性、實(shí)時(shí)性及可行性。如果得出的應(yīng)達(dá)值在運(yùn)行中不符合設(shè)備的實(shí)際狀態(tài)或在實(shí)際運(yùn)行中不能達(dá)到，就不能對(duì)運(yùn)行起到很好的指導(dǎo)作用。1．2能損分析方法能損分折是用來(lái)計(jì)算運(yùn)行參數(shù)偏離應(yīng)達(dá)值而引起的能量損失，目前主要采用的方法是等效治降法和偏差分折法等。具體計(jì)算應(yīng)該根據(jù)不同參數(shù)的特點(diǎn)選用不同的方法。(1)熱偏差法。對(duì)于機(jī)組效率影響較大的一類(lèi)參數(shù)，如主蒸汽壓力、主蒸汽溫度、再熱蒸汽溫度等，一般采用熱偏差法。(2)等效焰降法。等效燴降法主要用來(lái)對(duì)熱力系統(tǒng)局部進(jìn)行定量分折，如對(duì)加熱器端差、再熱蒸汽壓損，加熱器非正常運(yùn)行等引起的煤耗，它只計(jì)算和系統(tǒng)變化有關(guān)的部分，計(jì)算簡(jiǎn)潔，速度快。由于熱偏差法和等效治降法成熟有效，所以大多數(shù)優(yōu)化系統(tǒng)都采用這些方法。2優(yōu)化運(yùn)行指導(dǎo)基于性能計(jì)算和能損分折的結(jié)果，找出可控?fù)p失項(xiàng)及這些損失對(duì)機(jī)組經(jīng)濟(jì)性造成的影響，進(jìn)而給出減少這些損失的指導(dǎo)意見(jiàn)，提高機(jī)組的運(yùn)行水平。目前，這類(lèi)系統(tǒng)主要應(yīng)用在鍋爐吹灰、凝汽器真空和可控參數(shù)的優(yōu)化指導(dǎo)上，是局部系統(tǒng)的應(yīng)用。2．1吹灰優(yōu)化指導(dǎo)系統(tǒng)鍋爐受熱面站污，傳熱效率下降，勢(shì)必導(dǎo)致熱交換后移，排煙溫度和減溫水量變化，影響機(jī)組經(jīng)濟(jì)性。目前，大多數(shù)電廠(chǎng)采用定期吹灰，這樣做雖然可以保持受熱面清潔，但會(huì)造成吹灰蒸汽損失和受熱面沖蝕引起的費(fèi)用損失。如何使受熱面站污帶來(lái)的損失和吹灰損失之和最小，是最佳吹灰指導(dǎo)系統(tǒng)解決的問(wèn)題。這對(duì)大型機(jī)組尤為重要。要計(jì)算各受熱面的站污情況，需對(duì)受熱面進(jìn)行全面的熱力計(jì)算，但受?chē)?guó)內(nèi)測(cè)量技術(shù)的影響，鍋爐高溫區(qū)的煙氣側(cè)溫度還不能徒確測(cè)量，目前已有的類(lèi)似系統(tǒng)采用從汽水側(cè)開(kāi)始計(jì)算，反算煙氣側(cè)溫度。由于熱慣性，使得計(jì)算結(jié)果不夠徒確，而且結(jié)果也不易在現(xiàn)場(chǎng)驗(yàn)證，較難取得電廠(chǎng)的認(rèn)同。因此，如何使該類(lèi)系統(tǒng)徒確實(shí)用，是一個(gè)急需解決的問(wèn)題。在走訪(fǎng)過(guò)的5座電廠(chǎng)中在試運(yùn)。2．2真空系統(tǒng)優(yōu)化指導(dǎo)系統(tǒng)目前只有一座電廠(chǎng)有該系統(tǒng)真空系統(tǒng)的優(yōu)化指導(dǎo)主要包括凝汽器運(yùn)行的優(yōu)化指導(dǎo)和循環(huán)水泵的優(yōu)化運(yùn)行指導(dǎo)。凝汽器的性能可以通過(guò)其幾個(gè)重要的指標(biāo)如端差、傳熱系數(shù)和清潔系數(shù)進(jìn)行監(jiān)測(cè)。通過(guò)這些指標(biāo)的計(jì)算和統(tǒng)計(jì)，診斷凝汽器存在的故障類(lèi)型和故障原因，給運(yùn)行人員一個(gè)明了的解釋?zhuān)潜鞠到y(tǒng)應(yīng)具備的基本功能。對(duì)各指標(biāo)的計(jì)算和故障診斷方法已有較多研究，但是能長(zhǎng)期在線(xiàn)運(yùn)行并有較好效果的系統(tǒng)卻不多見(jiàn)。通過(guò)對(duì)凝汽器進(jìn)行熱力計(jì)算，調(diào)整運(yùn)行循環(huán)水泵的組合或調(diào)整循環(huán)水泵的葉片角度，控制合適的循環(huán)水流量．可以達(dá)到節(jié)能的目的。但目前循環(huán)水流量難以測(cè)定，影響此研究的進(jìn)行。有學(xué)者利用循泵的特性曲線(xiàn)來(lái)估算循環(huán)水流量，取得良好的效果。有的系統(tǒng)采用試驗(yàn)的方法，定出不同季節(jié)幾個(gè)工況點(diǎn)，按季節(jié)和工況來(lái)調(diào)整循環(huán)水泵的運(yùn)行，雖是一種較粗放的方式，卻也簡(jiǎn)單有效。真空系統(tǒng)的優(yōu)化運(yùn)行指導(dǎo)，要做到實(shí)用、徒確合理．尚有很多工作要做。在調(diào)研的電廠(chǎng)中，只有一座裝有該系統(tǒng)，此系統(tǒng)實(shí)時(shí)算出凝汽器端差、傳熱系數(shù)、清潔系數(shù)等參數(shù)，并以概率的形式給出凝汽器可能存在的故障。循環(huán)水泵的優(yōu)化則是由試驗(yàn)定出幾個(gè)負(fù)荷工況點(diǎn)，在不同的工況點(diǎn)區(qū)間運(yùn)行不同臺(tái)數(shù)的循環(huán)水泵。該方法雖粗放，但較原來(lái)一直運(yùn)行所有循泵的方法，大大降低了能耗。2．3可控參數(shù)的運(yùn)行指導(dǎo)可控?fù)p失是由于可控參數(shù)偏離應(yīng)達(dá)值造成的。可控參數(shù)主要包括主蒸汽溫度、主蒸汽壓力、過(guò)熱器減溫水、再熱蒸汽溫度、再熱器減溫水、送引風(fēng)機(jī)功率、循泵功率等。對(duì)可控參數(shù)，給出如何調(diào)整該參數(shù)和與之相關(guān)的參數(shù)，使其達(dá)到運(yùn)行應(yīng)達(dá)值，將對(duì)機(jī)組優(yōu)化運(yùn)行起到良好的指導(dǎo)作用。目前，上述5家電廠(chǎng)的該系統(tǒng)都只是把應(yīng)達(dá)值和實(shí)際運(yùn)行值做一對(duì)比，指出由此造成的能量損失，對(duì)于如何減少該損失的指導(dǎo)則沒(méi)有涉及。3發(fā)展方向3．1數(shù)據(jù)的驗(yàn)證在走訪(fǎng)調(diào)研中發(fā)現(xiàn)，很多系統(tǒng)不能很好地運(yùn)行是由于采集到的數(shù)據(jù)不全或數(shù)據(jù)不正確，計(jì)算結(jié)果明顯錯(cuò)誤。因此數(shù)據(jù)在系統(tǒng)使用前進(jìn)行合理性驗(yàn)證是必要的?，F(xiàn)有系統(tǒng)一般采用根據(jù)設(shè)計(jì)值定一個(gè)范圍，超出該范圍的即認(rèn)為是壞數(shù)據(jù)，發(fā)現(xiàn)壞數(shù)據(jù)后，即用設(shè)計(jì)值代替進(jìn)行計(jì)算。這種驗(yàn)證方法對(duì)一部分變化范圍很小的參數(shù)是有效的，而對(duì)那些變化范圍很大的參數(shù)效果不好。若數(shù)據(jù)變化范圍大，則沒(méi)定的范圍也大，發(fā)現(xiàn)錯(cuò)誤數(shù)據(jù)的機(jī)會(huì)就少了：用設(shè)計(jì)值代替壞數(shù)據(jù)，由于設(shè)計(jì)值與當(dāng)前工況的實(shí)際值偏差較大，使計(jì)算結(jié)果誤差較大，可信度下降。近年來(lái)，人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)在故障診斷和過(guò)程控制等領(lǐng)域的研究非?；钴S。神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)強(qiáng)大的非線(xiàn)性映射、聯(lián)想、記憶能力對(duì)于電廠(chǎng)優(yōu)化系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)驗(yàn)證也特別適用。如3層BP網(wǎng)絡(luò)理論上可模擬任何次曲線(xiàn)。利用訓(xùn)練好的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)．不僅能驗(yàn)證數(shù)據(jù)的好壞，而且對(duì)于壞數(shù)據(jù)，可以根據(jù)上次好的數(shù)據(jù)預(yù)測(cè)出正確數(shù)據(jù)，其誤差甚小。神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的自學(xué)習(xí)功能，可以使驗(yàn)證系統(tǒng)始終和機(jī)組實(shí)際運(yùn)行狀態(tài)相適應(yīng)：3．2應(yīng)達(dá)值的確定應(yīng)達(dá)值在優(yōu)化系統(tǒng)中起著重要的作用。很多系統(tǒng)之所以不能在現(xiàn)場(chǎng)長(zhǎng)期有效的使用，應(yīng)達(dá)值確定不合理是一個(gè)主要原因?，F(xiàn)在優(yōu)化系統(tǒng)常用的應(yīng)達(dá)值是靜態(tài)的，即在較長(zhǎng)時(shí)間內(nèi)是不變的。而事實(shí)上，隨著機(jī)組運(yùn)行時(shí)間的延續(xù)，機(jī)組運(yùn)行環(huán)境和設(shè)備狀態(tài)的變化，應(yīng)達(dá)值是變化的。應(yīng)達(dá)值確定不合理使得參數(shù)指標(biāo)的比較標(biāo)準(zhǔn)不是最優(yōu)值，失去優(yōu)化指導(dǎo)作用，而且運(yùn)行指標(biāo)考核也失去標(biāo)準(zhǔn)，影響運(yùn)行人員的操作熱情。在走訪(fǎng)調(diào)研中，廠(chǎng)方也指出合理確定應(yīng)達(dá)值的重要性，他們希望應(yīng)達(dá)值應(yīng)該能隨機(jī)組狀態(tài)的遷移而自動(dòng)適應(yīng)和變化，即具有自學(xué)習(xí)能力。這樣，才能對(duì)機(jī)組運(yùn)行更有指導(dǎo)性，對(duì)運(yùn)行考核也更合理、更有說(shuō)服力。綜合上述應(yīng)達(dá)值的確定方法，并引入神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，可以解決應(yīng)達(dá)值的合理確定問(wèn)題。根據(jù)應(yīng)達(dá)值和運(yùn)行參數(shù)的相關(guān)性，分別用不同的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)來(lái)表示。系統(tǒng)運(yùn)行初期，可以選用前述方法來(lái)確定應(yīng)達(dá)值，同時(shí)，積累的數(shù)據(jù)用于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的學(xué)習(xí)訓(xùn)練。經(jīng)過(guò)一段時(shí)間后，神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)訓(xùn)練成功，可以用它來(lái)計(jì)算應(yīng)達(dá)值，并且同時(shí)學(xué)習(xí)訓(xùn)練，以適應(yīng)機(jī)組狀態(tài)的變化。運(yùn)行時(shí)間越長(zhǎng)，訓(xùn)練結(jié)果受韌時(shí)訓(xùn)練值的影響就越小，結(jié)果就越準(zhǔn)確。另外，神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)計(jì)算的應(yīng)達(dá)值和用試驗(yàn)及變工況計(jì)算確定的應(yīng)達(dá)值進(jìn)行比較，可以看出機(jī)組設(shè)備性能下降的程度。目前，具有學(xué)習(xí)功能的應(yīng)達(dá)值確定方法較少，應(yīng)該加大研究力度。3．3在線(xiàn)故障診斷與決策通過(guò)性能計(jì)算和能損分析，可以得到設(shè)備的經(jīng)濟(jì)性能情況。對(duì)于經(jīng)濟(jì)性下降較大的設(shè)備，分析其原因、發(fā)展趨勢(shì)和應(yīng)該采取的措施，對(duì)電廠(chǎng)運(yùn)行和管理人員都有很重要的意義。如某加熱器性能下降嚴(yán)重，通過(guò)近期數(shù)據(jù)分析，找出各參數(shù)變化的趨勢(shì)，根據(jù)故障診斷模型，判斷可能的故障和發(fā)生的原因。如果故障嚴(yán)重，考慮到經(jīng)濟(jì)性和安全性，給出是停機(jī)檢修還是切除運(yùn)行至下次大修。由于機(jī)組設(shè)備眾多，且關(guān)系復(fù)雜，在線(xiàn)判斷有一定的難度。而運(yùn)行決策則涉及機(jī)組負(fù)荷預(yù)測(cè)和機(jī)組在任意工況下，設(shè)備故障運(yùn)行(包括隔離運(yùn)行)與健康運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性比較。人工智能技術(shù)的發(fā)展使得較好的解決這些問(wèn)題有了可能。目前，故障診斷專(zhuān)家系統(tǒng)已多有研究。建立故障診斷知識(shí)庫(kù)，輸入系統(tǒng)癥狀，通過(guò)推理機(jī)推理，即可得到診斷結(jié)果和推理路徑。把在線(xiàn)數(shù)據(jù)輸入系統(tǒng)進(jìn)行判斷，可得到在線(xiàn)的診斷系統(tǒng)，對(duì)于某些設(shè)備，仍然需要人的參與。神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)和數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)通過(guò)對(duì)歷史數(shù)據(jù)的分析、統(tǒng)計(jì)和學(xué)習(xí)，可用于運(yùn)行決策。