（热能工程专业论文）基于免疫禁忌混合算法的汽轮发电机组优化运行研究.pdf

摘要以汽轮发电机组为核心的火电厂优化运行，一直是我国电力工业发展现代化的重要研究方向。在国内厂级监控信息系统( s i s 系统) 蓬勃发展的研究背景下，重点研究s i s 系统中实时数据库平台的选择和高级应用的开发，生产实时数据预测与验证、机组优化运行技术、免疫一禁忌混合算法和机组负荷优化分配问题几个重要核心内容，为火电厂开展性能监测和优化运行工作提供科学依据。首先对s i s 系统建设过程中的若干问题进行了研究探讨，如s i s 系统的网络架构、s i s 和m i s 的连接方式，实时数据库平台的选择原则，以及高级应用软件的实现功能和开发过程的注意事项等。研究指出应根据火电厂各自的实际情况，分析原有的m i s 系统和控制系统的情况，兼顾实时性和安全性要求，选择适合管理要求的实时数据库平台，采集适当点数的数据并留有扩展余量，在安全可靠的数据库平台上逐步开发和完善各项高级应用。提出一种新的双重神经网络组合预测模型，第一重由回归神经网络和延时神经网络组成，第二重是神经网络组合器，将前两种神经网络的预测结果进行非线性组合，充分利用测点数据的历史变化趋势和相关运行参数的映射规律信息，预测得更准确。以某机组的主蒸汽流量为例进行组合预测模型训练，校核样本的平均相对误差为1 5 ，而单独采用回归神经网络和延时神经网络的平均相对误差为2 7 和1 9 ，表明双重神经网络组合预测模型能够提高预测精度。应用序列概率比检测方法验证数据的正确性，通过计算预测值和测量值的残差、概率比，可有效检测出实时数据的异常，为测量数据的在线自动校验提供有效手段。接着深入研究大型火电机组运行优化模型，由于机组性能计算中低压缸排汽焓的确定是个难点问题，提出采用外推法和平衡方程法相结合的计算方法，利用某机组的热力设计数据进行检验，其变负荷下排汽焓的计算结果与设计值的最大相对误差为o 9 ，可见该方法计算精度高，可以满足火电厂实时性能计算的工程要求。凝汽器真空系统优化提出以汽轮机排汽压力变化所引起的净收益最大为目标函数，综合考虑了循环水消耗所产生的额外费用和机组进入电力市场后分时电价的影响。并应用改进的b p 神经网络建立了机组变工况运行成本计算模型。率先提出免疫一禁忌混合算法，综合集成了免疫算法的全局搜索能力和禁忌搜索算法的强“爬山”能力优点，可以避免出现“早熟”现象。以机组的运行成本最低为运行优化问题的目标函数，通过调整机组的运行方式和各项可控运行参数，在线确定某6 6 0 m w 机组当前负荷工况下的机组运行方式、最优初压、初温、再热蒸汽温度以及凝汽器真空等，实现动态全局寻优，从而指导运行人员的操作，降低机组的运行成本。应用免疫一禁忌混合算法求解机组负荷优化分配问题，对机组的持续状态时间进行抗体编码，可缩短编码长度，加快优化算法的搜索速度。该算法以文献常用的l o 台机系统为例进行计算，经过l o 代左右的进化能快速搜索到最优解，而其他优化算法需要几十代甚至上百代的进化，2 4 小时调度周靓内的机组总煤耗量为7 8 9 7 0 3 吨标准煤，比采用改进遗传算法结果节约2 7 7 吨标准煤，比采用启发式遗传算法计算结果节约8 3 6 7 吨标准煤，可见免疫一禁忌混合算法与其它优化算法相比，能更快搜索到更优解，从而为机组负荷优化分配的求解提供了新的有效算法。基于上述研究的b s 模式的机组优化运行操作指导系统已在某火电厂投入运行两年，为理论指导优化运行提供了有力的科学依据，并在实际的运行调整中得到充分应用。关键词：s i s 系统数据预测与验证机组优化运行免疫禁忌混合算法负荷优化分配r e s e a r c ho no p t i m a lo p e r a t i o no ft h es t e a mt u r b o s e tb a s e do ni m m u n e t a b uh y b r i da l g o r i t h ma b s t r a c to p t i m a lo p e r a t i o no ft h es t e a mt u r b o s e ti sa l li m p o r t a n tr e s e a r c hf i e l do fm o d e r n i z a t i o no fe l e c t r i c i t yi n d u s t r yi no u rc o u n t r y w i t ht h es u p e r v i s o r yi n f o r m a t i o ns y s t e md e v e l o p i n gd r a m a t i c a l l y , t h i sp a p e rf o c u s e do nt h es e l e c t i o np r i n c i p l eo fr e a l t i m ed m a b a s ea n dt h ef u n c t i o no f s i s ，f o r e c a s t i n ga n dv a l i d a t i o no f r e a l t i m ed a t a ，t h eo p t i m a lo p e r a t i o nt e c h n i q u e t h ei m m u n e - 1 a b uh y b r i da l g o r i t h ma n dt h eo p t i m i z e dd i s t r i b u t i o no fu n i tc o m m i t m e n t t h er e s e a r c hr e s u l t sw i l lb en s e f u lf o rp e r f o r m a n c em o n i t o r i n ga n do p t i m a lo p e r a t i o no f t h es t e a mt u r b o s e t f i r s t l yt h ec o n s t r u c t i o no fs i sw a sd i s c u s s e d i n c l u d i n gt h en e t w o r k ，c o n n e c t i o nm o d eb e t w e e ns i sa n dm i s ，t h es e l e c t i o np r i n c i p l eo fr e a l - t i m ed a t a b a s e ，t h ef u n c t i o n so fh i g l l 1 e v e la p p l i c a t i o n , m a t e r sn e e da t t e n t i o na n ds oo n t h er e a l - t i m ed a t a b a s es h o u l d b es e l e c t e da c c o r d i n gt om a n a g e r i a lr e q u i r e m e n t ，r e a l t i m ep e r f o r m a n c ea n ds e c u r i t yb a s e do na n a l y s i so fm i sa n de x i t i n gc o n t r o ls y s t e m s p r o p e rr e a l t i m ed a t as h o u l db eg a t h e r e dc o n s i d e r i n gt h ee x p a n s i o nr e q u i r e m e n t t h ea p p l i c a t i o n sw i l lb ed e v e l o p e da n di m p r o v e ds t e pb ys t e po nt h es a f ed a t a b a s ep l a t f o r m an e wf o r e c a s t i n gm o d e l 。d o u b l en e u r a ln e t w o r kc o m b i n a t i o nm o d e lw a sp r o p o s e d i tw a sb a s e do nr e g r e s s i v ea n dt i m ed e l a yn e u r a ln e t w o r k a n dt h eb e s tc o m b i n a t i o no ft h er e g r e s s i v ea n dt i m ed e l a yn e u r a ln e t w o r k sw a sc o m b i n e db yn e u r a ln e t w o r k t h ef o r e c a s t i n gm o d e lh a sb e t c e ra c c u r a c yf o ri tc a nm a k et h eb e s to ft h eh i s t o r yn 它n do fm e a s u r i n gd a t aa n do t h e rc o r r e l a t i v ep a r a m e t e r si n f o r m a t i o n t h e nt h em o d e lw a st r a i n e dw i t hm a i ns t e a mf l o wo f6 6 0 m wu n i t n l ea v e r a g ea b s o l u t er e l a t i v ee r r o ro fc h e c k i n gs a m p l e su s i n gt h i sc o m b i n a t i v ef o r e c a s t i n gm o d e lw a s1 5 w h i l et h ea v e r a g ea b s o l u t er e l a t i v ee r r o r su s i n gr e g r e s s i v en e u r a ln e t w o r ka n dt i m ed e l a yn e u r a ln e t w o r kw e r er e s p e c t i v e l y2 7 a n d1 9 t h er e s u l t ss h o w e dt h ed o u b l en e u r a ln e t w o r kc a ni m p r o v et h ef o r e c a s t i n ga c c u r a c y t h ev a l i d i t yo fr e a l t i m ed a t aw a sd e m o n s t r a t e db ys e q u e n c ep r o b a b i l i t yr a t i ot e s t i n gm e t h o db a s e do nc a l c u l a t i o no fr e s i d u a le r r o ra n dp r o b a b i l i t yr a t i o t h i sm e t h o dw a se r i e c t i v ef o rv a l i d a t i o no f a b n o r m a ld a t aa n do n l i n ev a l i d a t i o no f m e a s u r i n gd a t a n e x t t h em o d e lo fo p t i m a lo p e r a t i o no ft h es t e a mt u r b o s e tw a sa n a l y z e d t h ec a l c u l a t i o no fe x h a u s ts t e a me n t h a l p yi sc o m p l i c a t e d am e t h o db a s e do ne x t r a p o l a t i o na n dp o w e re q u a t i o nw a sp r o p o s e da n dt e s t e db ys o m et h e r m a l - d e s i g nd a t ao fo n eu n i t t h em o s tr e l a t i v ee r r o rb e t w e e nc a l c u l a t i o nr e s u l t sa n dt h et h e r m a l d e s i g nd a t aw a s0 9 ，w h i c hs h o w e dt h i sm e t h o dh a sh i g l lp r e c i s i o na n dc o u l db eu s e df o ro n l i n ep e r f o r m a n c ec a l c u l a t i o n t h eo p t i m a le x h a u s ts t e a mp r e s s u r ec o u l db eo b t a i n e da c c o r d i n gt om a x i m u mn e ti n c o m ei no p t i m i z a t i o no fc o n d e n s e rs y s t e m t h u st h ee x t r ai n c o m eo fr e c y c l e dw a t e ra n dt h ee f f e c to ft i m e s h a r i n gp r i c eo fe l e c t r i c i t ym a r k e tw e r ei n c l u d e di nt h eo b j e c t i v ef u n c t i o n t h em o d i f i e db pn e t w o r kn e u r a lw a su s e dt oc o n s t r u c tt h em o d e lo f u n i tr u n n i n gc o s t 1 n l ei m m u n e t a b uh y b r i da l g o r i t h mi sp r o p o s e d i th a sg o o dg l o b a ls e a r c h i n gp e r f o r m a n c eo fi m m u n ea l g o r i t h ma n dm o u n t a i nc l i m b i n gc a p a b i l i t yo ft a b us e a r c h i n ga l g o r i t h ma n dc a l la v o i dp r e m a t u r i t y n eu n i tr u n n i n gc o s tw a st h eo b j e c t i v ef u n c d o no f t h eo p t i m a lo p e r a t i o no f t h es t e a mt u r b o s e t t h eo p t i m u mv a l u e so fo p e r a t i o n a lp a r a m e t e r sw e r ec a l c u l a t e do n l i n eu n d e rd i f i e r e n to p e r a t i o nl o a d t h eo p e r a t i o n a lp a r a m e t e r si n c l u d et h eo p e r a t i n gm o d e ，m a i ns t e a mp r e s s u r e ，m a i ns t e a mt e m p e r a t u r e 。r e h e a ts t e a mt e m p e r a t u r e ，c o n d e n s e rv a c u u ma n ds oo n n eo p e r a t i o nc a nb eg l o b a lo p t i m i z e da n di tc a l lg u i d eo p t i m u mo p e r a t i o na n dr e d u c et h en m n i n gc o s to f u n i t t h ei m m u n e t a b uh y b r i da l g o r i t h mw a se m p l o y e dt os o l v et h eu n i tc o m m i t m e n tp r o b l e m 1 1 1 ec o d el e n g t hw a ss h o r t e n e da n dt h es c a r e h i n gs p e e dw a sq u i c k e n e dt h r o u g hc o d i n gt h ed u r a t i o no fu n i to p e r a t i n gs t a t u s at e nu n i t ss y s t e mw a st e s t e d t h eo p t i m u ms o l u t i o nc a nb ea c h i e v e da f t e rt e ng e n e r a t i o n s ，w h e r e a so t h e ra l g o r i t h m sn e e ds e v e r a l t e n sg e n e r a t i o n s e v e nm o r et h a n1 0 0g e n e r a t i o n s t h ec a l c u l a t i o nc o a lc o n s u m p t i o no fa l lu n i t si n2 4h o u r sw a s7 8 9 7 0 3t o n sc o a l s i ti sl e s st h a nt h ec a l c u l a t i o nr e s u l tu s i n gm o d i f i e dg e n e t i ca l g o r i t h mb y2 7 7t o n sa n dl e s st h a nt h ec a l c u l a t i o nr e s u l tu s i n gh e u r i s t i cg e n e t i ca l g o r i t h mb y8 3 6 7t o n s t h ec a l c u l a t i o nr e s u l t ss h o wt h ei m m u n e t a b uh y b r i da l g o r i t h mc a na c h i e v et h eo p t i m u ms o l u t i o nm o r eq u i c k l yt h a no t h e ro p t i m i z a t i o na l g o r i t h ma n di ti san e we f f e c t i v em e t h o df o rs o l u t i o no f u n i tc o m m i t m e n tp r o b l e m t h eo p t i m a lo p e r a t i o ns y s t e mb a s e do nb sm o d eh a sb e e na p p l i e di no n ep o w e rp l a n tf o rt w oy e a r s i tc o u l dp r o v i d eg u i d es u g g e s t i o nf o ro p t i m a lo p e r a t i o na n dw a sa p p l i e ds u f f i c i e n t l yi nr e a l t i m eo p e r a t i o na d j u s t m e n t k e yw o r d s ：s i sf o r e c a s t i n ga n dv a l i d a t i o no fr e a l - t i m ed a t ao p t i m a lo p e r a t i o no ft h es t e a mt u r b o s e ti m m u n e t a b uh y b r i da l g o r i t h mo p t i m i z e dd i s t r i b u t i o no f u n i tc o m m i t m e n t学号1 0 1 0 8 0 4 9独创性声明本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。据我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得迸望盘堂或其他教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示谢意。学位论文作者签名：李离签字日期：卯。石年7 月加曰学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解逝姿盘鲎有关保留、使用学位论文的规定，有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘，允许论文被查阅和借阅。本人授权逝望盘堂可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编学位论文。( 保密的学位论文在解密后适用本授权书)学位论文作者签名：套商导师签名签字曰期：功o6 年7 月印日学位论文作者毕业后去向：工作单位：浙江大学机械与能源工程学院通讯地址：浙江大学机械与能源工程学院裙晒签字日期：弘抽6 。年夕月妒f ；：j电话：0 5 7 1 8 7 9 5 1 4 9 2邮编：3 1 0 0 2 7浙江大学博士学位论文1 1 课题研究背景和意义l 绪论为实现全面建设小康社会的目标，今后2 0 年我国国民经济保持高速增长的态势，电力工业的发展必须与国民经济发展相协调。在2 1 世纪前1 0 年，按照十六大的精神，我国国民经济要翻一番，即要求其增长速度年均将要达到7 8 ，相应的电力增长按6 左右的速度是必要的。2 0 0 4 年全国发电装机容量达4 4 0 7亿千瓦。1 ，据测算，至2 0 2 0 年全社会用电量将达到4 3 万亿千瓦时，装机容量达到9 亿千瓦才能满足日益增长的用电需求，到2 0 5 0 年装机容量将达到1 6 亿千瓦。因此近2 0 年是中国电力工业大发展的时期，电力发展的任务十分繁重。在我国电源结构中，火电设备容量占总装机容量的7 5 以上，在相当长的时期内，这种状况是难以改变的。另外在“2 0 0 3 中国电力论坛”上，有关专家预计，至2 0 2 0 年我国年均新增装机容量将超过3 0 0 0 万千瓦，到时将需要消耗1 8 亿吨煤炭。可见火力发电行业是消耗一次能源的大户，其中的燃料费用约占发电成本的7 0 8 0 ，所以节能降耗一直是电力企业面临的长远问题。在当前国家能源紧缺的情况下，深入研究火电机组的安全经济运行，提高机组的运行经济性，大力开展节能降耗工作对国民经济和社会可持续发展具有重要的战略意义1 。随着电力企业改革的深入进行，厂网分开，降低机组的发电成本，提高电厂的上网电价竞争力是发电企业所面临的主要任务之一。当前电力工业发展的关键技术问题之一是研究发电厂监控和优化运行技术，状态检修技术，提高电厂的生产自动化水平和管理现代化水平。机组性能监测和优化运行模块同时也是火电厂厂级监控信息系统的重要功能和核心部分之一“1 。目前提高火电机组安全和经济性的研究热点主要有三方面，分别是设备故障监测与诊断、机组优化运行和状态维修技术。通过对机组进行实时性能监测和优化运行分析，为电厂管理层的决策提供真实、可靠的实时运行数据，为市场经济下的发电企业提供科学、准确的经济性指标，利于竞价上网1 1 ：同时应用专家系统的知识推理给出优化运行的操作指导，指导运行人员实时调整运行参数，提高操作水平，从而降低机组发电成本，提高电厂的竞价上网能力。浙江大学博士学位论文长期以来，我国火电机组存在发电成本高、负荷适应能力差，机组利用率低等问题，随着机组容量的扩大、运行自动化水平的提高，机组运行的可靠性随之上升。根据统计资料，2 0 0 0 年前我国火力发电厂的平均供电煤耗为4 1 0 9 ( k w h ) ，比先进国家高出近8 0 9 ( k w h ) ，虽然近几年这种状况有所好转，2 0 0 4 年我国燃煤发电机组的供电煤耗为3 7 9 9 ( k w h ) ，与世界先进水平相差5 0 至6 0 9 ( k w h ) 睁“1 ，机组经济性与国外同类机组相比，仍存在较大差距。具体数据参见表1 1 和表1 2 【t 2 。表1 1 发达国家机组的供电煤耗表( 单位：g 瓜w h )萃纡1 9 9 11 9 9 21 9 9 31 9 9 41 9 9 51 9 9 61 9 9 71 9 9 81 9 9 9国家美国3 4 33 4 23 3 83 3 23 2 93 2 03 1 73 1 33 l o日本3 3 93 3 83 3 53 3 53 3 43 2 53 1 83 1 23 0 9俄罗斯3 3 83 3 83 3 93 3 73 3 53 3 03 2 43 2 03 1 5法国3 3 93 3 53 3 63 2 93 2 53 2 33 2 03 1 53 0 9德国3 3 53 3 23 3 03 2 53 2 43 2 03 2 03 l o3 0 8意大利3 4 13 4 03 3 83 3 83 3 53 3 03 2 13 1 23 l o英国3 4 03 3 93 3 83 3 53 3 73 3 23 2 53 2 03 n 。表1 2 国内3 0 0 - 唧机组2 0 0 0 年的技术经济指标表国内机组发电量年运行小时数供电煤耗( 万千瓦时)( 小时)( g k w h )均值1 4 5 3 9 86 3 4 23 5 3 6最大2 2 4 2 7 88 4 2 84 0 8最小1 2 1 2 79 9 33 2 5统计台数1 3 91 3 91 3 6通过对电厂热经济性的在线监测和分析，可以实时在线计算和分析大型汽轮机组变工况运行的热经济性，随时掌握机组的各项热经济指标和运行性能：通过分析机组变工况运行特性，优化机组的运行方式，为运行和管理人员及时提供决策依据和技术保证，对降低机组供电煤耗、发电成本以及提高大型汽轮机组运行管理水平和竞价上网能力具有实际意义“。总的说来，机组运行优化是在机组可、靠性基础上的深化，它的实施是火电厂提商经济效益的有效手段，同时具有巨大浙江大学博士学位论文的社会效益，表现在以下三方面“”；( 1 ) 适应电力市场发展的需要电力市场的改革促使发电厂要全面了解机组性能，准确计算发电成本。电厂管理人员可以通过优化系统提供的参数在线了解机组的运行状况和性能指标，为电厂提供技术保障。( 2 ) 适应电网快速发展的需要随着电网容量的扩大，电网的峰谷电量差距也逐年上升，对机组运行的安全性、经济性造成较大影响。机组运行优化管理为机组提供了变工况下的运行方式和运行参数优化值，并对机组负荷变化过程进行动态监视和操作指导，以确保机组的安全、经济运行。( 3 ) 电厂现代化管理机制的需要机组运行优化管理通过耗差计算，给出以机组经济性指标为基础的动态考核依据，具有实时性、公平性等特点，提高了运行人员的操作积极性，为电厂完善奖惩制度提供了科学依据。1 2 国内外的研究状况1 2 1 厂级监控信息系统的发展状况厂级监控信息系统( s u p e r v i s o r yi n f o r m a t i o ns y s t e m ，简称s i s ) 于1 9 9 7 年首次提出，1 9 9 8 年3 月热工自动化信息期刊发表了侯子良的文章关于厂级自动化概念的探讨，该文把厂级自动化系统( 国外通称电厂管理系统一p l a n tm a n a g e m e n ts y s t e m ) 划分为厂级监控信息系统( s u p e r v i s o r yi n f o r m a t i o ns y s t e m s i s ) 和厂级管理信息系统( m a n a g e m e n ti n f o r m a t i o ns y s t e m m i s ) “”。2 0 0 0年1 1 月国家经贸委颁发的火力发电厂设计技术规程中明确规定，“当电厂规划容量为1 2 0 0 螂及以上，单机容量为3 0 0 , 姗及以上时，可设置厂级实时监控系统”。根据设计规程，一批新建工程纷纷立项建设s i s ，国家电力公司也正式批准在几个大型示范电厂工程中列项建设s i s ，另外发电集团公司系统信息网的建设也进一步推动着火电厂s i s 的建设进程。2 0 0 4 年我国电力行业第一部s i s标准“火力发电厂厂级监控信息系统技术条件”和“火力发电厂厂级监控信息3浙江大学博士学位论文系统实时历史数据库系统基准测试规范”出台，标准对s i s 的应用功能、硬件和软件配置、系统安全和网络管理以及验收等技术要求做出了明确的规定。s i s 是目前电力企业市场化和自动化发展的一个新方向，是顺应电力市场的发展而出现的一种新型实时监控系统，将是今后电力生产自动化逐步提高的显著表现。目前s l s 系统成了国内火力发电厂自动化和i t 行业的热点话题n 7 “1 ，不少杂志相继发表了许多有关论述s l s 的文章，中国电力计算机世界等杂志社还作了专题采访。国家科学技术部于2 0 0 5 年5 月将“厂级优化控制及其管理系统( s i s ) ”列入2 0 0 5 年国家火炬计划中的第一个项目，标志着国家充分肯定了科技自主创新发展s i s 的方向。热工自动化标准化技术委员会也组织了多次研讨，制定相关的标准，不少发电企业也正计划制定发展策略。大唐盘山电厂2 x 6 0 0 舸机组的s i s 于2 0 0 3 年9 月交付使用，次年6 月通过了鉴定，该s i s 系统以实时数据库为核心，以经济运行和提高发电企业整体效益为目的，采用先进的计算机技术和计算方法，实现了电厂生产过程信息的集成与共享。通过s i s提供的厂级实时数据平台，完成了过程监视、性能计算、优化分析和操作指导、故障诊断、负荷分配等功能】。另外，还有一些s i s 工程在其应用功能方面也已取得了不同程度的进展，这标志者s i s 的工程试点和建设已经取得了初步的应用经验成果。当前，s i s 软、硬件平台和数据库系统建设已经取得一些经验，s i s 的基本应用功能也已在一些电厂中成功投入应用。事实证明s i s 概念的出现，使得我国s i s 功能的完善化程度、s i s 开发公司的成长速度等方面的发展大大超过了国外。s i s 正逐步进入“积极稳妥推广应用，并在这个过程中，使s i s 应用走向成熟”的历史时期。1 2 2 国内外开展运行优化在线管理的状况早在2 0 世纪6 0 年代，美国、德国、加拿大等西方国家开展了机组热力系统性能监测方面的研究开发和实施，由于监测仪表和自动化水平的限制，主要研究工作局限于定期的离线状态评估。八十年代初，美m e p r i 开始对性能在线监测工作进行全面的研究和试验，目的是通过对电厂性能进行连续监测，分析和控制影响电厂性能的各种因素，使电厂运行效率得到提高，这些工作为全面推广性能在线4浙江大学博士学位论文监测系统打下坚实基础。随后英国的b a b c o c k c o n t r o l s ，德国的d v g 与v g b ，日本的c r i e p i 、m i t s u b i s i 、h i t a c h i p a 及瑞士的b b c 等公司和科研机构也进行了相应的研究和试验测。随着计算机技术和控制理论不断发展，国外火电厂优化运行软件逐步开始应用，经多年试验，使用、总结和完善，涌现出一批功能强大的应用软件包，在各个电力企业发挥了显著的经济效益。9 0 年代随着计算机软、硬件发展及更新速度加快，不仅人机界面友好，系统互换性增强，而且随着数据库功能不断完善和开发，各种高级应用软件层出不穷帆”。如德国s i e m e n s 公司的s i e n e r g y 系统，美 亘e l s a gb a i l e y 公司的p e r f o r m e r 系统，瑞士a b b 公司的o p t i m a x系统，e p r i 的运行能源管理系统( o e m ) ，日本日立公司的运行维护和管理信息系统和电厂监控信息系统。其q b s i e n e r g y 软件包中的机组效率分析优化模块s r 4 主要用于机组性能和效率分析，采用对锅炉，汽轮机、热力系统、汽水系统和烟风系统的数学模型进行仿真，从整个电厂运行角度动态分析各设备和系统的效率。它可以实时和动态地指导工人操作，使设备在最优情况下运行。a b b 公司的优化软件o p t i m a x 是在线的电厂效率计算优化软件包，目的是最大限度地优化电厂过程，降低机组的热耗率，实质是以成本为核心，将机组或整个电厂置于最优状态下运行，其中的性能计算模块可以计算出当前工况下的实际值和期望值，并进行循环分析计算，使操作人员、电厂工程师和管理人员根据计算结果来进行适当操作以提高电厂的运行效率。o e m 通过在线优化设备调度使得火电厂以最小的费用满足当前的负荷要求，从而实现全厂范围内的性能优化和热耗管理。上述这些软件包在国外近几年投产的大型火电厂中均有不同程度的应用，取得了较好的经济效益。但由于o p t i m a x q a 的大部分模块是根据具体电厂的实际需求独立开发出来的，有些还在不断地改进与发展，且采用全部o p t i m a x 的软件价格昂贵，故而在国外也是根据不同电厂的具体需求而灵活选用一个或几个模块功能。西门子公司的s i e n e r g y 系统专门针对电厂开发，因此较符合电厂的实际情况，它包括机组控制回路优化软件p f o f i 、电厂生产管理系统软件b f s + + 、电厂运行优化软件o p t i p m + + 、高层协调管理c o c k p i t ，其中o p n p r 0 + + 是一种综合的动态运行管理和专家状态监测系统，以降低和控制火电厂发电成本，提高机组和设备效率为目的，依据现场测点数据对火电厂进行在线的热力循环计算和依据负荷、环境条件进行的在线热力循环优化计算，完成热力系统的能量平衡、质量平衡以及对发电浙江大学博士学位论文过程进行实时成本分析。b a i l e y 公司的p e r f o r m e r 系统是一个综合的大型优化管理软件包，可根据电厂每个设备、子系统运行情况和电网需求指令，协调指挥整个单元机组或全厂工艺系统运行在最佳效率点，使运行成本和上网电价最低，达到最好的经济效益。其中的系统性能计算和优化软件电厂效率的有效监视软件，可根据性能计算的数据，对机组性能按投入产出关系分析和评估所有数据；在不停机情况下，对全厂各部分故障进行跟踪和监视，可检测出多年未发现的热交换器泄漏。目前，美国、法国、日本等西方国家生产的大型机组几乎都配备成套的性能监测系统，其带来的经济效益十分显著。据有关资料介绍，通过对一台5 7 5 m w机组的运行参数进行监测和优化运行，可以使机组热耗率下降约2 0 0 k j ( k w h ) ，或使一台6 7 0 m w 机组的每年运行费用减少4 0 万美元1 。在此基础上，e r p i 提出了以下进一步的研究方向：1 、对机组在变负荷过程中动态特性更深入的研究，其中包括汽轮机调节级的效率变化、调节阀位的确定、机组滑压运行特性和事故运行工况监测等；2 、机组启停过程中的经济性能分析，调峰机组的性能监测和机组运行寿命分析；3 、机组微增热耗特性在线监测，为在线经济调度提供可靠的依据；4 、锅炉燃烧过程监测、燃料、燃烧产物成分的在线测定以及锅炉的性能优化等；5 、辅助设备的性能分析和事故预报，如高加给水泄漏、水位控制失灵、凝汽器真空变化等；6 、开发基于专家系统的在线监测诊断功能，使在线监测智能化等。近年来，专家系统和人工神经网络开始步入火电厂的诊断系统，为电厂性能诊断开辟了新途径。目前开发成功并投入使用的有美国s o u t h e r ne d i s o n & i m p e l lc o r p o r a t i o n 联合研制的s m o p 专家系统、意大利a n s a l d o 的p e r f e x s 专家系统、西屋公司的基于人工智能的电厂性能综合诊断系统，该系统可以为电厂设备的运行维修提供全方位的信息咨询，a s t a c k l i n 研制了实时故障诊断专家系统可以对电厂主要设备的故障原因进行在线分析，并给出相应的解决措施。美国e p r i在改善机组性能方面作了大量研究，目前制定了庞大的火电机组性能诊断研究计浙江大学博士学位论文划：利用专家系统开发火电机组的各种设备、系统的离线、在线性能诊断系统，如空预器运行顾问系统、负荷优化调度系统、汽机性能趋势分析及电厂管理助手等。可以预见，基于人工智能、专家系统的多功能综合诊断系统会成为未来性能在线监测系统的发展趋势。2 0 世纪8 0 年代中期，由于电厂的自动化程度的提高和计算机技术的广泛应用，大型发电机组都采用了计算机数据采集系统，基本具备了机组自动监测和故障诊断需要大量数据采集和储存的硬件要求，使得开发和应用规模较大、功能较齐全的监测诊断系统成为可能，我国开始了火电厂性能在线监测和优化运行问题的研究。如清华大学、浙江大学、西安交通大学、上海交通大学、东南大学、华北电力大学、华中科技大学等高校以及电力科学研究院、西安热工院和华东电力试验研究院等科研单位先后开始了这方面的研究工作，虽然起步较晚，但发展很快。目前电厂性能监测系统普遍具有性能指标计算、报表自动生成、事故追忆与超限记录、参数曲线显示、耗差分析等功能，在此基础上，开发出运行优化、操作指导、预测性维修、负荷优化分配等功能。华东电力试验研究院和西安热工研究院研制的运行优化管理系统，可以在一定范围内指导运行人员在最优参数附近运行机组，但是由于运行的标准参数在两次大修期间不能更改而缺少动态寻优的特性。9 0 年代末，华北电力大学张春发等人开发了“火电大机组热力系统、设备及运行节能在线监测及指导系统”，上海交通大学杨波等人开发了“火电厂在线分析和组态监测系统”，清华大学杨宝勇等人也研究了火电厂性能计算和能损分析系统，西安交通大学的林万超和上海交通大学的钱文华研制了。火电机组运行优化通用软件包”，东南大学研制的机组性能在线监测系统( u p s s ) 已经在国内十多台火电机组中得到应用，华北电力大学研制的机组经济性在线监测诊断指导系统，山东电科院与清华大学等单位1 9 9 7 年开发了大型汽轮发电机组远程在线振动检测分析与诊断网络系统，西安热工研究院开发的汽轮机轴系故障诊断软件包，山东电力试验研究所开发的机组性能分析和优化软件等。上海交通大学开发完成了集汽轮机启停过程，热耗分析和故障诊断的在线系统并投入实际运行，该系统由数据采集、处理、仿真，数据库管理、热应力计算、寿命估计、启动指导、热参数监测、性能分析、故障诊断等功能模块组成。武汉大学在国内较早对汽轮发电机组运行监测诊断系统进行了研究和开发，目前己投入运行的有汽轮发电机浙江大学博士学位论文组经济性能及能损实时监测系统，大型机组运行状态监测和诊断系统，汽轮机转子故障诊断系统，汽轮发电机组寿命管理系统。过热器故障诊断专家系统等。总的说来，国内火电厂运行优化软件还处于发展阶段，虽然有一些实际应用，但真正应用成熟的产品还不多，软件的通用性和透明住较差，由于缺少相应的实时设备维护，分析、决策软件的支持，所以同国外同类系统相比，有较大差距，仍有很大的潜力向更深更广的方向发展和完善。目前国内外对于机组性能监测和运行优化的研究和应用相当活跃，理论及工程上的成果不断涌现，但还存在一些不足，主要表现在以下几个方面汹删：1 、实时数据预测和验证不够准确完善，运行优化系统计算使用的数据难免存在采集数据不正确的情况，其原因主要有传感器故障、数据传输网络异常、测点异常及干扰等，从而导致系统计算结果出现较大偏差，性能计算可靠性较差，不能真实反映实际工况。因此实时数据预测和验证工作显得尤为重要；2 、热力计算中还存在一些尚未完全解决的问题或解决不够完善的问题，如热力计算基准流量的选定、末几级湿蒸汽焓及排汽焓的确定和一些小汽水流量的确定等问题，还需进一步研究和探讨；3 、由于机组运行存在动态过程，使得整个热力系统变得复杂，目前对动态过程的研究未取得令人满意的结果，传统的在线分析软件以静态工况为依据来分析，对动态部分的研究尚未展开；4 、在系统定位方面，优化系统是面向监测而不是面向决策，缺乏与用户的交互和提供决策支持的能力；在系统实现方面，还有一些关键性问题未能合理解决，如模型的表示与重用、分布计算技术支持等有待于解决，运行变量的优化值确定、偏差分析等方面还有待于进一步发展和完善。5 、目前投入运行的优化系统只重视热力系统的定量分析，缺乏基于人工智能的优化操作指导能力，普遍不具备在线性能诊断与决策功能。综上所述，国内开展的机组性能监测工作大部分局限于机组的煤耗率计算和耗差分析，计算方法主要以静态工况为依据，难以对变负荷工况中的机组性能进行分析；另外进行耗差分析时，没有考虑基准工况的实时性；专家系统的在线监测诊断功能较弱，仅局限于某一方面的故障诊断，多功能综合诊断系统的研究比较薄弱，这些也反映出火电厂性能监测和优化运行领域的发展方向。8浙江大学博士学位论文1 3 论文的主要研究内容s i s 系统经历了八年的发展过程，正处于蓬勃发展的建设期，论文以s i s 系统建设为研究背景，对系统架构、实时数据库平台的选择、各项高级应用的功能开发进行了探讨。由