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建立火电机组操作寻优系统

编辑:华润电力湖北有限企业   发布时间:2016-03-18

       一、项目背景
       随着国家环保政策的持续推进,火电厂的节能减排压力愈发凸显,对企业的管理优化及技术创新提出了更高的要求。而当前火电行业陈旧的管理模式,已无法更好地满足新时代下企业运行优化的需要,很有必要利用先进的管理思想和技术建立一套全新的发电运行管控模式。面对企业发展的需要,华润电力湖北有限企业大胆创新应用精益六西格玛方法论,开发出了一套全新的操作寻优系统(OOS),应用在发电运行管理。
       目前各火力发电厂发电运行经济指标管理普遍采取了小指标竞赛模式,随着运行管理优化工作、节能减排工作的开展,小指标管理办法已不能满足管理需要。有必要利用先进的管理思想和技术建立一套新的发电运行管控模式,实现发电运行持续优化。
       1.小指标竞赛管理办法有以下几个较为明显的弊端:
       (1)小指标竞赛得分不能真实反映机组经济水平;
       (2)小指标竞赛结果通常选用的是月度平均值作为评比,不能反映指标的波动;
       (3)小指标竞赛无法引导运行人员操作,对于各种指标的调整各值存在分歧;
       (4)小指标竞赛管理办法无法约束运行人员采取经济合理的运行方式操作;
       (5)值际易造成恶性竞争;
       (6)运行部门绩效无法分到具体的每个员工。
       2.鉴于这些弊端,有必要建立一套新的发电运行管理模式,这套管理模式应满足以下需要:
       (1)运行员工个人:应具备操作调整的引导性,能够实时显示机组当前负荷下最优化运行所需要调整的参数及范围,引导运行人员针对性的调整操作,实现机组的最优化运行。
       (2)生产运行部门:应具备操作评价的公平性,能够利用指标得分与经济运行的关联性,科学公正地开展运行评价工作,并将优秀的个体从集体中筛选出来,最大限度的实现运行激励作用,调动员工的积极性。
       (3)火电企业:生产管控的最优化,能够实现机组运行的持续优化,实现机组长周期安全、稳定、经济、环保运行,实现经济效益的最大化。
       为了满足上述需求,华润电力湖北有限企业开发了操作寻优系统(OOS)。
       二、OOS系统先容
       1.系统整体思路。
       OOS系统利用精益管理思想、利用绩效评价、利用耗差分析系统、利用信息化技术实现寻优与优化成果标准化。建立操作寻优系统寻找最佳工况进而建立标杆值数据库,利用耗差系统实现对运行操作量化考评、通过绩效评价将运行优化成果固化;建立寻优计算系统用于建立与完善标杆值数据库。标杆值数据库数据库的建立是基于生产实际,它依据机组工况边界自动提供最佳工况(即标杆工况),通过生产数据采集,实际工况与标杆工况会出现偏差,通过耗差分析系统可以自动计算出这个偏差对机组经济性的影响大小(即操作耗差),通过绩效考评手段,通过操作耗差实现量化评价,激励实际工况向标杆工况靠拢。
       2.系统整体构架。
       系统包括了标杆值数据库、寻优计算辅助系统、运行绩效考评系统、耗差分析与性能计算系统。标杆值数据库依据机组边界条件自动展示最佳工况标杆值,为运行人员操作提供引导;寻优计算辅助系统是通过机组运行试验、OOS系统报表功能进行寻优辅助计算,为标杆值数据库的建立与持续优化提供便利;运行绩效考评系统攘括了发电部运行日常管理,将部门绩效分解至每位员工与人力资源绩效管理对接,激励员工向最优靠拢。值班员对操作拟合度负责,技术管理人员对标杆操作方式的先进行负责;耗差分析与性能计算系统是OOS的基础,为寻优计算、绩效考评提供数据支撑。
       3.操作寻优方法及标杆值数据库建设方法。
       “最优”工况的定义:综合考虑安全、环保和经济等边界因素,实现系统的稳定性和可持续性的工况为最优工况,最优工况为实际存在的工况。
       机组工况的“最优”,是在保证安全环保的前提下,使得机组的经济水平最高。通过分析现状可知,要寻找真正的“最优”并加以实现,必须统一运行调整中的具体操作,找到一定的边界条件下,哪种操作组合能使机组处于“最优”工况,再通过合理的手段真实评估实际操作对机组经济性的影响,与之配套建设运行绩效管理制度,从而激励运行人员操作向最优靠拢。
       标杆值数据库的建设方法是基于6西格玛管理思想,应用数学统计分析AppMINITAB工具,进行因子筛选和回归分析。首先定义机组工况边界消除不可控噪音,利用不同边界组合形成目录,制定最优试验策略。然后,筛选出对机组经济性影响大、流程能力差的中间变量;通过机组运行试验,利用数学统计回归的方法找出中间变量与影响这些中间变量的可控因子的关系;最后再通过机组运行试验,找出不同边界条件下的“最优”工况,这个工况下的各可控因子即为标杆值数据库中的标杆值,作为操作引导和绩效考评的依据,不同边界条件下的标杆工况组合构成了标杆值数据库。
       4.系统建设步骤。
       (1)确定边界建立边界工况索引。
       首先需要设定边界,不同的边界对于机组运行产生不同的控制策略。安全、环保边界是基本前提,寻找“最优”工况都是在这个基本前提下进行的,除此之外还有煤种边界、负荷边界、设备边界等,通过边界条件的设定来消除不可控噪音。
       (2)因子初步筛选。
       为获得对影响机组经济性流程的清晰认识,需要利用流程图找出影响机组煤耗Y的各子步骤输入因子x。为消除寻找x与Y关系时的不可控噪音,以及方便后续主要可控因子的筛选,引入了中间变量y。这里输入因子x对应具体操作,中间变量y则对应能影响到机组煤耗计算的运行指标,通过多次“分层研究”,找到煤耗大指标Y、中间变量y与各输入因子x的对应关系。
       (3)利用中间变量筛选出关键可控因子。
       按照六西格玛管理思想,需要辨别影响机组煤耗Y的各输入因子x的优先次序,从而分清主次,有的放矢。借助中间变量y进行筛选时,除了比较各指标单位变化对煤耗的影响外, 统计大量的机组运行数据,利用MINITAB工具中的中间变量移动极差图,来分析中间变量y在实际运行操作中的波动范围,两者结合综合评估对煤耗Y的影响程度,据此结果利用柏拉图挑选出对煤耗影响较大(累积值<80%)的关键中间变量。根据可控因子与中间变量的对应关系,筛选出关键的中间变量和主要可控因子。
       (4)建设性能计算与耗差分析模块App。
       (5)组织机组运行试验。
       通过机组运行试验得出主要可控因子与煤耗关系,利用寻优计算辅助系统对统计的数据进行寻优计算建立标杆值数据库。
       (6)建设运行绩效评价体系。
       5.系统功能先容。
       App系统主要包括:系统88必发娱乐、性能计算与耗差分析、操作引导与操作考评、KPI考评、寻优计算辅助及App后台设置等几部分。(各画面应用对象)系统88必发娱乐:部门企业领导层;性能计算与耗差分析:技术管理人员;操作引导与操作考评:运行值班人员;KPI考评:发电部各位员工;寻优计算辅助系统:技术管理人员;App后台设置:App维护信息管理人员。
       (1)重要参数展示。
       机组重要参数、性能计算与耗差分析结果通过柱状图、图表、饼图等直观方式展示展示全厂机组煤耗指标运行情况;应用最新的svg和js控件技术,实现关键经济指标的多维度对比分析,App系统稳定、浏览速度快捷,避免了类似SIS系统处于废置状态的窘况。
       (2)性能计算与耗差系统分析。
       1)性能计算与耗差分析模块具有数据预处理功能,能够自动筛选数据坏点并进行相应的拟合替换,保证性能计算与耗差分析的连续性、稳定性,使此系统更加有引导意义。
       2)性能计算与耗差分析模块数据重算功能,在考评系统中可剔除因设备异常等引起的参数异常时间段数据并将重算前后数据均保存在数据库,这样保证了对操作员考评的公平合理。
       3)依据工况边界的变化采用动态基准值,使耗差分析系统更加准确合理。
       (3)操作引导与操作考评。
       1)可控因子依据标杆值数据库实时展示为运行人员提供引导。
       2)经济I考评结果能够实时计算并展示,个人监盘及班组监盘报表实时展示,便于了解个人及班组监盘情况。
       3)安全、环保量化指标考核通过参数越限实现,实时统计,方便查询,并有相应的免考核申请机制,达到异常障碍标准自动提交至相应技术管理人员。
       (4)KPI考评。
       1)KPI考评依据绩效管理办法将部门分解至每位员工,基本满足发电部日常管理功能要求,按照相关管理制度实现实时在线考评。
       2)实现不同岗位,不同个人的考评得分实时查询,对于有异议的考评结果具有复议功能。
       (5)寻优计算辅助系统及标杆值数据库。
       1)可扩展的标杆值数据库,边界条件、可控因子、中间变量均可扩展,使系统兼容性和拓展性更强,避免了因设备改造、App完善升级等原因导致系统重建。
       2)寻优计算及分析是基于大量的试验或者生产历史数据,并且计算较为复杂繁琐,寻优计算辅助系统通过数据统计功能,可依据技术人员的要求,自动采集要求时间段内规定的生产参数进行相应的数据导出、耗差计算,从而大大减轻技术人员寻优工作。
       三、创新点先容
       1.创造性的建立了全新的火电厂优化运行评价系统及其方法。
       OOS系统以真实评价运行值班员操作水平、为运行值班员操作提供引导、持续优化、激励运行值班员向最优靠拢为建设目标。该系统中经济指标的考评由传统的对中间变量的考评延伸到对运行操作(因子)的考评,建立了新型的耗差分析系统用于对运行值班员的操作进行评价;该系统建立了不同工况条件下的操作因子标杆值数据库,用于引导运行值班员操作、同时作为运行值班员操作水平考评基准;该系统建立了相应的KPI考评体系激励运行值班员向最优靠拢,通过岗位分层将部门关键绩效有效的分解到每位员工,取消了原有小指标竞赛运行班组值际排名的办法。
       2.建立了新型的耗差分析系统。
       新型的耗差分析系统以运行操作作为分析指标,通过数学统计回归的办法找到运行操作因子与机组煤耗的关系。
       3.建立获得最优可控因子的试验系统及方法。
       有别于传统的工况寻优,新的试验方法对“最优”进行了重新定义——在一定的边界条件下,提高整个系统的抗干扰能力,综合考虑安全、环保和经济等边界因素,实现系统的稳定性和可持续性,从而最终达到长时间下的系统“最优”。“最优”工况是机组实际存在的,而非设计工况或者不稳定的最经济工况。试验系统设计了因子筛选办法、噪音消除办法、因子试验办法。
       4.制定了新的衡量指标对煤耗的影响程度办法。
       传统衡量指标对煤耗的影响程度主要是基于理论计算中该指标对供电煤耗影响大小来衡量的即用该项指标的单位耗差值来衡量。新的衡量办法是利用统计工具,机指标在实际运行中的波动范围即6倍标准差(6σ),用这个波动范围与该项指标的单位耗差乘积得到的结果作为衡量该项指标对煤耗的影响程度。
       5.采取动态基准值建立标杆值数据库。
       传统的耗差分析系统通常采取的是静态基准值,分析的指标也是中间变量(小指标),多采取设计值、额定值、额定负荷下的实验值,不仅不适用于不同工况,而且这些基准值的组合并不能实际工况中同时实现。新的耗差分析系统通过机组运行试验得出实际工况中存在的真实值作为基准值,应用于中间变量与可控操作因子,利用边界分层建立不同边界工况下的基准值,建立动态的标杆值数据库。这样在不同的机组运行工况下采用动态基准值,使耗差分析更为科学、合理。
       OOS系统建设过程中应用了很多新思路、新方法,已累计向国家常识产权局提交了10项专利(5项实用新型专利、5项发明专利)、1项App著作权申请。其中5项实用新型专利和App著作权均已获得授权,发明专利处于审批阶段。
       四、应用成效
       1.管理价值。
       (1)火电厂发电部绩效指标分解到每个员工,公平合理。传统的管理方法是绩效分解至运行值,值内员工统一指标,新的运行KPI管理办法按岗位职责将绩效分解至个人。
       (2)废除排名高低决定得分高低的小指标竞赛管理办法,新的考评体系中经济绩效得分不会依据排名的高低来决定得分高低,而是以运行人员操作是否符合标杆值数据库中的标杆值来评价。这样既激励的运行人员向最优靠拢,又避免了值际恶性竞争。
       (3)标杆值数据库引导运行操作,约束了运行人员不规范操作,使运行人员操作更具明确性。避免了运行人员为了某项小指标的高得分采取不合理不经济的运行方式牺牲了机组整体的经济性;同时避免不同运行人员操作方法不明确,不清楚如何操作才是最优工况。
       (4)机组运行优化试验结果得到有效应用。标杆值数据库中的标杆值来源于机组运行优化试验,是实际存在可实行的。通过机组运行优化试验得出机组稳定、经济、安全、环保的操作方法,然后将各操作因子标杆值录入标杆值数据库用于运行操作人员的考评、引导。
       2.经济价值。
       OOS系统将机组运行优化成果通过标杆值数据库有效的应用到了生产实际,激励运行人员向最优的运行工况靠拢,机组运行避免了参数波动引起的浪费,产生了明显的经济效益。通过针对机组运行寻优,机组供电煤耗2×330MW机组降低约2.11g/(kW•h)、2×1000MW机组降低约4.05g/(kW•h),优化成果标准化后以2×330MW机组全年发电量30亿千瓦时、2×1000MW机组全年发电量80亿千瓦时计算,共可节约标煤3.873万吨,按照本年度标煤单价660元/吨计算,共产生经济效益约2556.18万元。
       3.社会价值。
       火力发电企业既是为社会提供优质清洁能源的大型能源生产企业,又是一个能源消耗和污染排放的大户,是节能减排工作的重点领域。OOS系统从约束运行操作着手,实现“节能减排”与“经济效益”的和谐统一。按照2014年华润电力湖北有限企业一期、二期全年发电量110亿千瓦时计算,共减少向大气排放二氧化碳约16.355万吨。
       4.应用推广价值。
       OOS系统具有很强的推广价值。对于坑口电站、进煤结构简单、机组负荷稳定(边界条件稳定)的火电厂尤为适用;进煤结构复杂的电厂在建立数字化煤场的基础具有很强的适用性。(主创人员:罗家林、王加林、王志军、姚登锋、黎俊飞、李锋平、李艳兵)

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