我國(guó)電力工業(yè)經(jīng)過二十多年的快速發(fā)展,火電站裝機(jī)總量達(dá)到了相當(dāng)大的規(guī)模。盡管目前電力緊缺,增加裝機(jī)容量仍然是重要任務(wù)。然而,提高電站的經(jīng)濟(jì)運(yùn)行水平,降低煤耗,已經(jīng)提到日程上來。在這一背景下,設(shè)計(jì)經(jīng)濟(jì)運(yùn)行管理計(jì)算機(jī)系統(tǒng)是電站專業(yè)工作者、計(jì)算機(jī)系統(tǒng)工程工作者共同面臨的任務(wù)。
應(yīng)當(dāng)說明,在過去的幾年中,電力系統(tǒng)的專家提出了SIS(Supervisory Information System)系統(tǒng)的概念。由于SIS是監(jiān)控信息系統(tǒng),為突出經(jīng)濟(jì)運(yùn)行、優(yōu)化管理決策的思想,本文采用經(jīng)濟(jì)運(yùn)行管理系統(tǒng)(Economic Operation Management System,EOMS)這一術(shù)語。
1 火力發(fā)電廠經(jīng)濟(jì)運(yùn)行管理的優(yōu)化和模型建立問題
火力發(fā)電站是能源轉(zhuǎn)換系統(tǒng),能源轉(zhuǎn)換效率本質(zhì)上取決于電站工藝的總體設(shè)計(jì)和主機(jī)、輔機(jī)設(shè)備的優(yōu)化配置。當(dāng)然,也取決于這些設(shè)備如鍋爐、汽機(jī)、發(fā)電機(jī)及各種輔機(jī)的工作效率及狀態(tài)。當(dāng)電廠投入運(yùn)行之后,機(jī)組的主體設(shè)備、工藝結(jié)構(gòu)均已確定。此時(shí)影響能源轉(zhuǎn)換效率的將是經(jīng)濟(jì)運(yùn)行及優(yōu)化管理問題。解決這一難題的工具平臺(tái)就是EOMS系統(tǒng)。EOMS系統(tǒng)有效運(yùn)行、真正發(fā)揮作用的關(guān)鍵是實(shí)用化的數(shù)學(xué)模型問題。下面分析解決這一問題的難點(diǎn)和性質(zhì)。
• 經(jīng)驗(yàn)和理論分析都告訴人們,任何設(shè)備存在以經(jīng)濟(jì)性為準(zhǔn)則的最佳工作點(diǎn),滿負(fù)荷出力與經(jīng)濟(jì)負(fù)荷出力是兩個(gè)不相同的概念。定量化分析,建立主機(jī)、輔機(jī)設(shè)備的經(jīng)濟(jì)運(yùn)行模型,使之工作在經(jīng)濟(jì)運(yùn)行參數(shù)上,是經(jīng)濟(jì)運(yùn)行應(yīng)解決的第一步問題。
• 大型火力發(fā)電機(jī)組是一類工業(yè)大系統(tǒng)(Industrial Large Scale System)。不僅要求主機(jī)、輔機(jī)、各種裝置、各子系統(tǒng)相互協(xié)調(diào)工作,而且需要相互之間工作參數(shù)的合理配合,才能達(dá)到經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的總體優(yōu)化。單一設(shè)備的經(jīng)濟(jì)性,固然是工作的基礎(chǔ),而主要目標(biāo)是提高機(jī)組級(jí)的總體經(jīng)濟(jì)性。因此,建立機(jī)組級(jí)經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的量化模型,是搞好電廠經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的基礎(chǔ)性工作。
• 由于不同電站運(yùn)行方式不同,如單一發(fā)電機(jī)組、熱電聯(lián)供機(jī)組的不同;設(shè)備參數(shù)不同:如高壓參數(shù)機(jī)組、亞臨界、超臨界參數(shù)機(jī)組,甚至超超臨界參數(shù)機(jī)組;主設(shè)備工藝過程不同:如汽包爐與直流爐、直吹式送粉與中貯式送粉、凝汽式機(jī)組與再熱式機(jī)組、抽汽方式的差異等;這一系列差異使人們認(rèn)識(shí)到?jīng)]有通用的機(jī)組級(jí)經(jīng)濟(jì)運(yùn)行模型,只有建立針對(duì)特定機(jī)組的專有模型才能收到良好的效果。
• 此類服務(wù)于特定電廠的專有數(shù)學(xué)模型還需要經(jīng)常維護(hù)。這是因?yàn)殡S著投運(yùn)時(shí)間的增加,主機(jī)、輔機(jī)的工作狀態(tài)均在變化,如磨煤機(jī)的磨損,風(fēng)機(jī)、水泵等旋轉(zhuǎn)部件的磨損,爐膛積灰、結(jié)焦?fàn)顟B(tài)的變化等,這一系列變化必將影響設(shè)備的效率,改變機(jī)組的熱交換條件,進(jìn)而影響整個(gè)機(jī)組的總體經(jīng)濟(jì)性。
• 隨著季節(jié)的不同,環(huán)境溫度、濕度均在變化,它們會(huì)影響機(jī)組總體上的熱交換環(huán)境,從而影響機(jī)組的經(jīng)濟(jì)運(yùn)行工作點(diǎn)。
• 這一切說明了這樣的事實(shí),不僅機(jī)組經(jīng)濟(jì)運(yùn)行模型不可能通用,必須進(jìn)行有針對(duì)性的建模工作,而且這種經(jīng)濟(jì)運(yùn)行模型還必須經(jīng)常維護(hù)、經(jīng)常修訂,使之更符合特定機(jī)組的實(shí)際情況。顯然,這是一項(xiàng)要求很高的工作,是一種高水平的新興職業(yè)。如果希望將火力發(fā)電機(jī)組運(yùn)行得更好、更經(jīng)濟(jì),高水平的經(jīng)濟(jì)運(yùn)行分析人員是不可缺少的。從某種意義上說,經(jīng)濟(jì)運(yùn)行分析人員的水平將決定已建電廠的經(jīng)濟(jì)運(yùn)行水平。
• 有了發(fā)電機(jī)組的特定經(jīng)濟(jì)運(yùn)行數(shù)學(xué)模型,才能進(jìn)行不同機(jī)組之間優(yōu)化的負(fù)荷分配。沒有機(jī)組級(jí)的實(shí)用化經(jīng)濟(jì)運(yùn)行模型,負(fù)荷分配的優(yōu)化工作將無法進(jìn)行。
• 安全是最大的效益。除了應(yīng)建立機(jī)組級(jí)經(jīng)濟(jì)運(yùn)行模型之外,還應(yīng)對(duì)主機(jī)、輔機(jī)設(shè)備、各種裝置和部件,特別是重要的易損部件,建立嚴(yán)格的運(yùn)行狀態(tài)記錄,對(duì)影響它們安全運(yùn)行的參數(shù)進(jìn)行連續(xù)監(jiān)測(cè),如正常工況、非正常(超溫超壓等)工況下的連續(xù)工作時(shí)間累計(jì);對(duì)易損部件的維護(hù)、更換情況,建立設(shè)備或部件的全面安全檔案。建立此種檔案的目的是積累知識(shí),最終建立部件、設(shè)備的壽命損耗數(shù)學(xué)模型。從目前的定期檢修過渡到壽命預(yù)測(cè)、預(yù)測(cè)更換。由于壽命損耗模型涉及到的知識(shí)較多,如材料科學(xué)、溫度梯度場(chǎng)下的應(yīng)力和形變、高溫高壓下的材料變異等,顯然此類模型的建立不僅需要理論知識(shí),同時(shí)需要長(zhǎng)期的現(xiàn)場(chǎng)經(jīng)驗(yàn)的積累。經(jīng)濟(jì)運(yùn)行管理系統(tǒng)應(yīng)當(dāng)為此類專業(yè)技術(shù)人員提供一個(gè)高水平的平臺(tái)。經(jīng)濟(jì)運(yùn)行離不開這樣的設(shè)備安全分析人員。
搞好電廠的經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的必要條件是建立準(zhǔn)確的特定數(shù)學(xué)模型,而且這類模型必須不斷維護(hù)、修正、提高,沒有特定的數(shù)學(xué)模型,電廠的經(jīng)濟(jì)運(yùn)行將無法執(zhí)行。沒有專業(yè)的高水平的經(jīng)濟(jì)運(yùn)行分析人員、設(shè)備安全狀態(tài)分析人員,不能得到高水平的特定模型。電廠的經(jīng)濟(jì)運(yùn)行工作、EOMS系統(tǒng)的完善和高級(jí)專業(yè)分析人員的出現(xiàn),很可能是互相促進(jìn)、共同成長(zhǎng)起來的。這是人們可以得到的基本認(rèn)識(shí)。
2 典型功能設(shè)計(jì)
為了構(gòu)建合理、實(shí)用化的EOMS系統(tǒng),參照國(guó)外類似的情況及國(guó)內(nèi)科技工作者的工作,分析EOMS系統(tǒng)的典型功能如下:
2.1 機(jī)組效率及熱經(jīng)濟(jì)性的基礎(chǔ)計(jì)算功能
目前可以進(jìn)行的機(jī)組級(jí)主要經(jīng)濟(jì)性能基礎(chǔ)計(jì)算,如下述項(xiàng)目:
• 機(jī)組級(jí)的熱經(jīng)濟(jì)性指標(biāo)計(jì)算;
① 采用正平衡法:Ni=Nip-ζb(kJ/kg)
② 采用反平衡法:Ni=Q-∑Qn(kJ/kg)
這里:Ni:一公斤工質(zhì)的循環(huán)作功;Nip:汽機(jī)內(nèi)的蒸汽膨脹作功;ζb:給水泵內(nèi)的焓升;Q:循環(huán)吸熱量;∑Qn:各種損失的總和。
• 外部余熱利用計(jì)算;
• 給水泵功率計(jì)算及冷源損失計(jì)算;
• 熱耗率計(jì)算、汽耗率計(jì)算、標(biāo)準(zhǔn)煤耗率計(jì)算;
• 不同經(jīng)濟(jì)性指標(biāo)如:實(shí)際循環(huán)效率(ηi)、汽機(jī)裝置熱耗率(q);標(biāo)準(zhǔn)煤耗(bb)等指標(biāo)相互間的轉(zhuǎn)換;
• 汽機(jī)冷凝汽變化及出口損失計(jì)算;
• 再熱器壓損失計(jì)算;
• 排擠抽汽引起的凝結(jié)水泵、疏水泵、給水泵耗能損失計(jì)算,即泵功損失計(jì)算;
• 軸封滲漏損失計(jì)算及漏汽回收再利用;
• 抽汽、抽汽加熱器,余熱利用的效益計(jì)算;
• 補(bǔ)給水方式及熱能回收的經(jīng)濟(jì)性計(jì)算;
• 廠用蒸汽的效能計(jì)算;
• 各種冷源損失計(jì)算;
• 噴水減溫的熱經(jīng)濟(jì)性計(jì)算;
• 排污熱能損失及回收利用計(jì)算;
• 加熱器效率及損失計(jì)算;
• 疏水冷卻系統(tǒng)的效能及損失計(jì)算;
• 暖風(fēng)系統(tǒng)的效能計(jì)算;
• 省煤器效能計(jì)算;
• 其它需要進(jìn)行的輔機(jī)系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)性計(jì)算。
此項(xiàng)功能框圖如圖1所示。
圖1 機(jī)組、輔機(jī)經(jīng)濟(jì)性計(jì)算子系統(tǒng)
綜合上述可得如下認(rèn)識(shí):
• 這種計(jì)算是專業(yè)性的,而且計(jì)算的內(nèi)容、范圍隨著認(rèn)識(shí)的深入將會(huì)擴(kuò)大和精確。
• 企圖一勞永逸地采用一套已知公式,解決經(jīng)濟(jì)運(yùn)行問題是不現(xiàn)實(shí)的。
• 人們?cè)俅握J(rèn)識(shí)到,經(jīng)濟(jì)運(yùn)行分析人員是一種研究性的工作崗位,這種研究工作既有對(duì)具體問題的深入理解,也有對(duì)新問題、新現(xiàn)象的發(fā)現(xiàn)和認(rèn)識(shí),從而提高認(rèn)知水平。
• 此種研究和計(jì)算應(yīng)由具有很深造詣的專業(yè)工作者承擔(dān)。
2.2 熱能損耗分析
反平衡法計(jì)算機(jī)組效率時(shí),難點(diǎn)在于完整地計(jì)算損失總和項(xiàng)∑Qn,由于經(jīng)驗(yàn)不足或知識(shí)不完備,往往出現(xiàn)遺漏。正因?yàn)槿绱耍枵J(rèn)真計(jì)算和研究。因?yàn)椤芉n計(jì)算的精準(zhǔn)度一定程度上代表了工作者的認(rèn)識(shí)水平和深度。因此,與正平衡法計(jì)算相比較,分析差異是深化認(rèn)識(shí)的一個(gè)方法。全面、精確地進(jìn)行熱能損耗計(jì)算,是提高經(jīng)濟(jì)運(yùn)行水平的一個(gè)途徑。實(shí)現(xiàn)這一功能的計(jì)算機(jī)子系統(tǒng)的框圖如圖2所示。
圖2 熱能損耗分析子系統(tǒng)
由圖1可知,這是一個(gè)交互式輔助決策系統(tǒng)。由于大型機(jī)組經(jīng)濟(jì)運(yùn)行問題的復(fù)雜性,采用自動(dòng)決策的設(shè)計(jì)是不明智的。又由于人們對(duì)熱能損耗認(rèn)識(shí)的不足,采用固定結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)也是錯(cuò)誤的。因此應(yīng)當(dāng)將這一系統(tǒng)設(shè)計(jì)為可擴(kuò)展系統(tǒng)。隨著經(jīng)濟(jì)運(yùn)行知識(shí)的增加、不斷完善、修正偏差,分析知識(shí)庫(kù)及理想損耗值狀態(tài)庫(kù)將不斷完善和精確,從而使得問題的分析更準(zhǔn)確。損耗圖可以采用相對(duì)值坐標(biāo)形式,如用下式作為縱坐標(biāo):。其中,Ri0:第i項(xiàng)理想值;Ri:第i項(xiàng)實(shí)際值。
ηi通常大于1,數(shù)值越大,經(jīng)濟(jì)性越差。當(dāng)然,除了圖形式之外,可以利用計(jì)算機(jī)輸出方式的靈活性,形成多種輸出形式如用表格形式,給出絕對(duì)值,以便有定量化的概念;單項(xiàng)損耗隨時(shí)間的函數(shù)圖形方式,以便了解變化的趨勢(shì)等。
2.3 經(jīng)濟(jì)運(yùn)行決策分析系統(tǒng)
在前述計(jì)算的基礎(chǔ)上,可以構(gòu)建機(jī)組級(jí)經(jīng)濟(jì)運(yùn)行決策分析系統(tǒng)。該子系統(tǒng)的基本功能框圖如圖3所示。
圖3 機(jī)組經(jīng)濟(jì)運(yùn)行決策分析系統(tǒng)
• 主機(jī)輔機(jī)設(shè)備的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)、效率曲線等,應(yīng)存儲(chǔ)在基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫(kù)。
• 當(dāng)前機(jī)組運(yùn)行中的實(shí)際狀態(tài)參數(shù)、真實(shí)狀態(tài)數(shù)據(jù)來自于機(jī)組DCS系統(tǒng),此類動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)應(yīng)長(zhǎng)期保存,以便進(jìn)行分析研究時(shí)使用。
• 這里的機(jī)組效率、熱能損耗知識(shí)庫(kù),基本方法應(yīng)與前述相同,區(qū)別在于側(cè)重機(jī)組總體的經(jīng)濟(jì)性計(jì)算;即將單項(xiàng)損耗、單設(shè)備效率納入機(jī)組總體的經(jīng)濟(jì)性中,求得局部損耗、局部效率與總體效率之間的定量化關(guān)系,便于進(jìn)行準(zhǔn)確計(jì)算。正、反平衡計(jì)算法給了工作者一個(gè)基礎(chǔ),然而細(xì)化地分析、更為定量化的工作需要專業(yè)工作者,通過深入地研究來完成。
• 利用基礎(chǔ)數(shù)據(jù)、動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)和方法庫(kù)提供的方法,在經(jīng)濟(jì)分析師的請(qǐng)求下,進(jìn)行綜合經(jīng)濟(jì)性能計(jì)算。此種經(jīng)濟(jì)性能計(jì)算,可以得到機(jī)組運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性定量評(píng)價(jià),這僅僅是一種計(jì)算功能。人們希望此系統(tǒng)的使用者,可以設(shè)定一組或多組數(shù)據(jù),重新進(jìn)行計(jì)算,從而得到不同運(yùn)行方案的比較,選出優(yōu)化的方案,得到機(jī)組級(jí)的經(jīng)濟(jì)運(yùn)行指導(dǎo)意見。因此,本功能應(yīng)設(shè)計(jì)為輔助決策系統(tǒng),同時(shí)兼有在線性能計(jì)算和仿真計(jì)算的功能。
• 為了計(jì)算的方便,配置一定的數(shù)學(xué)計(jì)算方法庫(kù)是必要的。這種數(shù)學(xué)方法庫(kù)因使用者的習(xí)慣有所取舍。因此,基本方法庫(kù)也應(yīng)是可擴(kuò)展、可以維護(hù)的。
• 隨著分析水平的提高,機(jī)組綜合經(jīng)濟(jì)性能的評(píng)價(jià)方法、熱損耗的計(jì)算方法,汽機(jī)、鍋爐、發(fā)電機(jī)、輔機(jī)的效率、熱耗損失的計(jì)算方法同樣需要進(jìn)行改進(jìn),因此需要對(duì)知識(shí)庫(kù)進(jìn)行維護(hù),綜合經(jīng)濟(jì)評(píng)價(jià)準(zhǔn)則同樣需要修訂。圖3中標(biāo)示了這一功能。
2.4 多機(jī)組的發(fā)電負(fù)荷優(yōu)化分配子系統(tǒng)
大型電廠通常是由多臺(tái)發(fā)電機(jī)組構(gòu)成,我們追求的根本目標(biāo)不是單機(jī)組的經(jīng)濟(jì)性,而是電廠總體的經(jīng)濟(jì)性。因此,在滿足電網(wǎng)總的發(fā)電負(fù)荷要求下,對(duì)多臺(tái)機(jī)組存在負(fù)荷優(yōu)化分配問題。數(shù)學(xué)描述如下:
令:Xi為第i臺(tái)發(fā)電機(jī)組的工作參數(shù)矢量;Gi為工作負(fù)荷;ηi為第i臺(tái)發(fā)電機(jī)組的效率函數(shù);函數(shù)關(guān)系表述如下:
ηi=fi(Xi,Gi);Xi Di;0≤Gi≤GR(i)
其中:Di為工作參數(shù)矢量Xi可取的集合,GR(i)為第i臺(tái)機(jī)組可能的最大發(fā)電負(fù)荷;n臺(tái)機(jī)組總的工作效率函數(shù)η,記為:η=f(η1,η2, Λ,ηn) ,于是全廠發(fā)電負(fù)荷分配的最優(yōu)化就是求解如下有約束的非線性規(guī)劃問題:
其中:G0是電網(wǎng)調(diào)度中心對(duì)電廠的總發(fā)電負(fù)荷要求;Gi是第i臺(tái)機(jī)組發(fā)電量;GR(i)是該機(jī)組的允許負(fù)荷最大值;Xi是該機(jī)組的工作參數(shù)矢量;Di為工作參數(shù)取值的允許集合。求解的目標(biāo)是:滿足約束方程(2)的條件下,使(1)式η達(dá)到最大值。
這一功能的框圖如圖4所示。
圖4 機(jī)組負(fù)荷優(yōu)化分配子系統(tǒng)
2.5 設(shè)備的安全狀態(tài)監(jiān)測(cè)和壽命損耗分析
前述的經(jīng)濟(jì)運(yùn)行優(yōu)化問題均是以當(dāng)前的發(fā)電效益為準(zhǔn)則,在問題的提出方面,這當(dāng)然有片面性。更深層次的優(yōu)化,至少應(yīng)考慮下述兩個(gè)問題。
(1) 主機(jī)、輔機(jī)工作狀態(tài)不同,設(shè)備的壽命損耗不同。作為經(jīng)濟(jì)運(yùn)行應(yīng)將設(shè)備的損耗成本計(jì)算在內(nèi);
(2) 對(duì)發(fā)電機(jī)組來說,安全是重要的經(jīng)濟(jì)性指標(biāo),事故將造成重大的經(jīng)濟(jì)損失,因此運(yùn)行一段時(shí)間后的檢修,更換易損件,是不可避免的生產(chǎn)運(yùn)行活動(dòng)。過長(zhǎng)的檢修期可能會(huì)出現(xiàn)事故損失,停機(jī)檢修出現(xiàn)發(fā)電損失,如何優(yōu)化檢修期,形成了另外一類運(yùn)行優(yōu)化問題。
任何優(yōu)化問題理論上必須進(jìn)行定量化求解,前提條件應(yīng)有效益函數(shù)表達(dá)式。旋轉(zhuǎn)部件的磨損費(fèi)用,高溫、高壓部件的壽命損耗,不僅與材料相關(guān),同時(shí)與連續(xù)、斷續(xù)使用時(shí)間,使用狀態(tài)參數(shù)相關(guān)。設(shè)備的設(shè)計(jì)制造廠家給出的公式、曲線是工作者考慮問題的基礎(chǔ),但是可能需要進(jìn)一步地分析和加工處理。
由于人們?cè)谶@類問題上認(rèn)知水平不足,目前電廠均采用定周期檢修法,這當(dāng)然是一種保守的運(yùn)行方式。我們的最終目標(biāo)是依設(shè)備狀態(tài)進(jìn)行預(yù)測(cè)檢修。在保證機(jī)組安全的前提條件下,減少因檢修停機(jī)而造成的發(fā)電損失。
因?yàn)閷?duì)這一問題認(rèn)知水平不足,因此目前仍處于積累知識(shí)和實(shí)用模型的探討階段。正因?yàn)槿绱耍藛栴}才具有挑戰(zhàn)性。設(shè)備安全狀態(tài)監(jiān)測(cè)和壽命損耗分析子系統(tǒng)至少應(yīng)具有三方面的功能:
(1) 收集主機(jī)、輔機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)數(shù)據(jù):?jiǎn)?停狀態(tài)記錄和次數(shù)累計(jì);正常工況下的連續(xù)運(yùn)行時(shí)間及總運(yùn)行時(shí)間累計(jì);非正常工況下(如超溫)運(yùn)行時(shí)間累計(jì);跳閘次數(shù)及狀態(tài)記錄;故障后的詳細(xì)狀態(tài)記錄。
(2) 利用現(xiàn)有的設(shè)備資料、公式、曲線進(jìn)行損耗計(jì)算及壽命計(jì)算。
(3) 根據(jù)運(yùn)行動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù),通過擬合、逼近等方法維護(hù)、構(gòu)建損耗價(jià)值公式及壽命計(jì)算公式。
依照這種分析給出的功能框圖如圖5所示。
圖5 設(shè)備安全狀態(tài)分析子系統(tǒng)
2.6 EOMS系統(tǒng)固定的周期性任務(wù)
除了前述研究性任務(wù)之外,EOMS系統(tǒng)應(yīng)執(zhí)行如下周期性工作:
(1) 接收來自機(jī)組DCS系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù):機(jī)組運(yùn)行的工藝過程變量數(shù)據(jù);機(jī)組設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)數(shù)據(jù)(運(yùn)行,停運(yùn),運(yùn)行工況參數(shù));與運(yùn)行狀態(tài)、設(shè)備狀態(tài)相關(guān)的全部數(shù)據(jù)。
(2) 依照現(xiàn)有的知識(shí)和公式,周期性地計(jì)算各種經(jīng)濟(jì)性能指標(biāo)。
(3) 將計(jì)算結(jié)果依一定形式如表格、函數(shù)曲線、圖表等存檔,并可供相關(guān)領(lǐng)導(dǎo)、分析人員使用。
(4) 周期的機(jī)組性能計(jì)算功能,每十分鐘計(jì)算一次或半小時(shí)計(jì)算一次就可以了。EOMS系統(tǒng)的主要資源,應(yīng)當(dāng)用于機(jī)組經(jīng)濟(jì)性的其它分析、仿真計(jì)算及優(yōu)化方案的比較工作。周期性能計(jì)算僅僅是一項(xiàng)工作。
美國(guó)Echelon公司推出的LonWorks就是一種低成本、高性能的現(xiàn)場(chǎng)總線網(wǎng)絡(luò),由于其具有協(xié)議的開放性與互操作性、通信介質(zhì)的多樣性、網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的靈活性、通信速率高、可靠性強(qiáng)等方面的技術(shù)優(yōu)勢(shì),已被廣泛應(yīng)用于航空/航天、智能樓宇自動(dòng)化、能源計(jì)量和工廠自動(dòng)化等領(lǐng)域。
3 EMOS系統(tǒng)的使用者
為了提高電廠經(jīng)濟(jì)運(yùn)行水平,很可能會(huì)產(chǎn)生新的技術(shù)崗位:經(jīng)濟(jì)運(yùn)行分析師、設(shè)備安全分析師。作為廠級(jí)領(lǐng)導(dǎo)的助手,他們對(duì)電廠的運(yùn)行維護(hù)將發(fā)揮指導(dǎo)作用。那么,他們應(yīng)具備什么樣的知識(shí)結(jié)構(gòu),分析如下:
首先,他們應(yīng)是熟練的電廠熱力學(xué)計(jì)算工作者。熟悉機(jī)組發(fā)電作功的物理過程,并且掌握發(fā)電機(jī)組熱經(jīng)濟(jì)指標(biāo)的計(jì)算理論,如汽耗率、熱耗率、熱效率、煤耗率的計(jì)算。他們應(yīng)對(duì)汽機(jī)、鍋爐、輔機(jī)的效率、熱損耗與環(huán)境參數(shù)、工作參數(shù)及相互配合關(guān)系,具有定量化的模型深度的理解。這種能力是經(jīng)濟(jì)運(yùn)行分析師的基本功。
• 設(shè)備安全分析師首先應(yīng)具備主、輔機(jī)的設(shè)備知識(shí),特別是高溫、高壓部件,旋轉(zhuǎn)磨損材料等的損耗機(jī)理知識(shí);主機(jī)、輔機(jī)壽命損耗知識(shí),沒有這種專業(yè)的知識(shí),顯然無法工作。
• 無論經(jīng)濟(jì)運(yùn)行分析師、設(shè)備安全狀態(tài)分析師都應(yīng)具備數(shù)學(xué)模型的綜合建立能力。他們不僅應(yīng)對(duì)現(xiàn)有模型參數(shù)能夠定量辨識(shí),進(jìn)行參數(shù)維護(hù)、修訂工作,而且依據(jù)運(yùn)行中得到的真實(shí)數(shù)據(jù),有能力加工處理、綜合歸納;對(duì)現(xiàn)有模型進(jìn)行分析、修訂,甚至提出新的數(shù)學(xué)模型的能力。
• 在數(shù)學(xué)工具方面,他們應(yīng)當(dāng)掌握系統(tǒng)辨識(shí)理論、各種最優(yōu)化的計(jì)算方法,如非線性問題求解、最優(yōu)擬合與逼近等,使得他們能對(duì)各類數(shù)值求解問題輕松地完成。
• 經(jīng)濟(jì)運(yùn)行模型的精確度是不斷提高的,優(yōu)化的范圍也會(huì)不斷擴(kuò)展,設(shè)備壽命損耗計(jì)算也需要逐步精確化。經(jīng)濟(jì)運(yùn)行分析師、設(shè)備安全狀態(tài)分析師的工作具有研究工作的性質(zhì)。工作中的知識(shí)積累將大大提高他們的工作質(zhì)量。反過來,他們的高工作質(zhì)量,將極大提高電站的經(jīng)濟(jì)運(yùn)行水平。
• 由于大型電廠的復(fù)雜性,設(shè)備的多樣性、特殊性,目前大學(xué)教育中的熱能專業(yè)、熱工自動(dòng)化專業(yè)似乎尚無完整的經(jīng)濟(jì)運(yùn)行分析教育及設(shè)備安全狀態(tài)分析教育,因此這類專業(yè)人才需要在實(shí)踐中鍛煉。要求一個(gè)人全面支持上述工作是困難、不太現(xiàn)實(shí)的。所以經(jīng)濟(jì)運(yùn)行分析人員很可能會(huì)以小組的形式出現(xiàn),不同的人負(fù)責(zé)不同的專業(yè)設(shè)備,如機(jī)、爐、電輔機(jī)設(shè)備,最終綜合機(jī)組的總體經(jīng)濟(jì)模型,并且有能力進(jìn)行維護(hù)和修訂。人才問題,也許會(huì)成為EOMS系統(tǒng)成功運(yùn)行的關(guān)鍵因素。
4 EOMS系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)問題
通過前述分析,可以歸納EOMS系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)中的若干要點(diǎn):
(1) EOMS是一個(gè)輔助決策系統(tǒng)
EOMS經(jīng)過多種計(jì)算,得到發(fā)電機(jī)組實(shí)際熱耗的數(shù)據(jù),得到機(jī)組效率的數(shù)據(jù),再經(jīng)過仿真對(duì)比及分析計(jì)算,可以獲得優(yōu)化的運(yùn)行參數(shù)指導(dǎo)。這種運(yùn)行指導(dǎo),不應(yīng)當(dāng)被無條件地執(zhí)行,而應(yīng)由有經(jīng)驗(yàn)的專業(yè)人員進(jìn)行安全分析,確認(rèn)不會(huì)影響機(jī)組的安全后再執(zhí)行。因此,EOMS不應(yīng)是自動(dòng)化系統(tǒng),而只能是輔助決策系統(tǒng)。
所以如此,是由機(jī)組運(yùn)行的復(fù)雜性,數(shù)學(xué)模型的不完備性及現(xiàn)場(chǎng)工況的時(shí)變性決定的。因此,在執(zhí)行優(yōu)化方案之前再經(jīng)過專家審查是必要的程序。反過來說,EOMS不是自動(dòng)化系統(tǒng),企圖做成自動(dòng)化系統(tǒng),是指導(dǎo)思想的錯(cuò)誤。
(2) EOMS系統(tǒng)應(yīng)是功能強(qiáng)大的計(jì)算工具平臺(tái)
EOMS要進(jìn)行各種非線性計(jì)算,逼近擬合計(jì)算,非線性規(guī)劃的求解運(yùn)算等;因此,計(jì)算工具應(yīng)當(dāng)完善,滿足計(jì)算工作的需要。
EOMS還必須進(jìn)行多組運(yùn)行參數(shù)的仿真計(jì)算,以便比較不同運(yùn)行參數(shù)下的經(jīng)濟(jì)性,尋找優(yōu)化的運(yùn)行方案,因此EOMS也應(yīng)是一種仿真計(jì)算平臺(tái)。
EOMS還應(yīng)具有方便的計(jì)算公式生成能力。公式中的變量數(shù)據(jù)應(yīng)來自動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)庫(kù),生成的新的計(jì)算方法,可以作為標(biāo)準(zhǔn)公式,納入相關(guān)的函數(shù)庫(kù)。
(3) EOMS系統(tǒng)均具有強(qiáng)大的存貯能力
EOMS存儲(chǔ)的數(shù)據(jù),可分為如下類別:
• 設(shè)備的參數(shù)、曲線、公式數(shù)據(jù)等;
• 設(shè)備及部件的圖紙、圖形、照片數(shù)據(jù);
• 設(shè)備及部件的動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù),如:安裝使用時(shí)間;運(yùn)行狀態(tài)記錄;正常運(yùn)行小時(shí)累計(jì);非正常工況運(yùn)行狀態(tài)記錄,運(yùn)行時(shí)間累計(jì);啟停累計(jì)及其他累計(jì);檢修記錄,分析報(bào)告及其他資料積累。
由于大型發(fā)電機(jī)組設(shè)備眾多,需要關(guān)心的部件數(shù)量很大,需要存貯的數(shù)據(jù)量巨大。因此可靠、巨大的存貯能力必不可少。看來應(yīng)具有主機(jī)系統(tǒng)之外的可冗余或可備份的外部存儲(chǔ)系統(tǒng)。
(4) EOMS系統(tǒng)應(yīng)配置可擴(kuò)充、可維護(hù)的相關(guān)知識(shí)庫(kù)
這種知識(shí)庫(kù)包括:經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的知識(shí)庫(kù);熱損耗分析知識(shí)庫(kù);設(shè)備損耗分析、計(jì)算知識(shí)庫(kù);設(shè)備壽命計(jì)算知識(shí)庫(kù)。
這種知識(shí)可以用函數(shù)表示,也可以用文字說明、照片資料、損傷檢測(cè)報(bào)告、事故分析結(jié)果等形式存貯,以方便研究、查詢、使用為目的。
(5) EOMS系統(tǒng)是電廠內(nèi)部的多用戶計(jì)算決策系統(tǒng)平臺(tái)
EOMS系統(tǒng)應(yīng)與機(jī)組控制用DCS系統(tǒng)通訊連接,不斷接收來自機(jī)組運(yùn)行中的真實(shí)狀態(tài)數(shù)據(jù),記錄在動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)庫(kù)中,與機(jī)組DCS系統(tǒng)通訊能力,不可缺少。
EOMS的集中式數(shù)據(jù)庫(kù),在一定授權(quán)下供多用戶使用,以便進(jìn)行不同使用者關(guān)心的不同問題的分析計(jì)算,這種使用狀態(tài)使人們相信,EOMS系統(tǒng)應(yīng)具有客戶機(jī)-服務(wù)器結(jié)構(gòu)。
EOMS系統(tǒng)雖然具有周期的機(jī)組性能計(jì)算任務(wù),但是更多的時(shí)間,它將是經(jīng)濟(jì)運(yùn)行分析人員進(jìn)行問題分析和研究的工具平臺(tái)。將EOMS系統(tǒng)的功能僅僅局限在周期的機(jī)組性能計(jì)算,不是全面的理解。
EOMS系統(tǒng)的硬件體系結(jié)構(gòu),如圖6所示,這里僅表示總體結(jié)構(gòu),不涉及實(shí)現(xiàn)方法,也未涉及硬件指標(biāo)分析。
5 結(jié)語
本文提出電廠EOMS系統(tǒng)的概念,分析EOMS應(yīng)有的
圖6 經(jīng)濟(jì)運(yùn)行管理系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)
系統(tǒng)功能設(shè)計(jì)。分析中指出,EOMS的特點(diǎn)如下:
• EOMS應(yīng)是輔助決策系統(tǒng),不是自動(dòng)決策系統(tǒng);
• 應(yīng)是高水平的研究計(jì)算平臺(tái),而不應(yīng)是機(jī)組數(shù)據(jù)監(jiān)視計(jì)算機(jī)系統(tǒng);
• 周期性地接受機(jī)組DCS系統(tǒng)的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù),周期性地進(jìn)行機(jī)組性能計(jì)算,僅是EOMS系統(tǒng)的一項(xiàng)任務(wù)。利用EOMS系統(tǒng),積累經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的知識(shí),積累設(shè)備安全狀態(tài)的量化預(yù)測(cè)知識(shí),尋求經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的新方法,深化設(shè)備安全管理的認(rèn)識(shí),提高經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的水平,是EOMS的主要任務(wù)。
• EOMS系統(tǒng)是經(jīng)濟(jì)運(yùn)行分析工作者、設(shè)備安全分析工作者的工作平臺(tái)。它們是EOMS系統(tǒng)的主要使用者。這兩類分析工作者的質(zhì)量和數(shù)量,是決定電站經(jīng)濟(jì)運(yùn)行水平的關(guān)鍵因素。這支隊(duì)伍的壯大,也將進(jìn)一步促進(jìn)EOMS系統(tǒng)的發(fā)展。
火力發(fā)電廠已進(jìn)入節(jié)能、降耗、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的時(shí)代,執(zhí)行精心設(shè)計(jì)的定量化運(yùn)行是個(gè)必然趨勢(shì)。計(jì)算機(jī)系統(tǒng)工作者為此應(yīng)提前做好準(zhǔn)備。