建立火電機組操作尋優系統

2017-02-08 16:16:00 大云網　點擊量：評論 (0)

一、項目背景隨著國家環保政策的持續推進，火電廠的節能減排壓力愈發凸顯，對企業的管理優化及技術創新提出了更高的要求。而當前火電行業陳舊的管理模式，已無法更好地滿足新時代下企業運行優化的需要，

一、項目背景

隨著國家環保政策的持續推進，火電廠的節能減排壓力愈發凸顯，對企業的管理優化及技術創新提出了更高的要求。而當前火電行業陳舊的管理模式，已無法更好地滿足新時代下企業運行優化的需要，很有必要利用先進的管理思想和技術建立一套全新的發電運行管控模式。面對企業發展的需要，華潤電力湖北有限公司大膽創新應用精益六西格瑪方法論，開發出了一套全新的操作尋優系統（OOS），應用在發電運行管理。

目前各火力發電廠發電運行經濟指標管理普遍采取了小指標競賽模式，隨著運行管理優化工作、節能減排工作的開展，小指標管理辦法已不能滿足管理需要。有必要利用先進的管理思想和技術建立一套新的發電運行管控模式，實現發電運行持續優化。

1.小指標競賽管理辦法有以下幾個較為明顯的弊端：

（1）小指標競賽得分不能真實反映機組經濟水平；

（2）小指標競賽結果通常選用的是月度平均值作為評比，不能反映指標的波動；

（3）小指標競賽無法指導運行人員操作，對于各種指標的調整各值存在分歧；

（4）小指標競賽管理辦法無法約束運行人員采取經濟合理的運行方式操作；

（5）值際易造成惡性競爭；

（6）運行部門績效無法分到具體的每個員工。

2.鑒于這些弊端，有必要建立一套新的發電運行管理模式，這套管理模式應滿足以下需要：

（1）運行員工個人：應具備操作調整的指導性，能夠實時顯示機組當前負荷下最優化運行所需要調整的參數及范圍，指導運行人員針對性的調整操作，實現機組的最優化運行。

（2）生產運行部門：應具備操作評價的公平性，能夠利用指標得分與經濟運行的關聯性，科學公正地開展運行評價工作，并將優秀的個體從集體中篩選出來，最大限度的實現運行激勵作用，調動員工的積極性。

（3）火電公司：生產管控的最優化，能夠實現機組運行的持續優化，實現機組長周期安全、穩定、經濟、環保運行，實現經濟效益的最大化。

為了滿足上述需求，華潤電力湖北有限公司開發了操作尋優系統（OOS）。

二、OOS系統介紹

1.系統整體思路。

OOS系統利用精益管理思想、利用績效評價、利用耗差分析系統、利用信息化技術實現尋優與優化成果標準化。建立操作尋優系統尋找最佳工況進而建立標桿值數據庫，利用耗差系統實現對運行操作量化考評、通過績效評價將運行優化成果固化；建立尋優計算系統用于建立與完善標桿值數據庫。標桿值數據庫數據庫的建立是基于生產實際，它依據機組工況邊界自動提供最佳工況（即標桿工況），通過生產數據采集，實際工況與標桿工況會出現偏差，通過耗差分析系統可以自動計算出這個偏差對機組經濟性的影響大小（即操作耗差），通過績效考評手段，通過操作耗差實現量化評價，激勵實際工況向標桿工況靠攏。

2.系統整體構架。

系統包括了標桿值數據庫、尋優計算輔助系統、運行績效考評系統、耗差分析與性能計算系統。標桿值數據庫依據機組邊界條件自動展示最佳工況標桿值，為運行人員操作提供指導；尋優計算輔助系統是通過機組運行試驗、OOS系統報表功能進行尋優輔助計算，為標桿值數據庫的建立與持續優化提供便利；運行績效考評系統攘括了發電部運行日常管理，將部門績效分解至每位員工與人力資源績效管理對接，激勵員工向最優靠攏。值班員對操作擬合度負責，技術管理人員對標桿操作方式的先進行負責；耗差分析與性能計算系統是OOS的基礎，為尋優計算、績效考評提供數據支撐。

3.操作尋優方法及標桿值數據庫建設方法。

“最優”工況的定義：綜合考慮安全、環保和經濟等邊界因素，實現系統的穩定性和可持續性的工況為最優工況，最優工況為實際存在的工況。

機組工況的“最優”，是在保證安全環保的前提下，使得機組的經濟水平最高。通過分析現狀可知，要尋找真正的“最優”并加以實現，必須統一運行調整中的具體操作，找到一定的邊界條件下，哪種操作組合能使機組處于“最優”工況，再通過合理的手段真實評估實際操作對機組經濟性的影響，與之配套建設運行績效管理制度，從而激勵運行人員操作向最優靠攏。

標桿值數據庫的建設方法是基于6西格瑪管理思想，應用數學統計分析軟件MINITAB工具，進行因子篩選和回歸分析。首先定義機組工況邊界消除不可控噪音，利用不同邊界組合形成目錄，制定最優試驗策略。然后，篩選出對機組經濟性影響大、流程能力差的中間變量；通過機組運行試驗，利用數學統計回歸的方法找出中間變量與影響這些中間變量的可控因子的關系；最后再通過機組運行試驗，找出不同邊界條件下的“最優”工況，這個工況下的各可控因子即為標桿值數據庫中的標桿值，作為操作指導和績效考評的依據，不同邊界條件下的標桿工況組合構成了標桿值數據庫。

4.系統建設步驟。

（1）確定邊界建立邊界工況索引。

首先需要設定邊界，不同的邊界對于機組運行產生不同的控制策略。安全、環保邊界是基本前提，尋找“最優”工況都是在這個基本前提下進行的，除此之外還有煤種邊界、負荷邊界、設備邊界等，通過邊界條件的設定來消除不可控噪音。

（2）因子初步篩選。

為獲得對影響機組經濟性流程的清晰認識，需要利用流程圖找出影響機組煤耗Y的各子步驟輸入因子x。為消除尋找x與Y關系時的不可控噪音，以及方便后續主要可控因子的篩選，引入了中間變量y。這里輸入因子x對應具體操作，中間變量y則對應能影響到機組煤耗計算的運行指標，通過多次“分層研究”，找到煤耗大指標Y、中間變量y與各輸入因子x的對應關系。

（3）利用中間變量篩選出關鍵可控因子。

按照六西格瑪管理思想，需要辨別影響機組煤耗Y的各輸入因子x的優先次序，從而分清主次，有的放矢。借助中間變量y進行篩選時，除了比較各指標單位變化對煤耗的影響外，統計大量的機組運行數據，利用MINITAB工具中的中間變量移動極差圖，來分析中間變量y在實際運行操作中的波動范圍，兩者結合綜合評估對煤耗Y的影響程度，據此結果利用柏拉圖挑選出對煤耗影響較大（累積值<80％）的關鍵中間變量。根據可控因子與中間變量的對應關系，篩選出關鍵的中間變量和主要可控因子。

（4）建設性能計算與耗差分析模塊軟件。

（5）組織機組運行試驗。

通過機組運行試驗得出主要可控因子與煤耗關系，利用尋優計算輔助系統對統計的數據進行尋優計算建立標桿值數據庫。

（6）建設運行績效評價體系。

5.系統功能介紹。

軟件系統主要包括：系統首頁、性能計算與耗差分析、操作指導與操作考評、KPI考評、尋優計算輔助及軟件后臺設置等幾部分。（各畫面應用對象）系統首頁：部門公司領導層；性能計算與耗差分析：技術管理人員；操作指導與操作考評：運行值班人員；KPI考評：發電部各位員工；尋優計算輔助系統：技術管理人員；軟件后臺設置：軟件維護信息管理人員。

（1）重要參數展示。

機組重要參數、性能計算與耗差分析結果通過柱狀圖、圖表、餅圖等直觀方式展示展示全廠機組煤耗指標運行情況；應用最新的svg和js控件技術,實現關鍵經濟指標的多維度對比分析，軟件系統穩定、瀏覽速度快捷，避免了類似SIS系統處于廢置狀態的窘況。

（2）性能計算與耗差系統分析。

1）性能計算與耗差分析模塊具有數據預處理功能，能夠自動篩選數據壞點并進行相應的擬合替換，保證性能計算與耗差分析的連續性、穩定性，使此系統更加有指導意義。

2）性能計算與耗差分析模塊數據重算功能，在考評系統中可剔除因設備異常等引起的參數異常時間段數據并將重算前后數據均保存在數據庫，這樣保證了對操作員考評的公平合理。

3）依據工況邊界的變化采用動態基準值，使耗差分析系統更加準確合理。

（3）操作指導與操作考評。

1）可控因子依據標桿值數據庫實時展示為運行人員提供指導。

2）經濟I考評結果能夠實時計算并展示，個人監盤及班組監盤報表實時展示，便于了解個人及班組監盤情況。

3）安全、環保量化指標考核通過參數越限實現，實時統計，方便查詢，并有相應的免考核申請機制，達到異常障礙標準自動提交至相應技術管理人員。

（4）KPI考評。

1）KPI考評依據績效管理辦法將部門分解至每位員工，基本滿足發電部日常管理功能要求，按照相關管理制度實現實時在線考評。

2）實現不同崗位,不同個人的考評得分實時查詢，對于有異議的考評結果具有復議功能。

（5）尋優計算輔助系統及標桿值數據庫。

1）可擴展的標桿值數據庫，邊界條件、可控因子、中間變量均可擴展，使系統兼容性和拓展性更強，避免了因設備改造、軟件完善升級等原因導致系統重建。

2）尋優計算及分析是基于大量的試驗或者生產歷史數據，并且計算較為復雜繁瑣，尋優計算輔助系統通過數據統計功能，可依據技術人員的要求，自動采集要求時間段內規定的生產參數進行相應的數據導出、耗差計算，從而大大減輕技術人員尋優工作。

三、創新點介紹

1.創造性的建立了全新的火電廠優化運行評價系統及其方法。

OOS系統以真實評價運行值班員操作水平、為運行值班員操作提供指導、持續優化、激勵運行值班員向最優靠攏為建設目標。該系統中經濟指標的考評由傳統的對中間變量的考評延伸到對運行操作（因子）的考評，建立了新型的耗差分析系統用于對運行值班員的操作進行評價；該系統建立了不同工況條件下的操作因子標桿值數據庫，用于指導運行值班員操作、同時作為運行值班員操作水平考評基準；該系統建立了相應的KPI考評體系激勵運行值班員向最優靠攏，通過崗位分層將部門關鍵績效有效的分解到每位員工，取消了原有小指標競賽運行班組值際排名的辦法。

2.建立了新型的耗差分析系統。

新型的耗差分析系統以運行操作作為分析指標，通過數學統計回歸的辦法找到運行操作因子與機組煤耗的關系。

3.建立獲得最優可控因子的試驗系統及方法。

有別于傳統的工況尋優，新的試驗方法對“最優”進行了重新定義——在一定的邊界條件下，提高整個系統的抗干擾能力，綜合考慮安全、環保和經濟等邊界因素，實現系統的穩定性和可持續性，從而最終達到長時間下的系統“最優”。“最優”工況是機組實際存在的，而非設計工況或者不穩定的最經濟工況。試驗系統設計了因子篩選辦法、噪音消除辦法、因子試驗辦法。

4.制定了新的衡量指標對煤耗的影響程度辦法。

傳統衡量指標對煤耗的影響程度主要是基于理論計算中該指標對供電煤耗影響大小來衡量的即用該項指標的單位耗差值來衡量。新的衡量辦法是利用統計工具，機指標在實際運行中的波動范圍即6倍標準差（6σ），用這個波動范圍與該項指標的單位耗差乘積得到的結果作為衡量該項指標對煤耗的影響程度。

5.采取動態基準值建立標桿值數據庫。

傳統的耗差分析系統通常采取的是靜態基準值，分析的指標也是中間變量（小指標），多采取設計值、額定值、額定負荷下的實驗值，不僅不適用于不同工況，而且這些基準值的組合并不能實際工況中同時實現。新的耗差分析系統通過機組運行試驗得出實際工況中存在的真實值作為基準值，應用于中間變量與可控操作因子，利用邊界分層建立不同邊界工況下的基準值，建立動態的標桿值數據庫。這樣在不同的機組運行工況下采用動態基準值，使耗差分析更為科學、合理。

OOS系統建設過程中應用了很多新思路、新方法，已累計向國家知識產權局提交了10項專利（5項實用新型專利、5項發明專利）、1項軟件著作權申請。其中5項實用新型專利和軟件著作權均已獲得授權，發明專利處于審批階段。

四、應用成效

1.管理價值。

（1）火電廠發電部績效指標分解到每個員工，公平合理。傳統的管理方法是績效分解至運行值，值內員工統一指標，新的運行KPI管理辦法按崗位職責將績效分解至個人。

（2）廢除排名高低決定得分高低的小指標競賽管理辦法，新的考評體系中經濟績效得分不會依據排名的高低來決定得分高低，而是以運行人員操作是否符合標桿值數據庫中的標桿值來評價。這樣既激勵的運行人員向最優靠攏，又避免了值際惡性競爭。

（3）標桿值數據庫指導運行操作，約束了運行人員不規范操作，使運行人員操作更具明確性。避免了運行人員為了某項小指標的高得分采取不合理不經濟的運行方式犧牲了機組整體的經濟性；同時避免不同運行人員操作方法不明確，不清楚如何操作才是最優工況。

（4）機組運行優化試驗結果得到有效應用。標桿值數據庫中的標桿值來源于機組運行優化試驗，是實際存在可執行的。通過機組運行優化試驗得出機組穩定、經濟、安全、環保的操作方法，然后將各操作因子標桿值錄入標桿值數據庫用于運行操作人員的考評、指導。

2.經濟價值。

OOS系統將機組運行優化成果通過標桿值數據庫有效的應用到了生產實際，激勵運行人員向最優的運行工況靠攏，機組運行避免了參數波動引起的浪費，產生了明顯的經濟效益。通過針對機組運行尋優，機組供電煤耗2×330MW機組降低約2.11g/(kW•h)、2×1000MW機組降低約4.05g/(kW•h)，優化成果標準化后以2×330MW機組全年發電量30億千瓦時、2×1000MW機組全年發電量80億千瓦時計算，共可節約標煤3.873萬噸，按照本年度標煤單價660元/噸計算，共產生經濟效益約2556.18萬元。

3.社會價值。

火力發電企業既是為社會提供優質清潔能源的大型能源生產企業，又是一個能源消耗和污染排放的大戶，是節能減排工作的重點領域。OOS系統從約束運行操作著手，實現“節能減排”與“經濟效益”的和諧統一。按照2014年華潤電力湖北有限公司一期、二期全年發電量110億千瓦時計算，共減少向大氣排放二氧化碳約16.355萬噸。

4.應用推廣價值。

OOS系統具有很強的推廣價值。對于坑口電站、進煤結構簡單、機組負荷穩定（邊界條件穩定）的火電廠尤為適用；進煤結構復雜的電廠在建立數字化煤場的基礎具有很強的適用性。（主創人員：羅家林、王加林、王志軍、姚登鋒、黎俊飛、李鋒平、李艷兵）