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圖1   機組、輔機經濟性計算子系統

綜合上述可得如下認識：

    •  這種計算是專業性的，而且計算的內容、范圍隨著認識的深入將會擴大和精確。
    •  企圖一勞永逸地采用一套已知公式，解決經濟運行問題是不現實的。
    •  人們再次認識到，經濟運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、新現象的發現和認識，從而提高認知水平。
    •  此種研究和計算應由具有很深造詣的專業工作者承擔。

2.2  熱能損耗分析

    反平衡法計算機組效率時，難點在于完整地計算損失總和項∑Qn，由于經驗不足或知識不完備，往往出現遺漏。正因為如此，更需認真計算和研究。因為∑Qn計算的精準度一定程度上代表了工作者的認識水平和深度。因此，與正平衡法計算相比較，分析差異是深化認識的一個方法。全面、精確地進行熱能損耗計算，是提高經濟運行水平的一個途徑。實現這一功能的計算機子系統的框圖如圖2所示。

圖2  熱能損耗分析子系統

    由圖1可知，這是一個交互式輔助決策系統。由于大型機組經濟運行問題的復雜性，采用自動決策的設計是不明智的。又由于人們對熱能損耗認識的不足，采用固定結構的設計也是錯誤的。因此應當將這一系統設計為可擴展系統。隨著經濟運行知識的增加、不斷完善、修正偏差，分析知識庫及理想損耗值狀態庫將不斷完善和精確，從而使得問題的分析更準確。損耗圖可以采用相對值坐標形式，如用下式作為縱坐標：。其中，Ri0：第i項理想值；Ri：第i項實際值。
ηi通常大于1，數值越大，經濟性越差。當然，除了圖形式之外，可以利用計算機輸出方式的靈活性，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圖形方式，以便了解變化的趨勢等。

2.3  經濟運行決策分析系統

    在前述計算的基礎上，可以構建機組級經濟運行決策分析系統。該子系統的基本功能框圖如圖3所示。

圖3  機組經濟運行決策分析系統

    •  主機輔機設備的基礎數據、效率曲線等，應存儲在基礎數據庫。
    •  當前機組運行中的實際狀態參數、真實狀態數據來自于機組DCS系統，此類動態數據應長期保存，以便進行分析研究時使用。
    •  這里的機組效率、熱能損耗知識庫，基本方法應與前述相同，區別在于側重機組總體的經濟性計算；即將單項損耗、單設備效率納入機組總體的經濟性中，求得局部損耗、局部效率與總體效率之間的定量化關系，便于進行準確計算。正、反平衡計算法給了工作者一個基礎，然而細化地分析、更為定量化的工作需要專業工作者，通過深入地研究來完成。
    •  利用基礎數據、動態數據和方法庫提供的方法，在經濟分析師的請求下，進行綜合經濟性能計算。此種經濟性能計算，可以得到機組運行的經濟性定量評價，這僅僅是一種計算功能。人們希望此系統的使用者，可以設定一組或多組數據，重新進行計算，從而得到不同運行方案的比較，選出優化的方案，得到機組級的經濟運行指導意見。因此，本功能應設計為輔助決策系統，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，配置一定的數學計算方法庫是必要的。這種數學方法庫因使用者的習慣有所取舍。因此，基本方法庫也應是可擴展、可以維護的。
    •  隨著分析水平的提高，機組綜合經濟性能的評價方法、熱損耗的計算方法，汽機、鍋爐、發電機、輔機的效率、熱耗損失的計算方法同樣需要進行改進，因此需要對知識庫進行維護，綜合經濟評價準則同樣需要修訂。圖3中標示了這一功能。

2.4  多機組的發電負荷優化分配子系統

    大型電廠通常是由多臺發電機組構成，我們追求的根本目標不是單機組的經濟性，而是電廠總體的經濟性。因此，在滿足電網總的發電負荷要求下，對多臺機組存在負荷優化分配問題。數學描述如下：

令：Xi為第i臺發電機組的工作參數矢量；Gi為工作負荷；ηi為第i臺發電機組的效率函數；函數關系表述如下：

    ηi=fi(Xi,Gi)；Xi  Di；0≤Gi≤GR(i)

    其中：Di為工作參數矢量Xi可取的集合，GR(i)為第i臺機組可能的最大發電負荷；n臺機組總的工作效率函數η，記為：η=f(η1,η2, Λ,ηn) ，于是全廠發電負荷分配的最優化就是求解如下有約束的非線性規劃問題：



    其中：G0是電網調度中心對電廠的總發電負荷要求；Gi是第i臺機組發電量；GR(i)是該機組的允許負荷最大值；Xi是該機組的工作參數矢量；Di為工作參數取值的允許集合。求解的目標是：滿足約束方程(2)的條件下，使(1)式η達到最大值。

    這一功能的框圖如圖4所示。

圖4  機組負荷優化分配子系統

2.5  設備的安全狀態監測和壽命損耗分析

    前述的經濟運行優化問題均是以當前的發電效益為準則，在問題的提出方面，這當然有片面性。更深層次的優化，至少應考慮下述兩個問題。

    (1)  主機、輔機工作狀態不同，設備的壽命損耗不同。作為經濟運行應將設備的損耗成本計算在內;

    (2)  對發電機組來說，安全是重要的經濟性指標，事故將造成重大的經濟損失，因此運行一段時間后的檢修，更換易損件，是不可避免的生產運行活動。過長的檢修期可能會出現事故損失，停機檢修出現發電損失，如何優化檢修期，形成了另外一類運行優化問題。

    任何優化問題理論上必須進行定量化求解，前提條件應有效益函數表達式。旋轉部件的磨損費用，高溫、高壓部件的壽命損耗，不僅與材料相關，同時與連續、斷續使用時間，使用狀態參數相關。設備的設計制造廠家給出的公式、曲線是工作者考慮問題的基礎，但是可能需要進一步地分析和加工處理。

    由于人們在這類問題上認知水平不足，目前電廠均采用定周期檢修法，這當然是一種保守的運行方式。我們的最終目標是依設備狀態進行預測檢修。在保證機組安全的前提條件下，減少因檢修停機而造成的發電損失。
因為對這一問題認知水平不足，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，此問題才具有挑戰性。設備安全狀態監測和壽命損耗分析子系統至少應具有三方面的功能：

    (1)  收集主機、輔機的運行狀態數據：啟/停狀態記錄和次數累計；正常工況下的連續運行時間及總運行時間累計；非正常工況下（如超溫）運行時間累計；跳閘次數及狀態記錄；故障后的詳細狀態記錄。

    (2)  利用現有的設備資料、公式、曲線進行損耗計算及壽命計算。

    (3)  根據運行動態數據，通過擬合、逼近等方法維護、構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  設備安全狀態分析子系統

2.6  EOMS系統固定的周期性任務

    除了前述研究性任務之外，EOMS系統應執行如下周期性工作：

    (1)  接收來自機組DCS系統的動態數據：機組運行的工藝過程變量數據；機組設備運行狀態數據（運行，停運，運行工況參數）；與運行狀態、設備狀態相關的全部數據。

    (2)  依照現有的知識和公式，周期性地計算各種經濟性能指標。

    (3)  將計算結果依一定形式如表格、函數曲線、圖表等存檔，并可供相關領導、分析人員使用。

    (4)  周期的機組性能計算功能，每十分鐘計算一次或半小時計算一次就可以了。EOMS系統的主要資源，應當用于機組經濟性的其它分析、仿真計算及優化方案的比較工作。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、高性能的現場總線網絡，由于其具有協議的開放性與互操作性、通信介質的多樣性、網絡拓撲結構的靈活性、通信速率高、可靠性強等方面的技術優勢，已被廣泛應用于航空／航天、智能樓宇自動化、能源計量和工廠自動化等領域。

3  EMOS系統的使用者

    為了提高電廠經濟運行水平，很可能會產生新的技術崗位：經濟運行分析師、設備安全分析師。作為廠級領導的助手，他們對電廠的運行維護將發揮指導作用。那么，他們應具備什么樣的知識結構，分析如下：

    首先，他們應是熟練的電廠熱力學計算工作者。熟悉機組發電作功的物理過程，并且掌握發電機組熱經濟指標的計算理論，如汽耗率、熱耗率、熱效率、煤耗率的計算。他們應對汽機、鍋爐、輔機的效率、熱損耗與環境參數、工作參數及相互配合關系，具有定量化的模型深度的理解。這種能力是經濟運行分析師的基本功。

    •  設備安全分析師首先應具備主、輔機的設備知識，特別是高溫、高壓部件，旋轉磨損材料等的損耗機理知識；主機、輔機壽命損耗知識，沒有這種專業的知識，顯然無法工作。

    •  無論經濟運行分析師、設備安全狀態分析師都應具備數學模型的綜合建立能力。他們不僅應對現有模型參數能夠定量辨識，進行參數維護、修訂工作，而且依據運行中得到的真實數據，有能力加工處理、綜合歸納；對現有模型進行分析、修訂，甚至提出新的數學模型的能力。

    •  在數學工具方面，他們應當掌握系統辨識理論、各種最優化的計算方法，如非線性問題求解、最優擬合與逼近等，使得他們能對各類數值求解問題輕松地完成。

    •  經濟運行模型的精確度是不斷提高的，優化的范圍也會不斷擴展，設備壽命損耗計算也需要逐步精確化。經濟運行分析師、設備安全狀態分析師的工作具有研究工作的性質。工作中的知識積累將大大提高他們的工作質量。反過來，他們的高工作質量，將極大提高電站的經濟運行水平。

    •  由于大型電廠的復雜性，設備的多樣性、特殊性，目前大學教育中的熱能專業、熱工自動化專業似乎尚無完整的經濟運行分析教育及設備安全狀態分析教育，因此這類專業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、不太現實的。所以經濟運行分析人員很可能會以小組的形式出現，不同的人負責不同的專業設備，如機、爐、電輔機設備，最終綜合機組的總體經濟模型，并且有能力進行維護和修訂。人才問題，也許會成為EOMS系統成功運行的關鍵因素。

4  EOMS系統的總體設計問題

通過前述分析，可以歸納EOMS系統總體設計中的若干要點：

(1)  EOMS是一個輔助決策系統

    EOMS經過多種計算，得到發電機組實際熱耗的數據，得到機組效率的數據，再經過仿真對比及分析計算，可以獲得優化的運行參數指導。這種運行指導，不應當被無條件地執行，而應由有經驗的專業人員進行安全分析，確認不會影響機組的安全后再執行。因此，EOMS不應是自動化系統，而只能是輔助決策系統。

    所以如此，是由機組運行的復雜性，數學模型的不完備性及現場工況的時變性決定的。因此，在執行優化方案之前再經過專家審查是必要的程序。反過來說，EOMS不是自動化系統，企圖做成自動化系統，是指導思想的錯誤。

(2)  EOMS系統應是功能強大的計算工具平臺

    EOMS要進行各種非線性計算，逼近擬合計算，非線性規劃的求解運算等；因此，計算工具應當完善，滿足計算工作的需要。

    EOMS還必須進行多組運行參數的仿真計算，以便比較不同運行參數下的經濟性，尋找優化的運行方案，因此EOMS也應是一種仿真計算平臺。

    EOMS還應具有方便的計算公式生成能力。公式中的變量數據應來自動態數據庫，生成的新的計算方法，可以作為標準公式，納入相關的函數庫。

(3)  EOMS系統均具有強大的存貯能力

EOMS存儲的數據，可分為如下類別：

    •  設備的參數、曲線、公式數據等；

    •  設備及部件的圖紙、圖形、照片數據；

    •  設備及部件的動態數據，如：安裝使用時間；運行狀態記錄；正常運行小時累計；非正常工況運行狀態記錄，運行時間累計；啟停累計及其他累計；檢修記錄，分析報告及其他資料積累。

    由于大型發電機組設備眾多，需要關心的部件數量很大，需要存貯的數據量巨大。因此可靠、巨大的存貯能力必不可少。看來應具有主機系統之外的可冗余或可備份的外部存儲系統。

(4)  EOMS系統應配置可擴充、可維護的相關知識庫

    這種知識庫包括：經濟運行的知識庫；熱損耗分析知識庫；設備損耗分析、計算知識庫；設備壽命計算知識庫。
這種知識可以用函數表示，也可以用文字說明、照片資料、損傷檢測報告、事故分析結果等形式存貯，以方便研究、查詢、使用為目的。

(5)  EOMS系統是電廠內部的多用戶計算決策系統平臺

    EOMS系統應與機組控制用DCS系統通訊連接，不斷接收來自機組運行中的真實狀態數據，記錄在動態數據庫中，與機組DCS系統通訊能力，不可缺少。

    EOMS的集中式數據庫，在一定授權下供多用戶使用，以便進行不同使用者關心的不同問題的分析計算，這種使用狀態使人們相信，EOMS系統應具有客戶機－服務器結構。

    EOMS系統雖然具有周期的機組性能計算任務，但是更多的時間，它將是經濟運行分析人員進行問題分析和研究的工具平臺。將EOMS系統的功能僅僅局限在周期的機組性能計算，不是全面的理解。

    EOMS系統的硬件體系結構，如圖6所示，這里僅表示總體結構，不涉及實現方法，也未涉及硬件指標分析。

5  結語

本文提出電廠EOMS系統的概念，分析EOMS應有的

圖6  經濟運行管理系統的硬件結構

系統功能設計。分析中指出，EOMS的特點如下：

    •  EOMS應是輔助決策系統，不是自動決策系統；

    •  應是高水平的研究計算平臺，而不應是機組數據監視計算機系統；

    •  周期性地接受機組DCS系統的實時數據，周期性地進行機組性能計算，僅是EOMS系統的一項任務。利用EOMS系統，積累經濟運行的知識，積累設備安全狀態的量化預測知識，尋求經濟運行的新方法，深化設備安全管理的認識，提高經濟運行的水平，是EOMS的主要任務。

    •  EOMS系統是經濟運行分析工作者、設備安全分析工作者的工作平臺。它們是EOMS系統的主要使用者。這兩類分析工作者的質量和數量，是決定電站經濟運行水平的關鍵因素。這支隊伍的壯大，也將進一步促進EOMS系統的發展。
火力發電廠已進入節能、降耗、經濟運行的時代，執行精心設計的定量化運行是個必然趨勢。計算機系統工作者為此應提前做好準備。