火电厂优化软件的应用及前景(续)

1/10火电厂优化软件的应用及前景续马欣欣APPLICATIONANDPROSPECTSOFOPTIMIZATIONSOFTWAREOFTHERMALPOWERPLANTPART2国外火电厂优化软件情况从80年代开始，随着计算机技术和控制理论不断发展，国外火电厂优化软件逐步开始应用，经多年试验、使用、总结和完善，很多软件包已比较成熟，经济效益显著。90年代，计算机硬、软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。尤其是近几年，企业管理信息系统MIS和企业资源计划ERP系统的普遍应用，使得应用于火电厂的优化管理软件有了很大发展和更多应用。迄今为止，国外大部分DCS供货商均开发了数量不等的火电厂优化管理软件，其中功能较完善并有较多应用的软件包有德国SIEMENS公司的SIENERGY系统、美国ELAGHBAILEY公司的PERFORMER系统及瑞士ABB公司的OPTIMAX系统等。这些软件可按全部软件包一起整包提供，也可按不同需要分包供应，并在国外近几年投产的大型火电厂中均有不同程度的应用。SIEMENS公司的优化软件德国SIEMENS公司的优化软件包SIENERGY是用于2/10电厂运行管理一体化的软件包，其SIENERGY含义具有SIEMENS的ENERGY系统之意。特点是整个电厂运行和管理全部以降低成本为核心，从燃料、设备运行费用、机组效率及主要部件寿命损耗等多个角度出发，进行综合优化管理。该软件包有很多小的分包，涵盖了机组实时优化控制、系统优化管理、设备维护管理、项目管理、文件管理和各种接口软件，其中较有特点的软件如下。新机组协调控制NUC和凝结水节流控制COT模块它是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。报警和事件管理模块CONMEA这是一种模块化结构软件，可对不同DCS数据作集中事件管理。所有累积事件均以统计方式进行集中管理、归档和分析，能进行过程和扰动分析。为更好地分析事件，可选用多种独立的程序模块，用于事件的长期归档、选择和排序、统计评估和各种报告等。ABB公司的优化软件瑞士ABB公司的OPTIMAX是在线的电厂效率计算优化软件包。OPTIMAX是OPTIMUM和MAXIMUM的缩写，即最大限度地优化电厂过程，实质是以成本为核心，将机组或整3/10个电厂置于最优状态下运行。模型为基础的诊断模块MODIOPTIMAXMODI是一个实时的专家系统，具有专用于电厂的知识库，而且知识库中还包括了故障树，显示不同干扰间的相互影响关系；它逻辑地评估电厂中各设备或系统状态，将过程参数与数学参考模型进行比较，给出偏差并分析原因，检测故障，同时提出纠正措施。通过状态监视和诊断，在故障早期就可为运行和管理人员提供有关故障信息，避免重大事故发生。同时，电厂工程师还可根据运行中得到的最新经验，更新和修改专家系统的知识库，保证专家能跟踪电厂的发展变化和用户的新要求。该模块已在德国STAUDINGER电站的2台285MW机组及BOXBERG电厂的2台500MW机组、瑞典的FOKRSMARK核电站成功应用。锅炉清洁模块BOILERCLEANLINESSOPTIMAX的锅炉清洁模块在线计算锅炉热交换面的清洁度及每个换热面入口烟气温度，结果用于优化锅炉吹灰器的运行程序。该软件包具有对流换热器性能模块、上下热交换面性能模块及空气预热器性能模块等多个组态工具。BENTLY公司的旋转机械故障诊断软件包BENTLY公司专门用于监视旋转机械工作状态的数据4/10管理系统DM2000，通过实时、自动、连续地采集和存储汽轮发电机轴系或其它大型旋转机械风机、水泵等的振动振幅和相位等数据，为操作员和工程师提供实时的轴系运行档案；它提供轴系的轴心轨迹图、频谱图、波特图及级联图等多种形式的分析画面和数据，以支持轴系早期故障诊断和预测维修。该软件包在国内大型机组上已有较多应用。BENTLY公司的另外一个软件包机械状态管理系统MCM2000是一个实时专家系统，包括一个专门用于旋转机械的知识库和相应推理机。它可根据MCM2000采集到的数据检查旋转机械状态，并根据知识库中存储的BENTLY公司在旋转机械特性研究方面40A的经验，对设备进行自动故障诊断和机械信息管理，再给出带有严重程度的故障结果和推荐的改正措施。该软件包的早期产品专家分析软件EA在国内大型机组上已有应用，如深圳西部电厂2300MW机组；也即将在安徽平圩电厂2600MW机组和河北三河电厂2350MW机组上投入使用。NUC采用锅炉侧动态响应仿真，具有对锅炉侧负荷储备能力的预测功能，并采用模糊算法，使机组始终以机跟炉方式运行，系统控制品质和稳定性得到很大提高，在机组负荷变化时减少超调和设备磨损。COT是NUC的可选补充模块，适用于参与调频或负荷变化较频繁的燃煤电厂，当负荷变化时采用凝结水节流方5/10法，使机组在短期内迅速提高功率输出，快速响应负荷变化，减少动态偏差，代替了一般机组主蒸汽节流方法，整个机组效率可提高。该软件包在德国MANNHEIM电厂480MW机组、韩国HADONG电厂3500MW机组等多个电厂都已成功运行。负荷裕度预测模块VFR机组启停及负荷快速变化时，为保证厚壁部件热应力不超出限值，通常测量部件内外壁温差，计算实际热应力和热应力允许值偏差，以限制速度或负荷变化率。实际上，因极大的热滞后性，热应力计算值不能准确反映实际热应力变化，给控制系统稳定性带来隐患。VFR取消了以往常规的测量方法，以数学模型进行计算，更准确、实时地反映了热应力变化情况，极大地缩短了机组启停时间。该软件包已在德国STAUDINGER电站500MW机组、西班牙ALMERIA电站550MW机组应用。机组效率分析优化模块SR4SR4主要用于机组性能和效率分析。它采用对锅炉、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或系统效率，并考虑了电厂各设备间的热力关系，以图形方式显示设备或系统效率是否降低，并以货币形式反映对运行成本的影响，为运行和管理人员提供了直观、清晰的故障标识。该6/10软件包已在德国LUNEN电站500MW本生锅炉和IBBENBUREN电站750MW本生锅炉应用。ELSAGBAILEY公司的优化软件PERFORMER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。其典型软件模块如下。能量管理模块CONOPTCONOPT能完成混合能量系统的职能优化，对整个电厂负荷分配进行实时优化、短期优化及中期负荷优化预测。它包括4部分1运行管理，即通过计算和分析，保证机组运行过程中以最小成本生产电能和热能；2管理规划，即确定能带来最大经济效益的管理制度；3能量控制，即监视、记录能量的消耗，确定设备效率；4企业决策规划，即面对环保要求和高投资挑战，提出相应决策建议。系统性能计算和优化软件CONVALI3国内火电厂优化软件的开发和应用目前，国内火电厂优化软件的开发和应用还处于初级阶段。国内有能力开发这2类软件的单位不少，有些已做了相当工作，但大多数处于开发研究和试验阶段，真正成熟的、能应用于市场的产品非常少。火电厂实时优化控7/10制软件国内已有一些应用，但未形成真正产品，实际优化效果还需进一步考查和验证。在优化管理软件中也有少量较好的软件，如西安热工研究院开发的汽轮机轴系故障诊断软件包等；机组性能分析和优化软件也已有单位山东电力试验研究所做了一些开发和试验研究工作。优化管理软件中有相当一部分模块属MIS范畴，如过程信息统计分析软件、设备管理软件、项目管理软件及文档管理软件等，目前国内一些电厂MIS供应商均可提供。由于缺少相应的实时设备维护、分析及决策软件支持，所以在实际应用中与国外同类软件相比仍有一定差距。在国外，含有人工智能AIARTIFICIALINTERLLEGENT技术的工程优化软件一般由应用软件供货商如DCS供货商首先采购AI软件平台，再由公司产品开发/研究部门的知识工程师和领域工程师合作开发出某领域如火电厂的智能控制软件，并在初期投入运行后经长时间观察和考核，不断改进和完善，使其更加工程实用化，经多次试验最终形成商品软件。在国外，这种优化软件的二次开发一般由DCS供货商完成。国内受现行体制和开发资金约束，能提供优化软件的科研单位往往要从算法、软件平台做起，效率低、速度慢，即分层养鱼做得不好，大部分开发、研究工作还停留在学院或实验室阶段。4应用前景8/10必要性随着国民经济快速发展，我国电力供需矛盾已逐渐从供方市场转向需方市场，国家电力体制改革进一步深入将促使观念的转变。在电厂及单元机组运行中，厂长、经理关心的问题已不仅是安全、满发，而是机组乃至整个电厂的经济指标，用最少的成本带来最多的效益，同时对设备损害最少。火电厂优化软件的应用将为管理者实现这个目标提供最有力的工具，因为它符合信息时代企业盈利的公式和法则把信息变成知识，把知识变成决策，把决策变成利润。因此对于我国21世纪大型燃煤电厂，应积极采用先进的优化控制和管理软件，其意义说明如下。促进观念转变目前，国内电厂从设计到运行管理都存在重发电、重安全，对机组的经济运行和性能指标关注不够的现象，这与当前电力系统的体制改革和竞价上网、减人增效等宗旨不相适应。火电厂优化控制和管理软件全部以成本核算、经济管理为核心，将原来不可控或不清楚的能量损失全部量化，并帮助进行分析、查找故障，提出节能降耗的优化措施，强化运行和管理人员的经济管理意识，促进观念转变。提供有力工具目前国内多数300MW以上的燃煤机组均配置了9/10DCS，包括一些管理软件功能机组性能计算等，但仅限于给出计算结果，不具有偏差分析和指导运行功能。优化软件则提供了多种供生产管理人员分析、管理生产过程的手段和工具。是MIS和ERP的基础国内很多电厂都已建设或正在筹备建设MIS。从实际应用情况看，各家MIS供应商的软件覆盖范围和功能差异较大，但共同特点是有优化管理软件支持的MIS，效果就较好；反之，只能在较低档次上运行，未充分发挥MIS作用。最大限度地发挥DCS作用在流程系统中采用DCS使整个系统达到最优，比采用常规仪表约增加7080的投资；而不采用智能控制软件优化过程，增加的效益只有系统最优的1020，即DCS真正的优势并未完全发挥出来，性能/价格比较低。在此基础上只要增加很少的投资，