杜艷玲，李 露，王 茹，李 斌，楊 琛

（1．華北電力大學(xué) 動(dòng)力工程系，保定071003； 2．深圳中廣核工程設(shè)計(jì)有限公司，深圳518000；3．天津大學(xué) 機(jī)械學(xué)院，天津300000）

火電機(jī)組運(yùn)行中一些參數(shù)直接或間接地反映了機(jī)組的運(yùn)行情況。任一工況下總有一組運(yùn)行數(shù)據(jù)使得機(jī)組獲得最好的經(jīng)濟(jì)效益，這組參數(shù)就是機(jī)組在該工況下運(yùn)行的最優(yōu)值，也是該工況下的目標(biāo)值，運(yùn)行中應(yīng)使運(yùn)行參數(shù)達(dá)到或者接近這一目標(biāo)值。因此，合理確定機(jī)組運(yùn)行參數(shù)的目標(biāo)值是保證機(jī)組效益、性能診斷和運(yùn)行優(yōu)化的前提。通常運(yùn)行參數(shù)目標(biāo)值可以由最佳運(yùn)行試驗(yàn)、變工況熱力計(jì)算、歷史數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)和數(shù)據(jù)挖掘等方法確定［1－3］，這幾種方法在火電廠中也都有一定程度的應(yīng)用。

以模糊數(shù)學(xué)理論為基礎(chǔ)的模糊綜合評(píng)判方法，可以在兼顧系統(tǒng)的各種因素的基礎(chǔ)上完成系統(tǒng)的整體評(píng)價(jià)。機(jī)組運(yùn)行受到多個(gè)運(yùn)行參數(shù)的共同影響，因此可應(yīng)用模糊綜合評(píng)判來(lái)分析，目前已有學(xué)者成功運(yùn)用該方法進(jìn)行了火電廠的運(yùn)行評(píng)價(jià)［4－6］。本文將應(yīng)用模糊綜合評(píng)判理論來(lái)完成機(jī)組運(yùn)行性能的評(píng)判，進(jìn)而建立機(jī)組運(yùn)行參數(shù)目標(biāo)值的自尋優(yōu)模型。通過(guò)機(jī)組實(shí)時(shí)運(yùn)行參數(shù)和系統(tǒng)存儲(chǔ)目標(biāo)值的模糊綜合評(píng)判結(jié)果的比較，選擇更優(yōu)結(jié)果作為機(jī)組運(yùn)行參數(shù)新的目標(biāo)值，以指導(dǎo)機(jī)組的實(shí)際運(yùn)行。

1 模糊綜合評(píng)判方法

模糊綜合評(píng)判就是運(yùn)用模糊數(shù)學(xué)理論對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)的方法。設(shè)評(píng)判對(duì)象的各因素的集合為U＝｛u1，u2，…，un｝，稱為評(píng)判因素集；可能出現(xiàn)的評(píng)判集合為V＝｛v1，v2，…，vm｝，稱為評(píng)判集；評(píng)判集與因素集之間的模糊關(guān)系為評(píng)判矩陣R，也稱隸屬度矩陣：

R由所有單因素評(píng)判的模糊集組成，其中隸屬度rij表示從因素ui單方面來(lái)看評(píng)價(jià)對(duì)象被評(píng)為vj等級(jí)的隸屬程度，即ui的量使評(píng)價(jià)對(duì)象表現(xiàn)為vj的可能性為rij。

這樣由（U，V，R）構(gòu)成了一個(gè)模糊綜合評(píng)判模型，給定一個(gè)權(quán)重分配A＝｛a1，a2，…，an｝，則對(duì)應(yīng)了一個(gè)綜合評(píng)判［7－8］B＝（b1，b2，…，bm），且B＝A?R，即：

確定權(quán)重的方法有很多，如直接給出法、專家評(píng)估法、加權(quán)統(tǒng)計(jì)法、模糊協(xié)調(diào)決策法、層次分析法、比較矩陣法等［6，9］，不同的方法適用不同的場(chǎng)合，應(yīng)根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行選擇?！?”表示模糊運(yùn)算，與計(jì)算所采用的模型有關(guān)，常見(jiàn)模型有加權(quán)平均型、主因素突出型、全面制約型、取小上界和型等，使用時(shí)應(yīng)根據(jù)分析要求和模型特點(diǎn)來(lái)選?。?］。

2 電廠運(yùn)行參數(shù)目標(biāo)值的自尋優(yōu)模型

對(duì)機(jī)組的運(yùn)行參數(shù)進(jìn)行模糊綜合評(píng)判，分析機(jī)組的運(yùn)行狀態(tài)。通過(guò)比較實(shí)時(shí)運(yùn)行參數(shù)的綜合評(píng)判結(jié)果與數(shù)據(jù)庫(kù)中已存的最優(yōu)行參數(shù)的評(píng)判結(jié)果，選取評(píng)判結(jié)果更高的那一組數(shù)據(jù)作為機(jī)組實(shí)際運(yùn)行的目標(biāo)值，實(shí)現(xiàn)運(yùn)行參數(shù)目標(biāo)值的自尋優(yōu)。

2．1 因素集U和評(píng)判集V

本文通過(guò)評(píng)價(jià)機(jī)組運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性出發(fā)，考慮機(jī)組運(yùn)行中幾個(gè)主要的考察因素。取因素U＝｛煤耗，主汽溫，主汽壓，再熱汽溫，排煙溫度，…，循環(huán)水溫｝，是評(píng)價(jià)機(jī)組經(jīng)濟(jì)性的各因素所組成的集合。

評(píng)判集為機(jī)組的各運(yùn)行參數(shù)（各因素）對(duì)機(jī)組經(jīng)濟(jì)性影響的評(píng)價(jià)集合，取評(píng)判集V＝｛優(yōu)，良，中，差｝，用這四個(gè)等級(jí)來(lái)表述機(jī)組運(yùn)行情況的優(yōu)劣［10］。

2．2 單因素評(píng)判

在進(jìn)行系統(tǒng)的綜合評(píng)判前，要先研究單因素評(píng)判，關(guān)鍵是要選取恰當(dāng)?shù)碾`屬函數(shù)。在實(shí)際應(yīng)用中可根據(jù)評(píng)判對(duì)象的特點(diǎn)、各因素對(duì)系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)性的影響以及設(shè)備的安全要求來(lái)選取各自的隸屬函數(shù)。

2．2．1 煤耗

當(dāng)運(yùn)行煤耗x低于最優(yōu)煤耗α?xí)r，其判斷集為優(yōu)；大于最優(yōu)煤耗時(shí)，根據(jù)其超出最優(yōu)煤耗的多少來(lái)確定其評(píng)判集。取允許的煤耗偏差值為σ，則煤耗的隸屬函數(shù)為：

2．2．2 主汽溫、主汽壓、再熱汽溫

對(duì)于亞臨界以下機(jī)組，當(dāng)這三個(gè)參數(shù)分別等于其各自的設(shè)計(jì)值時(shí)，經(jīng)濟(jì)性最好；當(dāng)三者低于設(shè)計(jì)值時(shí)，機(jī)組經(jīng)濟(jì)性降低；當(dāng)三者高于設(shè)計(jì)值時(shí)，機(jī)組不僅經(jīng)濟(jì)性降低，而且設(shè)備安全也受影響。α分別為這三個(gè)參數(shù)最優(yōu)值，這里為設(shè)計(jì)值，取其隸屬函數(shù)為：

式中：α為溫度低于最優(yōu)值時(shí)，溫度每降低1個(gè)單位對(duì)機(jī)組經(jīng)濟(jì)性降低的影響程度，數(shù)量級(jí)為10－5～10－4，可按機(jī)組運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)取值；σ為這三個(gè)參數(shù)的允許偏差值。

2．2．3 循環(huán)水溫

凝汽器的循環(huán)水溫受環(huán)境溫度影響，冬、夏兩季環(huán)境溫度相差太多，因而對(duì)于循環(huán)水溫的隸屬函數(shù)與季節(jié)有關(guān)，設(shè)冬、夏兩季循環(huán)水溫的最優(yōu)值分別為α1、α2，則隸屬函數(shù)為：

式中：α為循環(huán)水溫度偏離運(yùn)行最優(yōu)值時(shí)對(duì)降低機(jī)組經(jīng)濟(jì)性的影響因子，數(shù)量級(jí)為10－3～10－2，可按機(jī)組運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)取值。

2．2．4 排煙溫度

鍋爐的排煙溫度一般都有規(guī)定的范圍，排煙溫度過(guò)高則增大了排煙損失，鍋爐效率變差；排煙溫度過(guò)低則會(huì)引起鍋爐尾部低溫受熱面腐蝕。設(shè)排煙溫度的正常范圍為（α2、α3），上下界為α1、α4，則隸屬函數(shù)為：

對(duì)于上述四個(gè)典型因素的隸屬函數(shù)，根據(jù)機(jī)組運(yùn)行的實(shí)時(shí)參數(shù)x計(jì)算相應(yīng)的A（x），根據(jù)A（x）數(shù)值大小來(lái)確定評(píng)判集。當(dāng)0．9＜A（x）≤1．0時(shí)評(píng)判為優(yōu)，0．7＜A（x）≤0．9時(shí)評(píng)判為良，0．4＜A（x）≤0．7時(shí)評(píng)判為中，0＜A（x）≤0．4時(shí)評(píng)判為差。因此任一A（x）必屬于優(yōu)、良、中、差之一，其對(duì)應(yīng)的單參數(shù)類型為1，其余為0。如A（x）＝0．8，則表明參數(shù)x處于良的運(yùn)行狀態(tài)，該因素的評(píng)判集為｛0，1，0，0｝。

各單因素評(píng)判的模糊集組合起來(lái)構(gòu)成了評(píng)判矩陣：

其中每一行“優(yōu)、良、中、差”所在位置的參數(shù)中僅有一個(gè)1，其余則為0。

2．3 綜合評(píng)判

在模糊綜合評(píng)判中，各因素的權(quán)重分配反映了各因素在綜合評(píng)判過(guò)程中的重要性，直接影響綜合評(píng)判的結(jié)論。通過(guò)綜合考慮機(jī)組各個(gè)因素經(jīng)濟(jì)性、安全性、環(huán)保性的影響，采用直接給出法［6］（由專家憑借經(jīng)驗(yàn)直接給出）確定權(quán)重A。比較綜合評(píng)判的各種計(jì)算模型，考慮到加權(quán)平均型依據(jù)權(quán)重大小兼顧了所有因素，可得出適用于整體考察的綜合指標(biāo)［8］，故采用加權(quán)平均型計(jì)算模型，即普通的矩陣乘法B＝AR。

2．4 自尋優(yōu)過(guò)程的實(shí)現(xiàn)

對(duì)于機(jī)組的實(shí)際運(yùn)行參數(shù)進(jìn)行上述的模糊綜合評(píng)判，將評(píng)判結(jié)果B與系統(tǒng)內(nèi)部存儲(chǔ)的最優(yōu)運(yùn)行參數(shù)的模糊綜合評(píng)判進(jìn)行比較，若計(jì)算所得優(yōu)于系統(tǒng)內(nèi)存儲(chǔ)的最優(yōu)結(jié)果評(píng)定，則用本次運(yùn)行參數(shù)替換原來(lái)的最優(yōu)運(yùn)行參數(shù)目標(biāo)值；反之，則保持最優(yōu)運(yùn)行參數(shù)目標(biāo)值仍為原來(lái)系統(tǒng)內(nèi)的存儲(chǔ)數(shù)據(jù)。

3 實(shí)例分析

3．1 運(yùn)行參數(shù)目標(biāo)值的自尋優(yōu)

將本文中的運(yùn)行參數(shù)自尋優(yōu)模型運(yùn)用到某300MW亞臨界凝汽式機(jī)組，取影響機(jī)組經(jīng)濟(jì)性的幾個(gè)主要參數(shù)組成該模糊綜合評(píng)判的因素集，U＝｛煤耗，主汽溫，主汽壓，再熱汽溫，排煙溫度，循環(huán)水溫｝；評(píng)判集V＝｛優(yōu)，良，中，差｝；對(duì)實(shí)時(shí)運(yùn)行數(shù)據(jù)進(jìn)行單因素評(píng)判，計(jì)算模糊評(píng)判矩陣R；權(quán)重A＝｛0．35，0．20，0．10，0．20，0．10，0．05｝由專家憑經(jīng)驗(yàn)直接給出。由加權(quán)平均法計(jì)算評(píng)判結(jié)果B＝AR。對(duì)機(jī)組運(yùn)行參數(shù)的計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表1。

表1 計(jì)算數(shù)據(jù)與結(jié)果

根據(jù)評(píng)判結(jié)果B，機(jī)組運(yùn)行處于“優(yōu)”的隸屬度為0．65，處于“良”的隸屬度為0．35，處于“中”和“差”的隸屬度均為0。按照最大隸屬原則機(jī)組處于優(yōu)的運(yùn)行狀態(tài)，將該評(píng)判結(jié)果與系統(tǒng)內(nèi)存儲(chǔ)的最優(yōu)運(yùn)行參數(shù)對(duì)應(yīng)的評(píng)判結(jié)果做比較，確定實(shí)時(shí)的最優(yōu)運(yùn)行參數(shù)。計(jì)算系統(tǒng)歷史數(shù)據(jù)庫(kù)中該工況下的綜合評(píng)判結(jié)果A＝｛0．50，0．10，0．35，0．05｝，兩者相比歷史庫(kù)中也處于優(yōu)的運(yùn)行狀態(tài)，但是處于優(yōu)的程度沒(méi)比實(shí)時(shí)結(jié)果處于優(yōu)的程度高，因此將當(dāng)前的運(yùn)行狀態(tài)作為該工況下的運(yùn)行狀態(tài)存入最優(yōu)數(shù)據(jù)庫(kù)，指導(dǎo)機(jī)組運(yùn)行。

3．2 運(yùn)行分析

對(duì)機(jī)組的實(shí)際運(yùn)行參數(shù)進(jìn)行模糊綜合評(píng)判時(shí)可得出每一時(shí)刻機(jī)組的運(yùn)行狀態(tài)，在同一負(fù)荷下對(duì)不同時(shí)刻機(jī)組的評(píng)判結(jié)果B進(jìn)行比較，可以得到該工況下機(jī)組的最優(yōu)運(yùn)行參數(shù)，便于進(jìn)行機(jī)組的能耗分析。圖1給出機(jī)組不同時(shí)刻運(yùn)行參數(shù)所對(duì)應(yīng)的機(jī)組運(yùn)行評(píng)判。在該段時(shí)間內(nèi)機(jī)組運(yùn)行狀態(tài)：開(kāi)始時(shí)機(jī)組的運(yùn)行狀態(tài)為良；隨后機(jī)組運(yùn)行為“良”的隸屬度下降而隸屬“優(yōu)”的程度不斷增加，機(jī)組運(yùn)行狀態(tài)在向優(yōu)的方向發(fā)展；在9：075時(shí)刻后，機(jī)組隸屬“優(yōu)”的程度增大，隸屬“良”的程度減小；在9：13時(shí)刻機(jī)組的運(yùn)行狀態(tài)達(dá)到峰值，隸屬“優(yōu)、良、中、差”的程度分別為｛0．95，0，0．05，0｝。因此，9：13時(shí)刻機(jī)組的狀態(tài)最好，該時(shí)刻的運(yùn)行參數(shù)可以作為運(yùn)行參數(shù)的目標(biāo)值。

圖1 某時(shí)間段機(jī)組運(yùn)行狀態(tài)評(píng)判結(jié)果

為了弄清機(jī)組運(yùn)行狀態(tài)隨時(shí)間出現(xiàn)圖1所示變化的原因，對(duì)機(jī)組的各因素進(jìn)行了單因素評(píng)判，分析結(jié)果見(jiàn)圖2。

圖2 某時(shí)間段單因素評(píng)判結(jié)果

圖2中：9：05～9：13這段時(shí)間內(nèi)，主蒸汽壓力的運(yùn)行評(píng)判為“優(yōu)”；主汽溫和再熱汽溫的隸屬函數(shù)值A(chǔ)（x）先降后增，單因素評(píng)判結(jié)果均為“優(yōu)”；煤耗、主汽壓、排煙溫度對(duì)應(yīng)的單因素評(píng)判結(jié)果均為“優(yōu)”。根據(jù)權(quán)重A，機(jī)組的運(yùn)行狀態(tài)由最初的“良”變?yōu)椤皟?yōu)”，且在9：13時(shí)刻以后主汽壓的評(píng)判結(jié)果下降，因而在9：13呈現(xiàn)機(jī)組運(yùn)行最優(yōu)的狀態(tài)。圖1中的曲線變化可從圖2得到驗(yàn)證，說(shuō)明按該模型計(jì)算的結(jié)果是正確的。

4 結(jié)語(yǔ)

應(yīng)用模糊綜合評(píng)判方法對(duì)火電廠機(jī)組的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行了綜合評(píng)判，并將實(shí)時(shí)運(yùn)行的評(píng)判結(jié)果與系統(tǒng)中已存的最優(yōu)行參數(shù)的評(píng)判結(jié)果進(jìn)行比較，將評(píng)判結(jié)果更佳的那一組數(shù)據(jù)作為機(jī)組實(shí)際運(yùn)行的目標(biāo)值，實(shí)現(xiàn)運(yùn)行參數(shù)目標(biāo)值的自尋優(yōu)。結(jié)合某300MW亞臨界凝汽機(jī)組進(jìn)行綜合評(píng)判可得到以下結(jié)論：

（1）綜合評(píng)判模型能夠在保證機(jī)組整體性能的基礎(chǔ)上兼顧各因素的評(píng)價(jià)，權(quán)重A反映了各評(píng)價(jià)因素對(duì)機(jī)組綜合評(píng)判結(jié)果的影響。

（2）通過(guò)對(duì)實(shí)時(shí)運(yùn)行參數(shù)的綜合評(píng)判結(jié)果與數(shù)據(jù)庫(kù)中已存的最優(yōu)行參數(shù)的評(píng)判結(jié)果的比較，選取評(píng)判結(jié)果更佳的那一組數(shù)據(jù)作為機(jī)組實(shí)際運(yùn)行的目標(biāo)值，實(shí)現(xiàn)運(yùn)行參數(shù)目標(biāo)值的自尋優(yōu)。

（3）通過(guò)對(duì)不同時(shí)刻機(jī)組運(yùn)行參數(shù)的單因素評(píng)判和綜合評(píng)判結(jié)果的比較，可以看出機(jī)組的運(yùn)行參數(shù)和狀態(tài)的變化情況，便于進(jìn)一步展開(kāi)機(jī)組的性能分析。

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