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圖1   機(jī)組、輔機(jī)經(jīng)濟(jì)性計算子系統(tǒng)

綜合上述可得如下認(rèn)識：

    •  這種計算是專業(yè)性的，而且計算的內(nèi)容、范圍隨著認(rèn)識的深入將會擴(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)實的。
    •  人們再次認(rèn)識到，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具體問題的深入理解，也有對新問題、新現(xiàn)象的發(fā)現(xiàn)和認(rèn)識，從而提高認(rèn)知水平。
    •  此種研究和計算應(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

    反平衡法計算機(jī)組效率時，難點在于完整地計算損失總和項∑Qn，由于經(jīng)驗不足或知識不完備，往往出現(xiàn)遺漏。正因為如此，更需認(rèn)真計算和研究。因為∑Qn計算的精準(zhǔn)度一定程度上代表了工作者的認(rèn)識水平和深度。因此，與正平衡法計算相比較，分析差異是深化認(rèn)識的一個方法。全面、精確地進(jìn)行熱能損耗計算，是提高經(jīng)濟(jì)運(yùn)行水平的一個途徑。實現(xiàn)這一功能的計算機(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，采用自動決策的設(shè)計是不明智的。又由于人們對熱能損耗認(rèn)識的不足，采用固定結(jié)構(gòu)的設(shè)計也是錯誤的。因此應(yīng)當(dāng)將這一系統(tǒng)設(shè)計為可擴(kuò)展系統(tǒng)。隨著經(jīng)濟(jì)運(yùn)行知識的增加、不斷完善、修正偏差，分析知識庫及理想損耗值狀態(tài)庫將不斷完善和精確，從而使得問題的分析更準(zhǔn)確。損耗圖可以采用相對值坐標(biāo)形式，如用下式作為縱坐標(biāo)：。其中，Ri0：第i項理想值；Ri：第i項實際值。
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，給出絕對值，以便有定量化的概念；單項損耗隨時間的函數(shù)圖形方式，以便了解變化的趨勢等。

2.3  經(jīng)濟(jì)運(yùn)行決策分析系統(tǒng)

    在前述計算的基礎(chǔ)上，可以構(gòu)建機(jī)組級經(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)存儲在基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫。
    •  當(dāng)前機(jī)組運(yùn)行中的實際狀態(tài)參數(shù)、真實狀態(tài)數(shù)據(jù)來自于機(jī)組DCS系統(tǒng)，此類動態(tài)數(shù)據(jù)應(yīng)長期保存，以便進(jìn)行分析研究時使用。
    •  這里的機(jī)組效率、熱能損耗知識庫，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)性計算；即將單項損耗、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)確計算。正、反平衡計算法給了工作者一個基礎(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)、動態(tài)數(shù)據(jù)和方法庫提供的方法，在經(jīng)濟(jì)分析師的請求下，進(jìn)行綜合經(jīng)濟(jì)性能計算。此種經(jīng)濟(jì)性能計算，可以得到機(jī)組運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性定量評價，這僅僅是一種計算功能。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)組級的經(jīng)濟(jì)運(yùn)行指導(dǎo)意見。因此，本功能應(yīng)設(shè)計為輔助決策系統(tǒng)，同時兼有在線性能計算和仿真計算的功能。
    •  為了計算的方便，配置一定的數(shù)學(xué)計算方法庫是必要的。這種數(shù)學(xué)方法庫因使用者的習(xí)慣有所取舍。因此，基本方法庫也應(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)性能的評價方法、熱損耗的計算方法，汽機(jī)、鍋爐、發(fā)電機(jī)、輔機(jī)的效率、熱耗損失的計算方法同樣需要進(jìn)行改進(jìn)，因此需要對知識庫進(jìn)行維護(hù)，綜合經(jīng)濟(jì)評價準(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，對多臺機(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臺機(jī)組可能的最大發(fā)電負(fù)荷；n臺機(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)度中心對電廠的總發(fā)電負(fù)荷要求；Gi是第i臺機(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)備的損耗成本計算在內(nèi);

    (2)  對發(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)行一段時間后的檢修，更換易損件，是不可避免的生產(chǎn)運(yùn)行活動。過長的檢修期可能會出現(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)，同時與連續(xù)、斷續(xù)使用時間，使用狀態(tài)參數(shù)相關(guān)。設(shè)備的設(shè)計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。

    由于人們在這類問題上認(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。
因為對這一問題認(rèn)知水平不足，因此目前仍處于積累知識和實用模型的探討階段。正因為如此，此問題才具有挑戰(zhàn)性。設(shè)備安全狀態(tài)監(jiān)測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)：啟/停狀態(tài)記錄和次數(shù)累計；正常工況下的連續(xù)運(yùn)行時間及總運(yùn)行時間累計；非正常工況下（如超溫）運(yùn)行時間累計；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)行損耗計算及壽命計算。

    (3)  根據(jù)運(yùn)行動態(tài)數(shù)據(jù)，通過擬合、逼近等方法維護(hù)、構(gòu)建損耗價值公式及壽命計算公式。

    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)有的知識和公式，周期性地計算各種經(jīng)濟(jì)性能指標(biāo)。

    (3)  將計算結(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)組性能計算功能，每十分鐘計算一次或半小時計算一次就可以了。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、仿真計算及優(yōu)化方案的比較工作。周期性能計算僅僅是一項工作。

    美國Echelon公司推出的LonWorks就是一種低成本、高性能的現(xiàn)場總線網(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，已被廣泛應(yīng)用于航空／航天、智能樓宇自動化、能源計量和工廠自動化等領(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。作為廠級領(lǐng)導(dǎo)的助手，他們對電廠的運(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)的計算理論，如汽耗率、熱耗率、熱效率、煤耗率的計算。他們應(yīng)對汽機(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，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；主機(jī)、輔機(jī)壽命損耗知識，沒有這種專業(yè)的知識，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)對現(xiàn)有模型參數(shù)能夠定量辨識，進(jìn)行參數(shù)維護(hù)、修訂工作，而且依據(jù)運(yùn)行中得到的真實數(shù)據(jù)，有能力加工處理、綜合歸納；對現(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)辨識理論、各種最優(yōu)化的計算方法，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)化的范圍也會不斷擴(kuò)展，設(shè)備壽命損耗計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)人才需要在實踐中鍛煉。要求一個人全面支持上述工作是困難、不太現(xiàn)實的。所以經(jīng)濟(jì)運(yùn)行分析人員很可能會以小組的形式出現(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)計問題

通過前述分析，可以歸納EOMS系統(tǒng)總體設(shè)計中的若干要點：

(1)  EOMS是一個輔助決策系統(tǒng)

    EOMS經(jīng)過多種計算，得到發(fā)電機(jī)組實際熱耗的數(shù)據(jù)，得到機(jī)組效率的數(shù)據(jù)，再經(jīng)過仿真對比及分析計算，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)驗的專業(yè)人員進(jìn)行安全分析，確認(rèn)不會影響機(jī)組的安全后再執(zhí)行。因此，EOMS不應(yīng)是自動化系統(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)場工況的時變性決定的。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不是自動化系統(tǒng)，企圖做成自動化系統(tǒng)，是指導(dǎo)思想的錯誤。

(2)  EOMS系統(tǒng)應(yīng)是功能強(qiáng)大的計算工具平臺

    EOMS要進(jìn)行各種非線性計算，逼近擬合計算，非線性規(guī)劃的求解運(yùn)算等；因此，計算工具應(yīng)當(dāng)完善，滿足計算工作的需要。

    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)是一種仿真計算平臺。

    EOMS還應(yīng)具有方便的計算公式生成能力。公式中的變量數(shù)據(jù)應(yīng)來自動態(tài)數(shù)據(jù)庫，生成的新的計算方法，可以作為標(biāo)準(zhǔn)公式，納入相關(guān)的函數(shù)庫。

(3)  EOMS系統(tǒng)均具有強(qiáng)大的存貯能力

EOMS存儲的數(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)備及部件的動態(tài)數(shù)據(jù)，如：安裝使用時間；運(yùn)行狀態(tài)記錄；正常運(yùn)行小時累計；非正常工況運(yùn)行狀態(tài)記錄，運(yùn)行時間累計；啟停累計及其他累計；檢修記錄，分析報告及其他資料積累。

    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)知識庫

    這種知識庫包括：經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的知識庫；熱損耗分析知識庫；設(shè)備損耗分析、計算知識庫；設(shè)備壽命計算知識庫。
這種知識可以用函數(shù)表示，也可以用文字說明、照片資料、損傷檢測報告、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)部的多用戶計算決策系統(tǒng)平臺

    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)行中的真實狀態(tài)數(shù)據(jù)，記錄在動態(tài)數(shù)據(jù)庫中，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，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)組性能計算任務(wù)，但是更多的時間，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。將EOMS系統(tǒng)的功能僅僅局限在周期的機(jī)組性能計算，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。分析中指出，EOMS的特點如下：

    •  EOMS應(yīng)是輔助決策系統(tǒng)，不是自動決策系統(tǒng)；

    •  應(yīng)是高水平的研究計算平臺，而不應(yīng)是機(jī)組數(shù)據(jù)監(jiān)視計算機(jī)系統(tǒng)；

    •  周期性地接受機(jī)組DCS系統(tǒng)的實時數(shù)據(jù)，周期性地進(jìn)行機(jī)組性能計算，僅是EOMS系統(tǒng)的一項任務(wù)。利用EOMS系統(tǒng)，積累經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的知識，積累設(shè)備安全狀態(tài)的量化預(yù)測知識，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，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。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)行的時代，執(zhí)行精心設(shè)計的定量化運(yùn)行是個必然趨勢。計算機(jī)系統(tǒng)工作者為此應(yīng)提前做好準(zhǔn)備。