專利名稱：具有空氣冷卻式冷凝器的發(fā)電廠的優(yōu)化控制的制作方法
具有空氣冷卻式冷凝器的發(fā)電廠的優(yōu)化控制技術(shù)領(lǐng)域
本專利大體上涉及用于控制設(shè)施廠或發(fā)電廠操作的控制系統(tǒng)，并且更具體地 說，涉及執(zhí)行包括空氣冷卻式冷凝器的設(shè)施廠或發(fā)電廠的最優(yōu)控制的控制系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
發(fā)電廠或設(shè)施廠使用許多不同類型的發(fā)電方法中的任意一種來產(chǎn)生電，并且典 型地基于它們用來產(chǎn)生電力的原始能量的類型來分類。發(fā)電方法包括，例如，熱、核、 風(fēng)和水電能轉(zhuǎn)換方法，等等。盡管使用這些各種不同類型的發(fā)電方法的電設(shè)施廠利用不 同的實(shí)現(xiàn)技術(shù)來操作，但是這些廠總是在可應(yīng)用于運(yùn)用的特定方法的一組約束下操作。 例如，熱發(fā)電機(jī)的電輸出是鍋爐中產(chǎn)生的熱的量的函數(shù)，其中熱的量由每小時(shí)燃燒的燃 料的量和類型決定。核電站的輸出同樣取決于對核裂變反應(yīng)的控制，其使用控制桿以抑 制裂變過程，以便產(chǎn)生期望水平的輻射和因此的熱。在大多數(shù)情況下，在由約束允許的 可能的操作特性范圍內(nèi)對于廠的特定操作特性的控制能夠被實(shí)施，以便以更為優(yōu)化的方 式來運(yùn)行廠，使得最大化廠內(nèi)的發(fā)電效率，最小化操作廠的成本，等等。然而，在許多 情況下，如此優(yōu)化被至多以特定的形式實(shí)施。
基于熱的發(fā)電廠是設(shè)施發(fā)電廠的最普遍的類型。如已知的，熱發(fā)電機(jī)的輸出取 決于燃燒燃料所使用的鍋爐的傳熱效率。尤其是，燃料燃燒的電力發(fā)電機(jī)典型地通過燃 燒燃料以從經(jīng)過鍋爐內(nèi)的許多管道和管的水產(chǎn)生蒸汽來操作。這里，蒸汽被用于驅(qū)動一 個(gè)或多個(gè)蒸汽渦輪機(jī)，蒸汽渦輪機(jī)則產(chǎn)生電能。為了最大化熱過程中產(chǎn)生的熱的利用， 設(shè)施廠鍋爐典型地包括級聯(lián)的熱交換器部分，其中來自一個(gè)熱交換器部分的熱進(jìn)入接著 的熱交換器部分。在這些類型的廠(即，使用鍋爐或其他類似的蒸汽產(chǎn)生技術(shù)的發(fā)電廠) 中遇到的影響廠的效率的約束的一個(gè)示例包括在鍋爐的最終過熱器和再熱器出口處使用 的蒸汽溫度的設(shè)定點(diǎn)。典型地，這些設(shè)定點(diǎn)保持恒定，并且必須將蒸汽溫度維持在接近 于在所有負(fù)荷水平下的窄范圍內(nèi)的設(shè)定點(diǎn)的這些點(diǎn)，而不管流向鍋爐的燃料流量。事實(shí) 上，在電設(shè)施鍋爐的操作過程中，對蒸汽溫度的控制是關(guān)鍵的，因?yàn)殡x開鍋爐并進(jìn)入蒸 汽渦輪機(jī)的蒸汽的溫度處于最佳期望的溫度是重要的。如果蒸汽溫度太高，則可能因?yàn)?各種冶金原因而產(chǎn)生對蒸汽渦輪機(jī)的葉片的損壞。另一方面，如果蒸汽溫度太低，則可 能包含同樣可能損壞蒸汽渦輪機(jī)的部件的水質(zhì)點(diǎn)。在這些類型的發(fā)電廠中，對蒸汽溫度 的控制通常是通過在最終熱交換器部分，即，就位于蒸汽渦輪機(jī)之前的熱交換器部分， 之前的位置將飽和水噴入蒸汽流體來實(shí)現(xiàn)。各種溫度傳感器被設(shè)置在熱交換器部分中和 熱交換器部分之間，以測量蒸汽溫度，并且測量的蒸汽溫度被用于確定進(jìn)行噴灑的飽和 水的量。然而，典型地通過以在使用最少量的燃料時(shí)將蒸汽溫度保持在期望設(shè)定點(diǎn)的方 式控制流向鍋爐的燃料流量和在熱交換器部分內(nèi)噴水能夠最優(yōu)化廠的操作。
不管怎樣，如以上所述，熱以及核設(shè)施廠一般實(shí)施蒸汽循環(huán)，在該蒸汽循環(huán) 中，蒸汽在鍋爐或者核反應(yīng)容器中產(chǎn)生并且被提供到一個(gè)或多個(gè)蒸汽渦輪機(jī)。在大多數(shù) 情況下，管道將離開渦輪機(jī)的蒸汽引到一個(gè)或多個(gè)冷凝器，該一個(gè)或多個(gè)冷凝器冷卻蒸汽，使得其回到液體形式，并且此液體隨后被返回到鍋爐或其他蒸汽發(fā)生器中，并且在 鍋爐或其他蒸汽發(fā)生器中再加熱。許多不同類型的冷凝器能夠被用于冷卻蒸汽，且最普 通或流行的類型的冷凝器為水冷式冷凝器，例如在許多直流水冷卻系統(tǒng)或封閉再循環(huán)水 冷卻系統(tǒng)中使用的冷凝器。在大多數(shù)直流水冷卻系統(tǒng)中，外部冷卻水，例如海水、河水 或湖水被用泵抽吸通過冷凝器內(nèi)的熱交換器。來自蒸汽的熱被轉(zhuǎn)移到熱交換器內(nèi)的冷卻 水，并且冷卻水隨后被返回到海洋、河、湖或其被取出的其他的源。在封閉再循環(huán)水冷 卻系統(tǒng)中，離開冷凝器的冷卻水被用泵抽吸到，例如蒸發(fā)單元，其中水被冷卻并且被再 循環(huán)回到冷凝器中的熱交換器。
如已知的，在使用水冷式冷凝器系統(tǒng)的發(fā)電廠中使用的新水或新鮮水的大部分 被使用在冷凝器冷卻循環(huán)中。事實(shí)上，使用直流冷卻的許多老的發(fā)電廠加熱大量的水， 并且隨后將帶有少量體積損失的該水返回到河、湖或海洋。不幸的是，水通常是有限的 或稀有的資源，而因此在任何特定的發(fā)電廠位置可能不能充足地供應(yīng)。許多國家，例 如中國，非常關(guān)心緊張的供水，并且在這些類型的發(fā)電廠中具有非常有限的用水。在 一些區(qū)域中，尤其是干旱而且貧瘠的區(qū)域，對湖和河水的使用被嚴(yán)格地監(jiān)管，而因此在 發(fā)電廠冷卻系統(tǒng)中使用大量的新鮮水可能是不可能的或可能是非常昂貴的。另外，直 流水冷卻系統(tǒng)，盡管因?yàn)樗鼈儗⒋蟛糠值乃祷氐皆炊姆浅Ｉ俚乃侨匀患訜?了水，這在許多情況下會導(dǎo)致不期望的環(huán)境影響。例如，2002EPRI報(bào)告發(fā)現(xiàn)，在燃燒 礦物燃料、生物質(zhì)或廢物的廠處的典型的直流水冷卻系統(tǒng)需要收回20,000到50,OOOgal./ MWh (加侖每兆瓦小時(shí))，而其只消耗(損失)300gal./MWh。但是，由直流水冷卻系統(tǒng) 收回的大量的水能夠夾帶和撞擊水生生物，并且將熱釋放到地表水，這可能具有不利的 生態(tài)效應(yīng)。結(jié)果，大多數(shù)美國司法現(xiàn)在不鼓勵(lì)或禁止對使用直流水冷卻系統(tǒng)的新發(fā)電廠 的建設(shè)。
因此，越來越多的新發(fā)電廠被設(shè)計(jì)成使用閉環(huán)(再循環(huán))冷卻系統(tǒng)，其中再循環(huán) 水被用于冷卻冷凝器中的蒸汽，并且隨后其自身利用，例如，蒸發(fā)過程來冷卻。然而， 因?yàn)樵傺h(huán)冷卻系統(tǒng)通過塔或冷卻池中的蒸發(fā)來冷卻，所以它們比直流冷卻系統(tǒng)消耗更 多的水。盡管水收回和消耗的實(shí)際比率取決于發(fā)電技術(shù)和與特定廠相關(guān)的特定環(huán)境條 件，但是根據(jù)2002EPRI報(bào)告，典型的使用閉環(huán)冷卻系統(tǒng)的廠需要僅500到600gal./MWh 的收回，而蒸發(fā)損失480gal./MWh。
盡管取得冷卻水并將冷卻水運(yùn)送到這些類型的廠的成本能夠改變，但是此成本 不是不重要的。而且，在再循環(huán)冷卻系統(tǒng)中，處理和處置冷卻水的成本廣泛地變化，取 決于使用的原水的特性。例如，地表水可適合利用最少的處理來冷卻，或者可能只需要 去除懸浮的固體。盡管來自廢水處理廠的流出物，其典型地被處理以使其適合于排出， 通常具有相當(dāng)高的質(zhì)量，但是營養(yǎng)物和細(xì)菌可能限制廢水在冷卻系統(tǒng)中的使用，除非這 樣的水在發(fā)電廠中被預(yù)處理。甚至淡的地下水能夠具有能夠變成水垢的高濃度的溶解固 體，除非它們在閉環(huán)冷卻系統(tǒng)中被預(yù)處理去除。來自海洋或沿海區(qū)的鹽水同樣需要處理 和/或使用特定的防腐材料以使其適合在發(fā)電廠中使用。來自煤和油生產(chǎn)的降級的水可 能在廠冷卻系統(tǒng)的使用中是可利用的，但是這些類型的水具有非常高的預(yù)處理要求。例 如，對于從已用過的煤礦抽取的水，低pH值是一問題，而油和氣井操作的廢水能夠具有 高等級的鹽、硅石和硬度。因此，許多水源必須被預(yù)處理，以在再循環(huán)水冷卻系統(tǒng)中使用。而且，因?yàn)樵傺h(huán)冷卻水還聚集冷卻塔或冷卻池中的溶解成分，所以這樣的水如果 要被排放到地表水的話，可能需要后處理。
不管怎樣，因?yàn)樗谧兂上∪鄙唐?，并且在再循環(huán)冷卻系統(tǒng)中使用水能夠是 昂貴的，所以廠設(shè)計(jì)者正在越來越多地考慮直接干式冷卻系統(tǒng)，也稱作空氣冷卻式冷凝 器。一般來講，直接干式冷卻系統(tǒng)在一組翅管內(nèi)冷凝渦輪機(jī)排汽，其被環(huán)境空氣而不是 地表水或再循環(huán)水外部地冷卻。在這些干式冷卻系統(tǒng)中，環(huán)境空氣在冷凝器內(nèi)循環(huán)，以 便使用自然通風(fēng)系統(tǒng)或使用電風(fēng)扇來實(shí)施冷卻。
自然通風(fēng)系統(tǒng)使用能夠超過例如300英尺高的、其底部設(shè)置有一系列的熱交換 器的雙曲線塔。在此系統(tǒng)中，環(huán)境空氣進(jìn)入塔的底部外圍，越過熱交換器元件。加熱 的空氣在塔內(nèi)自然地上升，這在塔的底部產(chǎn)生通風(fēng)，使得在塔的底部吸入更多的冷空 氣。重要的是，不需要風(fēng)扇。但是，大型的雙曲線塔使得自然通風(fēng)選擇成為生態(tài)位應(yīng)用 (nicheapplication)，并且此類型的冷卻系統(tǒng)典型地只能夠被經(jīng)濟(jì)地使用在小發(fā)電廠位置。
另一個(gè)更為熟悉的直接干式冷卻設(shè)計(jì)包括使用空氣冷卻式冷凝器，空氣冷卻式 冷凝器使用驅(qū)動環(huán)境空氣通過冷凝器的翅管結(jié)構(gòu)的電馬達(dá)驅(qū)動的風(fēng)扇來操作。因?yàn)榇祟?型的冷凝器系統(tǒng)能夠被用在幾乎任意位置而沒有塔的附隨成本，所以世界上約90%的干 式冷卻的發(fā)電廠使用帶有機(jī)械通風(fēng)，即電風(fēng)扇，的空氣冷卻式冷凝器。而且，這些類型 的空氣冷卻式冷凝器已經(jīng)被用在聯(lián)合循環(huán)廠和大型礦物燃料廠上。
當(dāng)被設(shè)計(jì)時(shí)，特定廠的電驅(qū)動的空氣冷卻式冷凝器根據(jù)在廠內(nèi)或在廠處希望的 最大設(shè)計(jì)條件、最高載荷指數(shù)和最嚴(yán)峻的環(huán)境條件(例如，最高的溫度)來制定尺寸。 在這些條件下，典型地需要運(yùn)行空氣冷卻式冷凝器的所有風(fēng)扇，以在冷凝器內(nèi)實(shí)施必要 的冷卻。然而，空氣冷卻式冷凝器的風(fēng)扇在某種程度上可以是可控制的。例如，空氣 冷卻式冷凝器的風(fēng)扇可被設(shè)計(jì)并且安裝有變頻驅(qū)動器(VFD)，以便能夠連續(xù)地改變風(fēng)扇 的速度，或者這些風(fēng)扇可被安裝成能夠運(yùn)行在兩個(gè)或多個(gè)固定速度下以允許調(diào)低風(fēng)扇的 固定速度風(fēng)扇。但是，存在單一速度風(fēng)扇，因?yàn)樗鼈儺a(chǎn)生較低的安裝成本，這有時(shí)成為 廠設(shè)計(jì)者唯一關(guān)切的事。不管怎樣，如果單一速度、多速或連續(xù)可變速度風(fēng)扇被用在廠 內(nèi)，那么以不同于設(shè)計(jì)的最大負(fù)荷條件的任意特定的情況運(yùn)行風(fēng)扇以及運(yùn)行這些風(fēng)扇以 在再循環(huán)系統(tǒng)內(nèi)獲得適當(dāng)冷卻的速度的最佳組合一般不知道并且不能輕易地預(yù)測，因?yàn)?其包括求解決冷卻系統(tǒng)的操作空間中的難以找到的多維點(diǎn)。而且，改變在冷凝器系統(tǒng)內(nèi) 運(yùn)行的風(fēng)扇的速度和數(shù)量可以改變蒸汽渦輪機(jī)處的背壓，使得產(chǎn)生小于期望或設(shè)計(jì)的熱 耗率，該熱耗率典型地被用作對廠效率的衡量。
因此，盡管使用電動的空氣冷卻式冷凝器的設(shè)施廠被設(shè)計(jì)成具有足夠多的風(fēng)扇 以在全負(fù)荷下和在最差環(huán)境條件下(例如，最高的環(huán)境溫度、最差的濕度，等等)操作， 但是操作者一般不具有判斷在較低然后最大的負(fù)荷下和/或在最有利的環(huán)境條件下要使 用多少風(fēng)扇以及要以什么速度運(yùn)行風(fēng)扇的任何能力。結(jié)果，為了安全，操作者往往會運(yùn) 行所有的風(fēng)扇或做出關(guān)于在小于全負(fù)荷條件下要運(yùn)行多少風(fēng)扇的保守的猜測。不幸的 是，運(yùn)行空氣冷卻式冷凝器的電風(fēng)扇會使用電能(由廠產(chǎn)生的)，并且因此減少電廠的最 終輸出，從而增加了正在實(shí)施的發(fā)電成本。因此操作空氣冷卻式冷凝器的標(biāo)準(zhǔn)方法典型 地導(dǎo)致比可能的效率低的廠，使得對于給定的能量輸出導(dǎo)致要運(yùn)行廠的成本較高。結(jié)合 冷凝器損耗是蒸汽循環(huán)設(shè)施發(fā)電廠中最大可控制的損耗之一的事實(shí)與用于冷凝器冷卻循環(huán)的循環(huán)水是發(fā)電廠的水的最大使用者的事實(shí)以及水通常是稀缺商品的事實(shí)，產(chǎn)生了對 于更好地優(yōu)化使用空氣冷卻式冷凝器的發(fā)電廠的需要。發(fā)明內(nèi)容
用于使用基于風(fēng)扇的空氣冷卻式冷凝器的設(shè)施廠的一種優(yōu)化和控制系統(tǒng)結(jié)合空 氣冷卻式冷凝器的操作來控制廠處的發(fā)電系統(tǒng)的操作，以便以更佳的操作點(diǎn)來運(yùn)行發(fā)電 廠，例如，以最小化或減少每單位由廠產(chǎn)生的有用能例如每千瓦小時(shí)的成本。優(yōu)化和控 制系統(tǒng)包括具有確限定廠的最佳操作點(diǎn)的一組控制變量的值的數(shù)值解算器的優(yōu)化器和在 將這些設(shè)置提供到廠控制器之前監(jiān)視和修改控制變量設(shè)置的專家系統(tǒng)。專家系統(tǒng)的輸出 被提供到廠控制器，廠控制器隨后控制廠以如由優(yōu)化器限定的最佳點(diǎn)運(yùn)行。在一個(gè)實(shí)施 方式中，優(yōu)化器內(nèi)的數(shù)值解算器使用目標(biāo)函數(shù)和一個(gè)或多個(gè)廠設(shè)備模型來確定廠的最好 或最佳操作點(diǎn)，以便，例如，最小化由廠產(chǎn)生的每千瓦小時(shí)的成本或者最小化諸如蒸汽 能的其他有用能的生產(chǎn)成本。作為確定最佳廠操作點(diǎn)的一部分，數(shù)值解算器可以結(jié)合在 鍋爐或其他熱過程中要燃燒的燃料的量、蒸汽渦輪機(jī)的輸入處的蒸汽的期望溫度等等、 當(dāng)前在廠處經(jīng)受的特定環(huán)境條件下(例如，溫度、濕度，等等)產(chǎn)生給定量的功率(負(fù)荷 需求)所需要的所有來確定在廠的空氣冷卻式冷凝器內(nèi)要運(yùn)行的風(fēng)扇的數(shù)量和/或在空氣 冷卻式冷凝器中要使用的風(fēng)扇的速度。專家系統(tǒng)可以通過基于，例如，風(fēng)扇的可使用性 或運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)、風(fēng)扇和風(fēng)扇馬達(dá)的磨損等等確定在任意特定的時(shí)間要實(shí)際地使用哪些風(fēng)扇 來使用或修改這些輸出。專家引擎隨后可以將這些修改的輸出提供到控制器，該控制器 控制廠以便以如由優(yōu)化器的輸出指定的或與優(yōu)化器的輸出有關(guān)的最佳操作點(diǎn)操作。
在一個(gè)實(shí)施方式中，優(yōu)化器可以利用廠的模型以響應(yīng)于不同的各組控制輸入來 建模和仿真廠的操作以便確定哪組控制輸入導(dǎo)致廠的最佳性能，如由目標(biāo)函數(shù)衡量的， 來確定最佳操作點(diǎn)。代替或附加地，優(yōu)化器可以使實(shí)際的廠控制器以不同的方式或者使 用不同的控制設(shè)定點(diǎn)和操作參數(shù)來控制廠，并且隨后測量這些不同設(shè)置的效果。優(yōu)化器 隨后可以使用測量的廠反饋來確定廠的最佳操作。如果需要，優(yōu)化器可以存儲對于各種 不同的發(fā)電廠功率輸出、環(huán)境條件等等的之前確定的最佳操作點(diǎn)，并且當(dāng)響應(yīng)于例如， 負(fù)荷需求或一個(gè)或多個(gè)環(huán)境條件上的改變、響應(yīng)于廠設(shè)備的降級等等而為廠確定新的最 佳操作點(diǎn)時(shí)，可以將這些之前確定的最佳操作點(diǎn)作為起始位置來使用。


圖1示出了使用空氣冷卻式冷凝器的電力發(fā)電系統(tǒng)的鍋爐蒸汽循環(huán)的方框圖2示出了圖1的系統(tǒng)中使用的空氣冷卻式冷凝器中的一個(gè)的示例的示意和機(jī)械 簡圖3示出了例如圖1中的電力發(fā)電系統(tǒng)的示意性簡圖，其具有連接到監(jiān)控控制器 和優(yōu)化器的部件；
圖4示出了圖3的優(yōu)化器的方框圖；以及
圖5示出了由圖4的優(yōu)化器實(shí)施的優(yōu)化循環(huán)的操作的流程圖。
具體實(shí)施方式
現(xiàn)在參照圖1，典型的能量產(chǎn)生系統(tǒng)10的蒸汽循環(huán)的方框圖包括蒸汽發(fā)生器12 和產(chǎn)生有用能18的蒸汽消耗器14 (典型地以蒸汽渦輪機(jī)的形式)。蒸汽消耗器14在閉合 的再循環(huán)回路16中連接到一組電風(fēng)扇操作的空氣冷卻式冷凝器20。可由用于運(yùn)送蒸汽 和水的合適的管道和導(dǎo)管組成的再循環(huán)回路16還包括將冷凝器20中形成的液體(例如， 水)返回到蒸汽發(fā)生器12的一個(gè)或多個(gè)鍋爐進(jìn)給泵22。
盡管蒸汽發(fā)生器12于此被描述成利用熱原理(例如，通過燃燒燃料諸如石油、 廢燃料、生物質(zhì)、木片，等等)操作以將水轉(zhuǎn)變成蒸汽的鍋爐系統(tǒng)，但是代替或除鍋爐 系統(tǒng)以外，可以使用其他類型的蒸汽發(fā)生器。例如，蒸汽發(fā)生器12可以是化石燃料鍋爐 (例如，煤)、聯(lián)合循環(huán)熱回收蒸汽發(fā)生器(HRSG)或者甚至核蒸汽發(fā)生器。而且，雖然 蒸汽消耗器14于此被描述成產(chǎn)生，例如，有功功率、無功功率或兩者的任意期望的組合 的形式的電功率的蒸汽渦輪機(jī)，但是作為代替可以使用其他類型的蒸汽消耗器來產(chǎn)生其 他類型的有用能，包括，例如，產(chǎn)生工藝蒸汽的工藝蒸汽設(shè)備。
不管怎樣，在操作期間，蒸汽發(fā)生器12加熱由鍋爐進(jìn)給泵22抽吸的液體(典型 地水)以產(chǎn)生蒸汽。此蒸汽被提供到蒸汽消耗器14，蒸汽消耗器14在這種情況下是蒸汽 渦輪機(jī)。蒸汽使蒸汽渦輪機(jī)14以許多熟知的方式中的任意一種產(chǎn)生電。流出蒸汽渦輪 機(jī)14的蒸汽通過再循環(huán)回路16中的一系列的管道或?qū)Ч芴峁┑揭唤M空氣冷卻式冷凝器單 元20中的一個(gè)或多個(gè)，在一組空氣冷卻式冷凝器單元20中的一個(gè)或多個(gè)中，蒸汽被冷凝 回到液體形式。一般來講，蒸汽在這些單元的頂部處進(jìn)入空氣冷卻式冷凝器單元20 (如 圖1所示)，在冷凝器單元20中的熱交換器23內(nèi)被轉(zhuǎn)換回到液體形式，并且被收集在設(shè) 置在空氣冷卻式冷凝器20的底部處的一組液體收集引流管、箱或管道M中。鍋爐進(jìn)給 泵22隨后將該液體抽回到蒸汽發(fā)生器12，用于在蒸汽循環(huán)中的再使用。如將要理解到 的，冷凝器單元20中的每個(gè)包括電動的風(fēng)扇25，電動的風(fēng)扇25抽取環(huán)境空氣通過冷凝器 單元20的熱交換器23，以便冷卻在冷凝器單元20內(nèi)流動的蒸汽。
圖2更詳細(xì)地示出了圖1的空氣冷卻式冷凝器單元20中的一個(gè)的示例性實(shí)施方 式。一般來講，蒸汽通過設(shè)置在空氣冷卻式冷凝器單元20的頂部處的運(yùn)送管道或?qū)Ч?26運(yùn)送到空氣冷卻式冷凝器單元20。管道或?qū)Ч苌蚩梢允菆D1的再循環(huán)回路16的一部 分，并且可連接到圖1的再循環(huán)回路16。蒸汽隨后在一系列的管觀中被向下傳遞經(jīng)過 空氣冷卻式冷凝器20的熱交換器部分23，所述一系列的管觀上具有散熱片。構(gòu)成熱交 換器23的翅管結(jié)構(gòu)被布置成大致A形狀的配置，如圖2所示。熱交換器部分23的一部 分的放大的剖切圖在圖2中被示出，以描述具有管觀和在管觀上的散熱片的一種可能的 熱交換器設(shè)計(jì)。然而，在熱交換器23內(nèi)使用其他的管和散熱片結(jié)構(gòu)是可能的。無論如 何，散熱片被暴露到環(huán)境空氣，并且形成具有大量的表面面積的散熱器。散熱片因此運(yùn) 作以散去在經(jīng)過管觀的蒸汽中的熱。尤其是，當(dāng)蒸汽向下流進(jìn)管觀內(nèi)部時(shí)，由于越過 管觀的外部翅片表面抽取的環(huán)境空氣的冷卻效果，蒸汽凝結(jié)。位于A形狀框架的底部部 分處的風(fēng)扇25運(yùn)轉(zhuǎn)以抽取環(huán)境空氣穿過由翅管觀形成的熱交換器結(jié)構(gòu)23。冷凝物從管 28排進(jìn)冷凝歧管四中，并且隨后在被用泵抽吸回到圖1的鍋爐之前排到冷凝箱(在圖2 中未顯示)。因此，在圖2中，蒸汽在管觀的頂部處進(jìn)入空氣冷卻式冷凝器20，向下流 動通過管觀，并且在管28內(nèi)冷凝回到水。水被留存在熱交換器部分23的底部處的歧管10四中，從歧管四，水被用泵抽吸回到鍋爐。
在操作期間，重要的是，通過由電動馬達(dá)32提供動力的風(fēng)扇25的運(yùn)轉(zhuǎn)，在管觀 的周圍并且穿過設(shè)置在管觀上的散熱片而抽取環(huán)境空氣。尤其是，馬達(dá)32驅(qū)動或轉(zhuǎn)動 風(fēng)扇25的葉片，葉片抽取環(huán)境空氣穿過并且越過設(shè)置在管觀上的散熱片。當(dāng)環(huán)境空氣 經(jīng)過管觀的散熱片時(shí)，此空氣吸收散熱片中的熱，并且因此從流動通過管觀的蒸汽去除 熱。該傳熱操作則使得蒸汽回到液體形式(例如，水)，其在空氣冷卻式冷凝器單元20 的底部處收集在一個(gè)或多個(gè)歧管四中。水隨后流到引流管M(圖1)，并且被泵抽吸到圖 1的蒸汽發(fā)生器12。
在許多情況下，空氣冷卻式冷凝器20在真空下操作，就如同常規(guī)的地表水冷凝 器做的一樣?？諝夂推渌豢衫淠臍怏w從多個(gè)源進(jìn)入蒸汽，包括通過系統(tǒng)邊界的泄 漏、以及從蒸汽渦輪機(jī)。不可冷凝的氣體可被排到空氣冷卻式冷凝器20的叫做“第二” 部分的分開部分中，該分開部分連接到將不可冷凝的氣體排放到大氣的真空泵或空氣排 出器(在圖2中未顯示)。一般來講，基本上有兩種類型的熱交換器在如圖2的空氣冷卻 式冷凝器的空氣冷卻式冷凝器中使用，包括單排和多排熱交換器。每個(gè)構(gòu)思具有其自己 的優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)，但是單排設(shè)計(jì)固有地更適合于極端冰凍的環(huán)境條件。一般，也有三種在 市場上可獲取的管形狀，包括圓形的、橢圓形的和扁平的。橢圓形的和扁平形的管是最 復(fù)雜的，并且在幾乎所有的條件下運(yùn)行較好。然而，能使用任意類型的管結(jié)構(gòu)和空氣冷 卻式冷凝器設(shè)計(jì)。散熱片形狀同樣在供應(yīng)商之間變化。一些散熱片類型不易于積垢，并 且機(jī)械上更耐瞬變條件。但是，最好質(zhì)量的散熱片與裸管連接密切，這保證了與發(fā)電廠 的預(yù)期壽命可比的有用的預(yù)期壽命。另一用于空氣冷卻式冷凝器的重要的設(shè)計(jì)因素是用 以形成翅管觀的材料。目前認(rèn)為可靠用于發(fā)電廠中使用的兩種類型的技術(shù)包括釬接于扁 平裸管上并涂有鋁的鋁散熱片以及橢圓形電鍍翅管。
如將要理解到的，空氣冷卻式冷凝器20的馬達(dá)32由與發(fā)電廠相關(guān)的控制器驅(qū) 動，以控制冷凝器20的操作。在一些情況下，閥可以被設(shè)置在空氣冷卻式冷凝器20的 每個(gè)的輸入處，以便將空氣冷卻式冷凝器單元20流體連接或不連接到再循環(huán)回路16，從 而使廠控制器能夠如所期望地使用或不使用特定的冷凝器單元20。替代地或附加地，廠 控制器可以通過控制特定空氣冷卻式冷凝器單元20內(nèi)的風(fēng)扇馬達(dá)32的速度來控制該特定 空氣冷卻式冷凝器單元20的使用。在一些情況下，廠控制器可以通過將特定的冷凝器單 元20的風(fēng)扇馬達(dá)32關(guān)掉來控制該特定的冷凝器單元20不被使用，在這種情況下，空氣 冷卻式冷凝器單元20將不提供冷凝操作或只提供最小限度的冷凝操作。在其他情況下， 控制器除將冷凝器單元20的風(fēng)扇馬達(dá)32關(guān)掉以外，可控制截止閥以從再循環(huán)回路16隔 離冷凝器單元20。
—般來講，廠控制系統(tǒng)可操作風(fēng)扇驅(qū)動的空氣冷卻式冷凝器20，以便基于當(dāng)前 負(fù)荷需要和環(huán)境條件同時(shí)操作所有的冷凝器20 (例如，圖1所示的所有的冷凝器20)，或 者在任意特定的時(shí)間僅僅操作冷凝器20的總數(shù)的子集。典型地，當(dāng)廠以少于最大設(shè)計(jì)負(fù) 荷和/或在好于廠設(shè)計(jì)所針對的最差環(huán)境條件的環(huán)境條件下操作時(shí)，能操作少于所有的 空氣冷卻式冷凝器20的空氣冷卻式冷凝器20。在廠或蒸汽循環(huán)內(nèi)的空氣冷卻式冷凝器 20的實(shí)際操作能夠被以許多方式控制或修改，包括通過控制不同的空氣冷卻式冷凝器20 內(nèi)的風(fēng)扇25的速度和/或通過在任意特定的時(shí)間使用少于所有的空氣冷卻式冷凝器20的空氣冷卻式冷凝器20。例如，空氣冷卻式冷凝器20的總數(shù)的子集能夠在特定的時(shí)間被 運(yùn)行，以便使用少于所有的空氣冷卻式冷凝器20的空氣冷卻式冷凝器20。附加地或替 代地，任意特定的冷凝器單元20的風(fēng)扇25的速度可以被修改或控制，以便改變由該特定 冷凝器單元20執(zhí)行的冷凝的量。在一些情況下，少于所有冷凝器單元20的子集的或所 有冷凝器單元20的風(fēng)扇25可以被操作處于相同的速度，或者替代地，空氣冷卻式冷凝器 20中的不同空氣冷卻式冷凝器的風(fēng)扇可以被操作處于不同的速度，使得不同冷凝器單元 20的不同的風(fēng)扇被不同地操作，以提供不同的冷凝程度。如以上所述，空氣冷卻式冷凝器 20的馬達(dá)32可以是變頻馬達(dá)，以便能夠以任意期望的速度運(yùn)行，或者這些馬達(dá)可以是可選 擇的，以便以一個(gè)或多個(gè)不同的預(yù)置速度運(yùn)行。除了風(fēng)扇速度以外，可以使用每個(gè)風(fēng)扇馬 達(dá)32的一個(gè)或多個(gè)(典型地三個(gè))相上的電流和電壓來控制和/或監(jiān)控空氣冷卻式冷凝器 20的風(fēng)扇單元。另外，風(fēng)扇25能夠被反向運(yùn)轉(zhuǎn)，這在一些特殊的情況下可能是必須的。
當(dāng)然，可以控制在任意特定時(shí)間上使用的空氣冷卻式冷凝器20的數(shù)量和這些冷 凝器20的風(fēng)扇25運(yùn)行的速度，以便提供蒸汽循環(huán)的空氣冷卻式冷凝器部分的控制的粒 度，從而在不同的發(fā)電廠操作條件下提供不同的冷凝量。一般來講，廠控制器能夠通過 操作更多的空氣冷卻式冷凝器20和/或通過提高在任意特定時(shí)間上正在使用的冷凝器單 元20的風(fēng)扇25的速度來提供更大的冷凝。然而，當(dāng)提供更大的冷凝作用時(shí)，這樣的操 作同樣增加空氣冷卻式冷凝器20的電功率消耗，并且因此減小對于給定燃料燃燒的廠的 功率輸出。
一般來講，在典型的水冷熱發(fā)電廠中，基于制造商或安裝者說明和建議，操作 者運(yùn)行廠或者設(shè)置廠內(nèi)的控制器以得到額定熱耗率或盡可能地接近額定熱耗率。如已知 的，熱耗率是千瓦小時(shí)/單位燃料消耗的計(jì)量。在這些情況下，操作者典型地試圖在各 種預(yù)先確定的設(shè)置點(diǎn)上運(yùn)行廠，以便實(shí)現(xiàn)特定的蒸汽流和蒸汽溫度、特定的背壓或渦輪 機(jī)上的壓降，等等，從而得到以額定熱耗率的操作或盡可能接近額定熱耗率的操作。因 為操作者試圖運(yùn)行廠以便滿足制造商或設(shè)計(jì)者提供的說明，操作者能夠有效地改變以便 不同地運(yùn)行廠(并且因此更為最佳地)的控制參數(shù)非常少。事實(shí)上，操作者能夠改變的 控制參數(shù)的大多數(shù)典型地響應(yīng)于負(fù)荷需要變化而按比例增減地一起改變，因?yàn)檫@些變量 中的許多彼此緊密相關(guān)并且直接依賴于彼此。例如，鍋爐中的燃料燃燒速率與進(jìn)入渦輪 機(jī)的蒸汽流緊密相關(guān)，并且改變一個(gè)會以可預(yù)知的方式改變另一個(gè)。重要的是，得到最 合理的熱耗率不一定意味廠在最佳地運(yùn)行，尤其是空氣冷卻的發(fā)電廠，因?yàn)闊岷穆什豢?慮廠中的其他損失，例如輔助功率成本。因此，盡管廠操作者可以改變廠的操作以得到 可能最佳的熱耗率，但是這樣的操作可能仍然不能最小化對于每單位產(chǎn)生的能量運(yùn)行整 個(gè)廠的成本。
因此，如將要理解到的，在許多情況下，廠操作者運(yùn)行發(fā)電廠而不考慮盡力最 優(yōu)化廠的整個(gè)操作，而在實(shí)施最優(yōu)化的地方，通過改變非常有限且可理解的一組變量來 實(shí)施。例如，在一些水冷系統(tǒng)中，可能有有限數(shù)量的進(jìn)給泵(例如，三臺)，該進(jìn)給泵能 夠用于用泵抽吸冷卻水通過鍋爐循環(huán)的冷凝器。在這樣的情況下，操作者可以選擇運(yùn)行 這些泵中的一臺、兩臺或者所有的三臺，但是此選擇典型地僅僅基于當(dāng)前的負(fù)荷需要。 即，如果當(dāng)前的負(fù)荷小于額定負(fù)荷的三分之一，那么操作者可以選擇運(yùn)行一臺泵，而如 果當(dāng)前的負(fù)荷大于額定負(fù)荷的三分之二，那么操作者將運(yùn)行所有的三臺泵。因?yàn)橐僮鞯膮?shù)非常少，所以最優(yōu)化廠的操作典型地是件簡單的事情，以任何如此的最優(yōu)化是可 能的為限。
另一方面，使用空氣冷卻式冷凝器的發(fā)電廠典型地包括相當(dāng)大數(shù)量的這些單 元，這些單元中的每個(gè)包括獨(dú)立可控的風(fēng)扇和風(fēng)扇馬達(dá)。而且，在許多情況下，每個(gè)冷 凝器單元的風(fēng)扇可被控制以在兩個(gè)或多個(gè)速度下運(yùn)行，或者能變化地可控的，以在任意 期望的速度下(高達(dá)風(fēng)扇的額定速度)運(yùn)行。因?yàn)檫@個(gè)事實(shí)，使用風(fēng)扇驅(qū)動的空氣冷卻式 冷凝器的發(fā)電廠(或其他類型的廠)的操作者在試圖最優(yōu)化廠的操作中有很多方式來改變 或更改發(fā)電廠的操作，超過了最優(yōu)化其他類型的廠的方式數(shù)。而且，因?yàn)轱L(fēng)扇驅(qū)動的空 氣冷卻式冷凝器相對于水冷式冷凝器系統(tǒng)典型地消耗更多的輔助功率，所以例如有更多 的機(jī)會顯著地減少運(yùn)行使用風(fēng)扇驅(qū)動的空氣冷卻式冷凝器的廠的輔助功率成本，超過了 在水冷式廠中可獲得的機(jī)會。事實(shí)上，已經(jīng)意識到，在運(yùn)行使用風(fēng)扇驅(qū)動的空氣冷卻式 冷凝器的廠中的選擇數(shù)連同實(shí)際地減少這些廠中的輔助功率成本的增加的機(jī)會提供了最 優(yōu)化例如在廠的蒸汽循環(huán)中使用空氣冷卻式冷凝器的廠的操作的重要的機(jī)會。尤其是， 發(fā)明者已經(jīng)確定了，由設(shè)施廠的空氣冷卻式冷凝器單元內(nèi)的風(fēng)扇的數(shù)量和風(fēng)扇的速度控 制使成為可能的控制粒度造成減小廠的操作的成本的重要的機(jī)會，并且已經(jīng)確定了，這 些減小運(yùn)行廠的成本的機(jī)會能夠通過附加優(yōu)化器來獲得，優(yōu)化器確定例如與在當(dāng)前條件 下操作整個(gè)廠以產(chǎn)生給定負(fù)荷的最小成本相關(guān)的廠的最佳操作點(diǎn)。
尤其是，已經(jīng)確定了，對使用空氣冷卻式冷凝器的廠的最優(yōu)化可以通過控制正 在使用的空氣冷卻式冷凝器的數(shù)量和通過控制那些空氣冷卻式冷凝器的風(fēng)扇的速度，以 導(dǎo)致每單位由廠輸送的功率的最小成本量的方式來實(shí)施，而無論此操作是否導(dǎo)致獲得額 定熱耗率或甚至在廠內(nèi)的最合理的熱耗率。事實(shí)上，因?yàn)榭諝饫鋮s式冷凝器單元的風(fēng)扇 需要相當(dāng)大量的電能來運(yùn)行，所以可運(yùn)行冷凝器單元以便產(chǎn)生小于渦輪機(jī)上的典型期望 的背壓或壓降或者產(chǎn)生小于最大可能的熱耗率(因此減少了為相同的燃料負(fù)荷量由渦輪 機(jī)14產(chǎn)生的功率)是可能的，而仍然最小化了在廠產(chǎn)生的每千瓦/小時(shí)電的成本。尤其 是，因?yàn)榕c以小于要獲得預(yù)設(shè)的背壓所需的或換句話說小于要獲得最大可能的熱耗率所 需的能力操作空氣冷卻式冷凝器相關(guān)的減小的能量，所以能實(shí)現(xiàn)此最佳的操作?？刂瓶?氣冷卻式冷凝器單元以實(shí)施小于冷凝的完全額定量或甚至小于為在渦輪機(jī)的輸出處獲得 典型期望的熱耗率所必需的冷凝量的能力提供了減小與廠發(fā)電相關(guān)的輔助功率成本的機(jī) 會。用于最優(yōu)化的此機(jī)會在不同類型的發(fā)電系統(tǒng)中一般是不存在的，例如在蒸汽循環(huán)的 冷凝操作中不使用相當(dāng)大的電能并且不包括在冷凝器系統(tǒng)內(nèi)的使此類優(yōu)化成為可能的相 當(dāng)大數(shù)量的控制變量的水冷式冷凝系統(tǒng)中。
圖3描述了以上文建議的方式最優(yōu)化的典型熱設(shè)施廠50的示意圖。如圖3所 示，鍋爐單元52燃燒燃料以產(chǎn)生蒸汽，蒸汽被提供到蒸汽渦輪機(jī)M，該蒸汽渦輪機(jī)討運(yùn) 轉(zhuǎn)以產(chǎn)生電的蒸汽渦輪機(jī)M。蒸汽流出蒸汽渦輪機(jī)M，并且流到一般由附圖標(biāo)記70表 示的一組冷凝器單元。與冷凝器單元70相關(guān)的風(fēng)扇72運(yùn)轉(zhuǎn)以使冷卻空氣經(jīng)過冷凝器單 元70內(nèi)的管束76，如圖3箭頭所示。管束76內(nèi)的蒸汽回到液體形式(即，水)，并且 流到空氣冷卻式冷凝器單元70的底部，在空氣冷卻式冷凝器單元70的底部，其被收集在 收集箱78中。泵80將這樣的水抽吸回到鍋爐52，用于在鍋爐蒸汽循環(huán)中再加熱。
如圖3所示，監(jiān)控控制單元或控制器82被耦合到廠50內(nèi)的電子和機(jī)械元件中的各種元件，以便實(shí)施對發(fā)電廠50的控制。一般來講，控制器82可以是基于微處理器的控 制器，例如由 Emerson ProcessManagement Power and Water Solutions 有限公式制造和出售 的Ovation TM控制器、可編程邏輯控制器(PLC)或者典型地在發(fā)電廠中用來控制發(fā)電廠 內(nèi)的各種不同的設(shè)備的任意其他類型的控制器。如圖3的示例配置所示，控制器82可以 接收在目前和在將來的功率或負(fù)荷需求信號(顯示出將要由設(shè)施廠輸出的功率或顯示出 將要由設(shè)施廠內(nèi)的特定發(fā)電單元輸出的功率)?？刂破?2還可以接收顯示環(huán)境條件，例 如當(dāng)前的空氣溫度、濕度等等的信號，該信號可由使用者輸入或使用傳感器(未顯示)測 量，并且需要該信號以實(shí)施對發(fā)電廠的適當(dāng)?shù)目刂疲员隳軌驖M足期望的負(fù)荷需求?？?制器82使用需求信號和顯示環(huán)境條件的信號、以及諸如設(shè)定點(diǎn)和來自廠內(nèi)的各種傳感器 (包括溫度傳感器、壓力傳感器、流量傳感器，等等)的反饋信號的其他輸入，來控制提 供給鍋爐52、在鍋爐52內(nèi)噴灑等等的燃料和空氣混合物，從而提供對鍋爐52的操作控 制?？刂破?2還可控制泵80以控制通過鍋爐52的適當(dāng)?shù)乃髁浚⑶铱梢钥刂茝S52 的未在圖3中具體示出的其他部分，例如在廠的蒸汽供應(yīng)系統(tǒng)中的噴霧器，以便控制提 供到蒸汽渦輪機(jī)M的輸入的蒸汽的溫度，等等。
然而，重要的是，控制器82被連接到空氣冷卻式冷凝器單元70內(nèi)的風(fēng)扇72，并 且控制空氣冷卻式冷凝器單元70內(nèi)的風(fēng)扇72的運(yùn)轉(zhuǎn)(并且更具體地說是風(fēng)扇72的風(fēng)扇 馬達(dá))，并且可控制在任意特定的時(shí)間上操作哪些特定的風(fēng)扇72和那些風(fēng)扇72的速度。 當(dāng)然，控制器單元82可控制風(fēng)扇72中的一些運(yùn)轉(zhuǎn)，而使一些其他的風(fēng)扇72關(guān)掉和/或 可控制各種不同的風(fēng)扇72在不同的速度下運(yùn)轉(zhuǎn)，以便實(shí)施在冷凝器單元70的不同區(qū)域內(nèi) 的不同的冷凝程度?？刂破?2還可以接收來自風(fēng)扇72、鍋爐系統(tǒng)52、蒸汽渦輪機(jī)M、 泵80、收集箱78中的液位傳感器(未顯示)以及來自廠50中的任意其他的傳感器的反 饋，以提供對這些單元的適當(dāng)控制。
同樣如圖3所示，優(yōu)化器單元86可以指示監(jiān)控控制器82指定廠操作點(diǎn)，控制器 82應(yīng)該使廠50保持在該廠操作點(diǎn)處或控制器82應(yīng)該驅(qū)動廠50到達(dá)該廠操作點(diǎn)。此操作 點(diǎn)能包括任意數(shù)量的廠變量設(shè)定點(diǎn)和操作參數(shù)，包括例如，在鍋爐中要使用的燃料燃燒 率、在冷凝器單元70中要使用的風(fēng)扇數(shù)量、對要使用的特定風(fēng)扇72的識別、運(yùn)行風(fēng)扇72 的速度和/或風(fēng)扇72的各種其他的運(yùn)轉(zhuǎn)設(shè)置，例如要提供以運(yùn)轉(zhuǎn)風(fēng)扇72的功率的最大量 或功率的范圍。另外，優(yōu)化器86可以指定要通過控制器82實(shí)現(xiàn)的其他的操作參數(shù)，例 如，設(shè)定點(diǎn)，包括例如，在蒸汽渦輪機(jī)M的輸入處可獲得的工藝蒸汽的量和溫度、在蒸 汽渦輪機(jī)M的輸出處要實(shí)現(xiàn)的背壓、蒸汽渦輪機(jī)M上的壓降、提供給鍋爐52的水的溫 度，等等。一般來講，優(yōu)化器86將建立要由控制器82使用的一組操作指標(biāo)值、設(shè)定點(diǎn) 和/或范圍以控制對發(fā)電單元50的操作，以便以最少量的成本產(chǎn)生給定或期望量的功率 (負(fù)荷)，例如，以最少的全部成本提供廠50的必要的電力輸出的方式。作為此過程的 一部分，優(yōu)化器86可以向控制器82提供各種設(shè)定點(diǎn)和操作控制設(shè)置。優(yōu)化器86可基于 在優(yōu)化器86內(nèi)實(shí)施的、識別發(fā)電廠50的最佳操作點(diǎn)的計(jì)算來確定這些設(shè)置。典型地， 發(fā)電廠50的最佳操作將被限定成以最少的成本實(shí)現(xiàn)廠的期望的功率輸出等級，或者換句 話說，限定成以輸送到電力網(wǎng)的每千瓦小時(shí)的最少單位成本在廠50的約束內(nèi)實(shí)現(xiàn)負(fù)荷需 求的廠操作點(diǎn)。當(dāng)然，對于不同的功率負(fù)荷需求和周圍環(huán)境條件，以及基于廠50內(nèi)的各 種不同的因素，例如風(fēng)扇72中的不同的風(fēng)扇不能使用、廠50中的設(shè)備老化，等等，將計(jì)14算不同的最佳操作點(diǎn)或指標(biāo)(其導(dǎo)致由廠產(chǎn)生的每千瓦小時(shí)的較低或最低的操作成本)。
尤其是，優(yōu)化器86可考慮與運(yùn)行廠50相關(guān)的成本，包括主要成本(例如，使 用的燃料成本)以及輔助成本(例如，運(yùn)行空氣冷卻式冷凝器70的成本)來提供將要由 控制器82滿足的指標(biāo)設(shè)定點(diǎn)或操作參數(shù)，以實(shí)現(xiàn)對發(fā)電廠50的最佳的操作。優(yōu)化器86 可以，例如，指示控制器82運(yùn)行冷凝器單元70內(nèi)的少于所有風(fēng)扇72的特定數(shù)量的風(fēng)扇 72，和/或可以指定運(yùn)行風(fēng)扇72的速度。值得注意的是，廠50的最佳操作點(diǎn)可能與獲 得典型地被認(rèn)為在蒸汽渦輪機(jī)M的輸出處為次最佳背壓的背壓有關(guān)系，因?yàn)檫@樣的次最 佳背壓阻止渦輪機(jī)M獲得期望的或額定的熱耗率，從而導(dǎo)致了通常被認(rèn)為在蒸汽渦輪機(jī) M中的功率的次最佳的生成。然而，優(yōu)化器86可以迫使此類型的操作，因?yàn)槠浯_定了由 風(fēng)扇72使用以在渦輪機(jī)M輸出處獲得期望背壓的能量將增加產(chǎn)生由蒸汽渦輪機(jī)M輸出 的能量的全部成本(因?yàn)樵黾拥妮o助的功率成本)，超過了與以之前被認(rèn)為是次最佳操作 點(diǎn)運(yùn)行廠50有關(guān)的全部成本。換句話說，簡單地運(yùn)行廠50以獲得期望或最小可能的熱 耗率或在蒸汽渦輪機(jī)M的輸出處的期望背壓可能不能導(dǎo)致對廠的最佳操作，這是因?yàn)榕c 運(yùn)行空氣冷卻式冷凝器70的風(fēng)扇72相關(guān)的成本。
而且，優(yōu)化器86可考慮可能在廠50中當(dāng)前存在的各種操作條件，例如修理中的 和因此不能使用的故障設(shè)備的存在(包括例如，一個(gè)或多個(gè)風(fēng)扇72)，來確定發(fā)電廠50 的最佳操作點(diǎn)，確保廠50以不會導(dǎo)致廠設(shè)備損壞的方式(例如，保持特定數(shù)量的風(fēng)扇開 啟，以便防止在特定環(huán)境條件下管束76內(nèi)的水的凍結(jié))來操作，等等。
圖4詳細(xì)闡述了優(yōu)化器86的一種可能的配置。這里，優(yōu)化器86包括對廠50、 廠的部分和/或特定的廠設(shè)備建模的一組設(shè)備模型90和使用設(shè)備模型90以確定設(shè)施廠或 發(fā)電廠50的最佳操作點(diǎn)的數(shù)值解算器92。一般來講，設(shè)備模型90允許優(yōu)化器86的數(shù) 值解算器92響應(yīng)于各種不同的控制輸入或在各種不同的廠操作點(diǎn)來預(yù)測或估計(jì)廠50或廠 的一部分，例如鍋爐部分、蒸汽循環(huán)等等的操作。設(shè)備模型90能包括用于廠設(shè)備的不同 件獨(dú)立的模型或設(shè)備的總體模型，并且模型90能夠是對廠50內(nèi)的一個(gè)或多個(gè)設(shè)備的組或 獨(dú)立件的反應(yīng)或操作建模的部件模型、單元模型和/或回路模型。模型90能夠是任意合 適類型的數(shù)學(xué)模型，包括基于免疫學(xué)的模型、基于神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò)的模型、統(tǒng)計(jì)模型、回歸 模型、模型預(yù)測模型、一階原理模型(&st order principle model)、線性或非線性模型，等等。
同樣如圖4所示，數(shù)值解算器92使用存儲的目標(biāo)函數(shù)94，以便基于廠內(nèi)的當(dāng)前 條件、與廠和廠的模型90相關(guān)的約束來確定廠50的各種不同的可能操作點(diǎn)的哪個(gè)為最 優(yōu)。數(shù)值解算器92還接收一組操作約束96，該組操作約束96指定不同的約束或限制 (例如，當(dāng)基于目標(biāo)函數(shù)94確定最佳的廠操作點(diǎn)時(shí)，數(shù)值解算器92不能違背的限制或約 束)，數(shù)值解算器92必須于該約束或限制內(nèi)操作。這些約束可包括任何限制、范圍或與 在廠內(nèi)的任何設(shè)備或過程變量相關(guān)的優(yōu)選的操作點(diǎn)，并且能夠由用戶、操作者、廠設(shè)計(jì) 者或?qū)＜乙嬷付?，如以下詳?xì)所述。例如，這些約束可包括與廠50內(nèi)的水位相關(guān)的 限制或范圍、蒸汽和水溫度、蒸汽壓力、燃料流量、蒸汽流量、水流量和在廠50中使用 的其他操作范圍或設(shè)定點(diǎn)。約束96還可指定或識別在任意特定的時(shí)間將在廠50中使用 的可用的或不可用的特定設(shè)備。例如，圖3的風(fēng)扇或空氣冷卻式冷凝器單元70的不同的 幾個(gè)可能不可用于在特定時(shí)間使用，因?yàn)檫@些單元可能故障、可能在維修中等等。在這樣的情況下，約束96可包括維修安排或是以維修安排的形式，該維修安排指定廠設(shè)備的 特定件何時(shí)被保養(yǎng)、修理或換句話說計(jì)劃不能使用，從而指定了這些單元能和不能使用 的時(shí)間。而且，約束96可包括對廠50內(nèi)的哪些單元或設(shè)備在使用中或不能使用和廠50 內(nèi)的設(shè)備的可允許的操作范圍或參數(shù)的指示。
操作約束96的一些可以指示廠中的當(dāng)前條件98或受到廠中的當(dāng)前條件98影 響，并且當(dāng)前條件98被作為操作約束提供到數(shù)值解算器92?？稍趶S中測量或感測的、或 者可由用戶或操作者輸入的這些當(dāng)前的廠條件98可包括，例如，對廠或廠的一部分的當(dāng) 前負(fù)荷需求(例如，要由廠50或廠50內(nèi)的特定渦輪機(jī)討產(chǎn)生的功率或其他負(fù)荷)、環(huán) 境溫度、相關(guān)的環(huán)境濕度、對用于將來的負(fù)荷需求和環(huán)境條件的預(yù)測等等。在一些情況 下，負(fù)荷需求能夠被指定成由廠50或廠50的一部分輸送的有功功率(百萬瓦特)和無功 功率(MMAR)中的任意一個(gè)或兩個(gè)。然而，如果需要，負(fù)荷需求可被指定成其他類型的 負(fù)荷，例如渦輪機(jī)功率需求或，在一些實(shí)例中的工藝蒸汽需求(例如，在運(yùn)行鍋爐52以 產(chǎn)生過程中所需的工藝蒸汽的特定量的情況下)。
一般來講，在操作中，數(shù)值解算器92使用設(shè)備模型90以仿真或建模當(dāng)在當(dāng)前的 環(huán)境條件98下和在當(dāng)前約束96內(nèi)操作時(shí)，廠50在各種不同的操作點(diǎn)下的操作。數(shù)值解 算器92隨后為這些操作點(diǎn)的每個(gè)計(jì)算或求解目標(biāo)函數(shù)94，以便通過最小化(或最大化) 目標(biāo)函數(shù)94來確定哪個(gè)操作點(diǎn)是最“優(yōu)化的”。與最佳操作點(diǎn)相關(guān)的操作點(diǎn)的詳情(例 如，設(shè)定點(diǎn)、燃料燃燒率、要運(yùn)行的風(fēng)扇72的數(shù)量和速度，等等)隨后被提供到專家系 統(tǒng)100。當(dāng)然，數(shù)值解算器92可以執(zhí)行用于當(dāng)前時(shí)間和用于將來任意多次的最優(yōu)化計(jì) 算，以便因此鑒于在負(fù)荷需求中的已知的未來變化、期望的環(huán)境條件變化、將使廠設(shè)備 離線或使廠設(shè)備重新在線的維修活動等等來提供將被達(dá)到的操作點(diǎn)的軌跡。
盡管目標(biāo)函數(shù)94能夠是限定了用于確定廠50的最佳操作點(diǎn)的方法的任意類型或 期望的函數(shù)，但是在典型的條件下，目標(biāo)函數(shù)94將考慮在運(yùn)行廠50中的可變成本的所有 或大部分而以最少或最小美元-每千瓦小時(shí)的操作成本，來確定在當(dāng)前環(huán)境條件98下滿 足廠50的當(dāng)前負(fù)荷需求的廠50的可實(shí)現(xiàn)的操作點(diǎn)。這些可變成本可包括，例如，鍋爐 52所需的燃料的成本、運(yùn)行廠50的再循環(huán)系統(tǒng)內(nèi)的泵80的成本、運(yùn)行廠50的空氣冷卻 式冷凝器70的風(fēng)扇72的成本，等等。在最優(yōu)化計(jì)算期間，數(shù)值解算器92可建模或仿真 廠50的操作(使用設(shè)備模型90)，以確定最佳燃料和空氣混合物或燃燒率、再循環(huán)泵80 的最佳速度以及空氣冷卻式冷凝器內(nèi)的風(fēng)扇72的最佳使用，而這是通過確定這些和其他 過程變量的特定組合來確定的，該特定組合最小化或減小目標(biāo)函數(shù)94而仍然獲得期望的 負(fù)荷。當(dāng)然，數(shù)值解算器92可通過使用例如迭代過程對相關(guān)過程或廠變量的各種不同的 組合建模并且為每個(gè)建模的組合計(jì)算目標(biāo)函數(shù)94以確定哪個(gè)組合(或操作點(diǎn))導(dǎo)致目標(biāo) 函數(shù)94最小化(或最大化)而仍然不違背操作約束96中的任何一個(gè)就能允許在相關(guān)環(huán)境 條件98下滿足負(fù)荷需求的廠操作，來確定“最佳操作點(diǎn)”。因此，數(shù)值解算器92可以 選擇燃料燃燒率或燃料/空氣混合物以在當(dāng)前環(huán)境條件98下實(shí)現(xiàn)期望的功率輸出，并且 確定導(dǎo)致輔助功率的最小使用的最小數(shù)量的風(fēng)扇72或風(fēng)扇72的速度的組合(以及確定其 他相關(guān)的廠操作變量值)，同時(shí)仍然允許廠50在當(dāng)前環(huán)境條件98下產(chǎn)生負(fù)荷需求而不違 背操作約束96中的任何一個(gè)。數(shù)值解算器92可以隨后將目標(biāo)函數(shù)94應(yīng)用到此操作點(diǎn)， 以便為此操作點(diǎn)確定目標(biāo)函數(shù)值。數(shù)值解算器92可以隨后通過，例如，增加或減少燃料燃燒率，并且再一次確定在當(dāng)前環(huán)境98和操作約束96下獲得期望負(fù)荷所要使用的風(fēng)扇的 最小數(shù)量或速度，來改變?nèi)剂先紵?。?shù)值解算器92可以隨后將目標(biāo)函數(shù)94應(yīng)用到此操 作點(diǎn)，并且為此操作點(diǎn)確定目標(biāo)函數(shù)值。數(shù)值解算器92可以繼續(xù)通過，例如，迭代地改 變?nèi)剂先紵?、燃?空氣混合物、在空氣冷卻式冷凝器70中使用的風(fēng)扇72的數(shù)量、風(fēng)扇 72的速度、提供給風(fēng)扇72的電功率等等，并且使用目標(biāo)函數(shù)94評估這些操作點(diǎn)的每個(gè)以 確定哪個(gè)操作點(diǎn)導(dǎo)致最小的(或最大的)目標(biāo)函數(shù)值，來繼續(xù)對建模的操作點(diǎn)做出改變。 數(shù)值解算器92可選擇最小化或最大化目標(biāo)函數(shù)94的操作點(diǎn)作為用于發(fā)送到專家系統(tǒng)100 的最佳操作點(diǎn)。這里，將要注意到，數(shù)值解算器92可以使用任意期望的例程，例如迭 代例程，以便為可能用作實(shí)際最佳廠操作點(diǎn)的仿真選擇各種不同的操作點(diǎn)。數(shù)值解算器 92可以，例如，使用之前仿真的結(jié)果來指示改變各種變量以選擇新的操作點(diǎn)的方式。然 而，在大多數(shù)情況下，數(shù)值解算器92將不會建?；蚩紤]每個(gè)可能的廠操作點(diǎn)，因?yàn)橛赡?夠被改變的過程變量的數(shù)量產(chǎn)生的多維空間導(dǎo)致太多潛在的操作點(diǎn)要被實(shí)際地考慮或測 試。因此，選擇最佳操作點(diǎn)，如在此論述中使用的，包括選擇局部最佳操作點(diǎn)(例如， 在廠50的操作點(diǎn)的局部區(qū)域中是最佳的一個(gè))，并且包括選擇最小化或最大化目標(biāo)函數(shù) 94而不考慮非考慮的操作點(diǎn)的一組仿真的操作點(diǎn)中的一個(gè)。換句話說，選擇或確定如于 此使用的最佳操作點(diǎn)不限于選擇在廠的整個(gè)多維操作空間上最小化或最大化目標(biāo)函數(shù)94 的操作點(diǎn)，但是在一些情況下這是可能的。
如將要理解到的，數(shù)值解算器92可確定，如由目標(biāo)函數(shù)94計(jì)算的廠50的最佳 操作點(diǎn)需要在調(diào)整廠中使用的熱耗率和為獲得該熱耗率所必要的輔助功率成本(例如， 運(yùn)行空氣冷卻式冷凝器70的風(fēng)扇72的成本)之間的權(quán)衡，從而在利用當(dāng)前廠技術(shù)不能獲 得可達(dá)到的最佳熱耗率的操作點(diǎn)上運(yùn)行廠50。此操作導(dǎo)致廠50的顯著地不同于廠當(dāng)前被 運(yùn)行或“最優(yōu)化”的方式的操作，因?yàn)槟壳霸谶^程廠中獲得“最佳的”性能所使用的方 法是運(yùn)行鍋爐系統(tǒng)以產(chǎn)生期望的或預(yù)設(shè)的熱耗率，而不考慮輔助成本。
如果需要，數(shù)值解算器92可以實(shí)現(xiàn)最小二乘法技術(shù)、線性規(guī)劃(LP)技術(shù)、回歸 技術(shù)、混合整數(shù)線性規(guī)劃技術(shù)、混合整數(shù)非線性規(guī)劃技術(shù)或任意其他已知類型的分析， 以便在已向數(shù)值解算器92提供當(dāng)前環(huán)境條件98、約束96和負(fù)荷需求信息的假設(shè)下找出 可實(shí)現(xiàn)的最小化(或最大化)目標(biāo)函數(shù)94的廠50的操作點(diǎn)。在一個(gè)示例中，數(shù)值解算 器92是使用目標(biāo)函數(shù)94(可以由選擇框102提供)以實(shí)施過程優(yōu)化的線性規(guī)劃(LP)優(yōu) 化器。替代地，數(shù)值解算器92可以是二次規(guī)劃優(yōu)化器，該二次規(guī)劃優(yōu)化器是具有線性模 型和二次目標(biāo)函數(shù)的優(yōu)化器。一般來講，目標(biāo)函數(shù)94將指定與許多受控變量(一般稱為 過程或廠變量)中的每個(gè)相關(guān)的成本或利潤，并且數(shù)值解算器92通過找出最大化或最小 化目標(biāo)函數(shù)94而同時(shí)在約束96內(nèi)操作的一組廠變量值來為那些變量確定指標(biāo)值。選擇 框102可以存儲一組不同的可能的目標(biāo)函數(shù)(這些中的每個(gè)數(shù)學(xué)上代表了限定對廠50的“最佳”操作的不同方式)，以潛在地用作目標(biāo)函數(shù)94，并且可基于例如用戶輸入提供存 儲目標(biāo)函數(shù)中的一個(gè)以用作在數(shù)值解算器92中使用的目標(biāo)函數(shù)94。例如，框102中的預(yù) 存儲的目標(biāo)函數(shù)中的一個(gè)可被配置成減少操作廠50的成本，預(yù)存儲的目標(biāo)函數(shù)中的另一 個(gè)可被配置成最小化廠50內(nèi)的不希望的污染物質(zhì)或氣體的產(chǎn)生，而框102中的預(yù)存儲的 目標(biāo)函數(shù)中的又一個(gè)可被配置成最大化由廠50產(chǎn)生的蒸汽。
用戶或操作者可通過提供對要在操作者或用戶終端(未顯示)上使用的目標(biāo)函數(shù)的指示來選擇框102中的目標(biāo)函數(shù)中的一個(gè)，該選擇隨后被提供到選擇框102。響應(yīng)于此 輸入，選擇框102向框94提供選定的目標(biāo)函數(shù)。當(dāng)然，用戶或操作者能夠在設(shè)施廠50 的操作期間改變正在使用的目標(biāo)函數(shù)94。如果需要，在用戶不提供或選擇目標(biāo)函數(shù)的情 況下，可以使用缺省目標(biāo)函數(shù)。
如以上所提到的，在操作期間，數(shù)值解算器92可以使用線性規(guī)劃(LP)技術(shù)來實(shí) 施優(yōu)化。如已知的，線性規(guī)劃是數(shù)學(xué)上的技術(shù)，用于求解最大化或最小化目標(biāo)函數(shù)94的 一組線性等式和不等式。當(dāng)然，目標(biāo)函數(shù)94可以表示類似成本或利潤的經(jīng)濟(jì)值，但是也 可表達(dá)代替或除了經(jīng)濟(jì)目標(biāo)以外的其他目標(biāo)。使用任何已知的或標(biāo)準(zhǔn)的LP算法或技術(shù)， 數(shù)值解算器92通常迭代以確定最大化或最小化所選定的目標(biāo)函數(shù)94的一組指標(biāo)受控的廠 變量，如果可能，同時(shí)導(dǎo)致產(chǎn)生滿足約束或落入約束范圍內(nèi)的廠操作，并且同時(shí)產(chǎn)生所 需的或期望的負(fù)荷、輸出功率、工藝蒸汽，等等。
一旦數(shù)值解算器92確定了廠50的最佳操作點(diǎn)，那么專家系統(tǒng)100能夠從安全和 實(shí)施角度評估此操作點(diǎn)的可行性，并且如果需要，可基于存儲在專家系統(tǒng)100中的或作 為專家系統(tǒng)100的一部分的一組規(guī)則104來修改此解決方案或進(jìn)一步限定此解決方案。在 一些情況下，專家系統(tǒng)100可以存儲規(guī)則104，規(guī)則104檢查由數(shù)值解算器92提供的解決 方案以確保對此解決方案的實(shí)施不會導(dǎo)致不安全的條件，或?qū)τ谠趶S50中或在廠50周圍 的人來說或?qū)τ谠趶S50內(nèi)的設(shè)備來說。專家引擎100還可以存儲幫助專家引擎100指定 要使用的特定設(shè)備以實(shí)施由數(shù)值解算器92提供的解決方案的規(guī)則104。例如，專家引擎 100可指定在特定的時(shí)間上要使用哪些特定的風(fēng)扇72或冷凝器單元70運(yùn)行，以實(shí)施由數(shù) 值解算器92指定的解決方案。專家引擎100可以，例如，確定要使用哪些風(fēng)扇72或冷 凝器單元70，而這是基于在特定的時(shí)間這些單元中的哪些在使用中(因此阻止了圖3控制 器試圖使用或控制正在被保養(yǎng)或不能使用的冷凝器單元70的風(fēng)扇7 。專家引擎100還 可以指定對冷凝器單元70的特定風(fēng)扇72的使用，以防止對一個(gè)或多個(gè)風(fēng)扇72的過度磨 損或過度使用，從而延長了風(fēng)扇72的壽命。因此，隨著時(shí)間的推移，專家引擎100可以 嘗試平均哪些風(fēng)扇72正在被使用，從而防止一個(gè)風(fēng)扇72 —直閑置(這對風(fēng)扇馬達(dá)不好) 和/或防止另一風(fēng)扇72—直被使用(這對風(fēng)扇馬達(dá)也不好)。在此情況下，專家引擎100 可以防止數(shù)值解算器92—直使用最好的冷凝器單元70(8卩，最有效的冷凝器單元)，這將 導(dǎo)致對該冷凝器單元70的過度使用，同時(shí)還確保了最差的冷凝器單元70(即，最低效率 的冷凝器單元70)以某個(gè)最小的程度或頻率運(yùn)行。專家引擎100還可以跟蹤廠設(shè)備的使 用，并且跟蹤用于廠設(shè)備的預(yù)先安排的保養(yǎng)，并且可以強(qiáng)制圖3的控制器82以比較重的 負(fù)荷使用被安排在近期被保養(yǎng)的特定設(shè)備，以便在保養(yǎng)或修理活動之前最大化對該設(shè)備 的使用。
另外，專家引擎100可以將不被數(shù)值解算器92考慮的附加的條件強(qiáng)加在廠50 上。例如，在一些情況下，專家引擎100可以使空氣冷卻式冷凝器70的風(fēng)扇72中的一些 或所有以最低水平或以各種水平運(yùn)行，以便防止空氣冷卻式冷凝器70內(nèi)的水的凍結(jié)(例 如，當(dāng)在廠50出現(xiàn)寒冷的天氣時(shí))，即使數(shù)值解算器92指定了，例如，在最佳解決方案 中只需要使用冷凝器70中的一半。
除了修改數(shù)值解算器92的輸出以外，專家引擎100在確定廠50的最佳操作點(diǎn)中 可添加或指定數(shù)值解算器92要考慮的約束96。例如，專家引擎100可指定減少數(shù)量的能夠在由數(shù)值解算器92提供的任何解決方案中使用的風(fēng)扇72或冷凝器單元70，因?yàn)閷＜乙?擎100知道一定數(shù)量的這些單元出了故障或正在被保養(yǎng)，以便保護(hù)已經(jīng)被大量使用了一 段時(shí)間的特定風(fēng)扇72的壽命，等等。同樣地，專家引擎100可限制一個(gè)或多個(gè)風(fēng)扇72 在某些環(huán)境中能夠運(yùn)行的速度，可指定風(fēng)扇72需要被運(yùn)行的最小速度，等等。當(dāng)然，專 家引擎100能提供和修訂將由數(shù)值解算器92使用的任意數(shù)量的不同的約束96，以便指示 由數(shù)值解算器92提供的解決方案要滿足由專家引擎100或由專家引擎100的規(guī)則104正 在實(shí)施的標(biāo)準(zhǔn)或?qū)Σ?，例如保護(hù)廠設(shè)備的壽命，使得能夠在廠50正在運(yùn)行時(shí)對廠設(shè)備維 護(hù)和修理，等等。
在一個(gè)情形中，數(shù)值解算器92可以確定并使用廠50需要以保持某一輸出的期望 的冷卻水返回溫度或期望的冷凝器背壓。在此情形中，數(shù)值解算器92可確定風(fēng)扇72的 速度或要開啟的泵80的數(shù)量，以保持廠50運(yùn)行接近那些指標(biāo)。在許多情形中，確定或 限定能夠被執(zhí)行以便知道什么時(shí)候?qū)崿F(xiàn)最佳配置的性能計(jì)算是可能的。在此情形，在找 到最優(yōu)的之前能夠嘗試各種設(shè)備組合。此方法可能需要在不同環(huán)境條件和/或負(fù)荷需求 下收集大量的廠數(shù)據(jù)，相互關(guān)聯(lián)這些結(jié)果并且隨后存儲這些結(jié)果，用于以后使用。
在另一實(shí)施方式中，專家引擎100能夠通過指定將要在確定最佳操作點(diǎn)中使用 或考慮使用的空氣冷卻式冷凝器單元的指標(biāo)數(shù)量或冷凝器單元的范圍來操縱數(shù)值解算器 92。在此情形中，專家引擎100可以約束數(shù)值解算器92以使用，例如，可使用的冷凝器 單元70的總數(shù)中的加八個(gè)或減二個(gè)冷凝器單元70。作為另一實(shí)施例，專家引擎100可 指定用于冷凝器單元70的指標(biāo)輔助功率預(yù)算或功率范圍(例如5000士250kW)，以便以此 方式限制由數(shù)值解算器92確定的解決方案。此指標(biāo)(操縱)能夠通過經(jīng)由約束框96將 這些范圍提供成在操作期間要由數(shù)值解算器92使用的約束96來實(shí)現(xiàn)。在另一情形中， 數(shù)值解算器92在這些方面上能夠不受約束地運(yùn)行，但是能產(chǎn)生能在操作中使用的操作變 量值的范圍，并且專家引擎100能基于專家引擎100的規(guī)則104來在這些范圍內(nèi)選擇操作 點(diǎn)。例如，數(shù)值解算器92可指定如在值的范圍中的最佳操作點(diǎn)，例如指定加八個(gè)或減二 個(gè)冷凝器單元70的使用或替代地使用5000士250kW的輔助功率預(yù)算。專家引擎100可 隨后基于規(guī)則104或可被專家引擎100得到的其他信息來指定更為特定的值以在對廠的操 作中使用和/或可指定在任意特定的時(shí)間上要使用哪些特定的冷凝器單元70。當(dāng)然，數(shù) 值解算器92和專家引擎100之間的交互作用可以以這些方式中的兩個(gè)來實(shí)施，使得這些 單元一起工作以基于目標(biāo)函數(shù)94來確定廠的最佳或近似最佳的操作點(diǎn)，而仍然滿足試圖 通過專家引擎100內(nèi)的規(guī)則104來實(shí)施的目標(biāo)。
在一種情形下，專家引擎100可使用對負(fù)荷需求、環(huán)境條件、保養(yǎng)條件等等的 未來預(yù)測來選擇在由數(shù)值解算器92提供的值的范圍內(nèi)的特定值。例如，如果專家引擎 100知道負(fù)荷在未來將要減少，那么專家引擎100可選擇接近由數(shù)值解算器92指定的范圍 的低端的值。另一方面，如果專家引擎100知道負(fù)荷將要增加，那么專家引擎100可選 擇接近由數(shù)值解算器92輸出的范圍的高端的值。
不管怎樣，專家引擎100提供修改的(如果需要)設(shè)定點(diǎn)、和其他廠變量值，諸 如要使用哪些風(fēng)扇72、風(fēng)扇72的速度、燃料燃燒水平、和要由廠控制器82使用以控制廠 50在由數(shù)值解算器92確定的(并且由專家引擎100修改的)最佳操作點(diǎn)下運(yùn)行的任意其 他的廠變量指標(biāo)值。
而且，在操作期間，數(shù)值解算器92和/或?qū)＜乙?00可將為過去對優(yōu)化器86 的運(yùn)行而確定的解決方案連同與形成那些解決方案有關(guān)的或參與形成那些解決方案的相 關(guān)特性，例如環(huán)境條件、負(fù)荷需求、約束等等，一起存儲在存儲器108中。以后，當(dāng)求 解目標(biāo)函數(shù)94或換句話說在優(yōu)化器86內(nèi)運(yùn)行以確定新的最佳操作點(diǎn)時(shí)，數(shù)值解算器92 可以確定存儲的之前的具有相似或具有最接近的一組條件的解決方案中的一個(gè)或多個(gè)， 并且從該解決方案開始(例如，首先嘗試該解決方案)作為廠用于當(dāng)前的一組條件、約束 等等的潛在最佳操作點(diǎn)。此特征輔助數(shù)值解算器92快速地限制在最佳的解決方案上，使 得數(shù)值解算器92能夠更快地操作，因?yàn)樗鼜闹耙呀?jīng)被確定為對于相似的一組條件、約 束、負(fù)荷需求等等來說是最佳的點(diǎn)開始迭代。尤其是，盡管新的最佳解決方案可能因?yàn)?廠設(shè)備中的變化、條件、約束等等方面的差異而不與之前存儲的解決方案相同，但是新 的解決方案可以相對地接近存儲的解決方案(在多維空間中)，使得數(shù)值解算器92通過其 應(yīng)用在檢測不同的廠操作點(diǎn)中的迭代的方法而能夠更快速地找出新的最佳解決方案。
另外，圖4中描述的適應(yīng)性智能框110基于在廠50中測量的條件或關(guān)于廠50中 的條件的用戶反饋來實(shí)施對設(shè)備模型90的適應(yīng)。尤其是，適應(yīng)性智能框110可以接收表 示了廠50內(nèi)的設(shè)備的各種不同件的操作狀態(tài)的測量，以便檢測出因?yàn)?，例如，設(shè)備的降 級和老化、對設(shè)備做出的修理等等而產(chǎn)生的設(shè)備性能上的變化。當(dāng)然，用戶可以輸入廠 操作數(shù)據(jù)、影響廠設(shè)備的操作的機(jī)械條件，或者可以指定關(guān)于由廠模型90使用的廠設(shè)備 的其他信息。替代地或附加地，適應(yīng)性智能框110在實(shí)施優(yōu)化例程之后可以測量廠50的 或廠50內(nèi)的設(shè)備的實(shí)際性能，并且比較該性能和由設(shè)備模型90建模的或根據(jù)設(shè)備模型90 預(yù)期的性能，并且可以隨后改變設(shè)備模型90，以便更加準(zhǔn)確地反映當(dāng)前或測量的廠設(shè)備 的操作。當(dāng)然，適應(yīng)性智能框110可以在設(shè)備水平、單元水平、回路水平等等上測量和 適應(yīng)模型90。如將要理解到的，設(shè)備模型90可以被改變以反映廠50的各種部件，包括 鍋爐52、空氣冷卻式冷凝器70等等的傳熱能力的變化。而且，適應(yīng)性智能框110可以測 量或評估作為一整體的所有單元70中的單獨(dú)的冷凝器單元70的實(shí)際傳熱能力(包括，例 如，冷凝器單元70中的風(fēng)扇72的效率)，并且可以改變這些單元的模型90以反映在這些 單元的操作或效率上測得的或確定的變化。
如將要理解到的，由優(yōu)化器86實(shí)施的任意優(yōu)化將包括權(quán)衡，并且將基于減少解 決方案的可能的范圍(即，廠50的操作點(diǎn))的約束和限制。除了負(fù)荷需求和硬件的物理 限制以外，這些約束還包括實(shí)際的考慮，例如不可使用的設(shè)備或者設(shè)置在手動模式下的 設(shè)備以及因?yàn)槠渌牟僮麝P(guān)系(例如，防止設(shè)備凍結(jié)，等等)而必須運(yùn)行的設(shè)備。在以 上公開的優(yōu)化設(shè)計(jì)中，由廠設(shè)計(jì)者采用的不同的方法也將限制可能的解決方案。例如， 如果廠被設(shè)計(jì)有用于空氣冷卻式冷凝器70的許多的全速電風(fēng)扇，則沒有風(fēng)扇72能夠在低 速下運(yùn)行，所以由數(shù)值解算器92實(shí)施的關(guān)于風(fēng)扇72的最佳使用的優(yōu)化變成了在運(yùn)行附加 風(fēng)扇72的額外電功率和作為使用該風(fēng)扇72的結(jié)果而獲得的冷凝器背壓的附加利益之間的 權(quán)衡的折半查找。然而，甚至此簡化的機(jī)會能夠從以上描述的優(yōu)化方法獲益，因?yàn)榇朔?法的基于模型的部件能夠認(rèn)識到當(dāng)前的條件，將它與之前存儲的近似最佳比較，并且將 過程移動到此起始點(diǎn)。在向此起始點(diǎn)移動后，考慮到如以上所提到的其他約束，優(yōu)化過 程能夠改進(jìn)操作選擇，以實(shí)現(xiàn)更好地滿足目標(biāo)函數(shù)94的操作點(diǎn)。而且，此優(yōu)化方法負(fù)責(zé) 和允許對具有取代條件(override condition)的專家規(guī)則104的實(shí)施。如以上所述，如此的規(guī)則104可包括，例如，對于每那么多兆瓦特小時(shí)的產(chǎn)生的電功率，每個(gè)風(fēng)扇必須運(yùn) 行最小和最大的時(shí)間量，以便延長風(fēng)扇72的壽命、防止冷凝器單元70中的凍結(jié)，等等。
事實(shí)上，專家系統(tǒng)100與由數(shù)值解算器92實(shí)施的基于模型的優(yōu)化相組合允許優(yōu) 化器86隨著時(shí)間的推移認(rèn)識操作實(shí)踐并且易于被操作實(shí)踐約束。此方法還使得新的空氣 冷卻式冷凝器傳熱模式和在廠的設(shè)計(jì)階段期間不明顯而隨著時(shí)間的推移被確定的約束成 為可能，以便，全面地，對操作的最佳實(shí)踐能夠被確定和實(shí)現(xiàn)，甚至在廠50已經(jīng)被構(gòu)建 成之后。當(dāng)然，基于模型的認(rèn)知的替代應(yīng)用能夠包括對廠50的各種區(qū)域上的傳熱和性能 降級的監(jiān)控。在這種情況下，廠50可能需要附加的現(xiàn)場設(shè)備(例如，傳感器)，用于確 定中間溫度測量和做出這些性能確定所需的其他的測量。然而，能夠利用附加的數(shù)據(jù)以 確定表現(xiàn)欠佳的設(shè)備或與空氣冷卻式冷凝器70相關(guān)的其他潛在的健康問題(例如，某些 區(qū)域可能需要例如被清理)。防凍同樣是保護(hù)管不受損壞的重要的模式。
而且，環(huán)境空氣的溫度和環(huán)境空氣中的濕度將影響空氣冷卻式冷凝器的冷卻性 能。因此，增加空氣的濕度含量和冷卻空氣將提高性能，使得允許運(yùn)行較少的風(fēng)扇72， 產(chǎn)生較少的輔助功率成本。如此的優(yōu)勢可通過提供具有入口 “潤濕器(fogger) ”的廠來 實(shí)現(xiàn)，上述“潤濕器”例如是用以調(diào)節(jié)用于燃?xì)廨啓C(jī)的空氣以便將濕氣加入流過冷凝器 單元70的空氣的那些潤濕器。在此情況下，使用潤濕器單元的程度可包括在由優(yōu)化器86 傳送到廠控制器82的最佳操作點(diǎn)中。
圖5描述了流程圖120，其描述了圖4優(yōu)化器86的一種可能的操作循環(huán)。一般 來講，優(yōu)化器86可響應(yīng)于負(fù)荷需求上的變化、環(huán)境條件98上的變化或者甚至操作約束96 中的一個(gè)或多個(gè)上的變化(其可以由用戶輸入、專家引擎100的獨(dú)立動作、廠設(shè)備狀態(tài) 上的變化、由例如智能框110等等實(shí)施的設(shè)備模型90中的一個(gè)或多個(gè)上的變化而產(chǎn)生) 而操作或?qū)嵤┎僮餮h(huán)。因此，例程120內(nèi)的框122確定可能需要新的優(yōu)化程序的系統(tǒng) 中的變化，包括在約束96、環(huán)境條件98、負(fù)荷需求、請求新的優(yōu)化循環(huán)的用戶輸入等等 中的一個(gè)上的變化。如以上所述，專家系統(tǒng)100也能夠通過向框122發(fā)送信號以開始程 序，或者通過基于專家系統(tǒng)100可能具有的新的信息來改變約束96中的一個(gè)或多個(gè)來直 接地開始新的優(yōu)化程序。如果檢測不到變化，那么框122繼續(xù)檢查變化直到檢測到變化 為止。替代地，框122可以在預(yù)定的時(shí)間段之后開始新的優(yōu)化程序，或者可以使得優(yōu)化 器86作為后臺程序不斷地運(yùn)行。
不管怎樣，當(dāng)開始新的優(yōu)化程序時(shí)，框124確定起始或初始的操作點(diǎn)，以便用 作根據(jù)新的條件(例如，對約束的、負(fù)荷需求、環(huán)境條件等等的新設(shè)置)的可能的廠操作 點(diǎn)。在一種情形中，框1 可以訪問圖4的最佳點(diǎn)存儲器108，并且找到一個(gè)或多個(gè)之前 確定的最佳點(diǎn)(為對約束、負(fù)荷需求等等的不同設(shè)置而確定的)，并且使用這些點(diǎn)中的一 個(gè)作為用于當(dāng)前優(yōu)化程序的起始操作點(diǎn)。這里，框1 可以確定哪個(gè)存儲的最佳點(diǎn)被確 定用于最接近于當(dāng)前條件的負(fù)荷需求、環(huán)境條件，等等。在另一情形中，框IM可以確 定多個(gè)之前確定的點(diǎn)(例如，兩個(gè)或多個(gè))，并且基于在存儲點(diǎn)的負(fù)荷需求、約束、環(huán)境 條件等等和用于當(dāng)前條件的那些負(fù)荷需求、約束、環(huán)境條件等等之間的差異來在這些點(diǎn) 之間插值，以確定起始廠操作點(diǎn)。在基于此確定選定了起始操作點(diǎn)之后，該起始操作點(diǎn) 可以是各種不同的存儲點(diǎn)的加權(quán)總和或在存儲于存儲器108中的操作點(diǎn)之間的插值，框 124向數(shù)值解算器例序提供該起始操作點(diǎn)。
利用廠和設(shè)備模型90以及與正在被檢查的操作點(diǎn)相關(guān)的廠變量或設(shè)定點(diǎn)和條 件，框1 執(zhí)行數(shù)值解算器例程92以對廠的操作建模。數(shù)值解算器例程92可以改變或 調(diào)整廠控制變量，以便，例如，獲得建模的廠的操作，該建模的廠的操作在相關(guān)的環(huán)境 條件下滿足了所需的負(fù)荷需求。一般來講，數(shù)值解算器92確定，正在被檢查的操作點(diǎn)是 否因?yàn)閺S能夠被操作以在相關(guān)的條件和約束下產(chǎn)生期望的負(fù)荷需求而是可行的。當(dāng)操作 點(diǎn)已經(jīng)被確定其在相關(guān)環(huán)境條件98下實(shí)際地滿足了負(fù)荷需求而沒有違背約束96中的任何 一個(gè)時(shí)，框1 將目標(biāo)函數(shù)94應(yīng)用到操作點(diǎn)，以確定與該操作點(diǎn)相關(guān)的目標(biāo)函數(shù)值。此 操作點(diǎn)和其相關(guān)的目標(biāo)函數(shù)值可隨后被存儲在存儲器中。
框130隨后通過，例如，確定存儲的操作點(diǎn)中的任何一個(gè)是否具有低于某一閾 值的目標(biāo)函數(shù)值、某一數(shù)量的操作點(diǎn)是否已經(jīng)被分析、用于最后兩個(gè)或多個(gè)被分析的操 作點(diǎn)的目標(biāo)函數(shù)值上的變化是否低于特定的閾值、局部目標(biāo)函數(shù)值最小值是否已經(jīng)達(dá) 到，或使用任意其他期望的標(biāo)準(zhǔn)來確定是否應(yīng)該確定新的操作點(diǎn)。如果要確定新的操作 點(diǎn)，那么框132改變與之前分析的操作點(diǎn)中的一個(gè)相關(guān)的廠變量、設(shè)定點(diǎn)、操作條件等 等中的一個(gè)或多個(gè)，以便確定要分析的新的廠操作點(diǎn)。一般來講，框132可以改變要使 用的冷凝器單元的數(shù)量(在當(dāng)前可使用的那些中的)、要用來運(yùn)行冷凝器單元、泵等等的 輔助功率的量、冷凝器單元中的一個(gè)或多個(gè)風(fēng)扇的速度、要在冷凝器中使用的噴霧，等 等。框132還可以基于之前分析的操作點(diǎn)的目標(biāo)函數(shù)分析的結(jié)果(以便以最小化，例如， 目標(biāo)函數(shù)的方向迭代地移動或改變廠變量)或以任意其他期望的方式來改變一個(gè)或多個(gè) 廠變量或設(shè)定點(diǎn)，以便確定要分析的新的廠操作點(diǎn)。
當(dāng)框132確定了要分析的新的操作點(diǎn)時(shí)，此點(diǎn)被提供到框126，框126隨后將對 此點(diǎn)的操作建模以確定此操作點(diǎn)是否可行，即在相關(guān)環(huán)境條件在相關(guān)約束內(nèi)操作以滿足 負(fù)荷需求。如果需要的話，框1 可以改變這些廠操作參數(shù)中的一些，例如燃料流量等 等，以便使操作點(diǎn)滿足負(fù)荷需求。如果框126能夠確定可行的點(diǎn)(即，使在期望負(fù)荷需 求下在約束內(nèi)廠操作的一個(gè))，那么此點(diǎn)被提供到框128，用于由目標(biāo)函數(shù)的分析。另一 方面，如果框1 確定提出的操作點(diǎn)不是可行的解決方案，因?yàn)槠洳荒茉诋?dāng)前環(huán)境條件 下和在相關(guān)約束內(nèi)獲得期望的負(fù)荷需求，那么該點(diǎn)被標(biāo)記成不可行的。無論怎樣，由框 1 檢查的或產(chǎn)生的任意可行的操作點(diǎn)會被提供到框128，以便被目標(biāo)函數(shù)分析，并且此 信息會被存儲。識別新操作點(diǎn)、分析這些操作點(diǎn)的可行性以及為每個(gè)可行的操作點(diǎn)確定 目標(biāo)函數(shù)值的此迭代過程被重復(fù)用于任意數(shù)量的迭代或點(diǎn)。
然而，在某一點(diǎn)上，框134分析存儲的操作點(diǎn)，并且選擇具有最小(或在某些情 況下最大)目標(biāo)函數(shù)值的操作點(diǎn)作為最佳廠操作點(diǎn)。當(dāng)，例如，已經(jīng)達(dá)到局部最大值或 最小值、已經(jīng)滿足特定數(shù)量的迭代或其他的標(biāo)準(zhǔn)等等時(shí)，可做出此確定。在框134基于 目標(biāo)函數(shù)值確定被分析的點(diǎn)中要使用的最好的或最佳操作點(diǎn)之后，此點(diǎn)被提供到專家系 統(tǒng)100。在框138處，專家系統(tǒng)100應(yīng)用存儲的規(guī)則和邏輯來修改或充實(shí)由框134提供 的解決方案。該專家引擎100可以，例如，將各種存儲的規(guī)則應(yīng)用到操作點(diǎn)，以便基于 這些規(guī)則來修改操作點(diǎn)和/或以便當(dāng)實(shí)施由框134提供的操作點(diǎn)時(shí)，選擇特定的設(shè)備使用 (例如，選擇使用廠內(nèi)哪個(gè)設(shè)備或風(fēng)扇來實(shí)施由數(shù)值解算器提供的解決方案，等等)。在 框140處，框140隨后將此修改的操作點(diǎn)(例如，廠設(shè)定點(diǎn)和設(shè)備操作條件)作為廠的最 佳操作點(diǎn)提供到廠控制器82?？刂破?2隨后使用那些設(shè)定點(diǎn)和設(shè)備操作指令以在最佳操作點(diǎn)上控制廠的正在進(jìn)行的或在線的操作。當(dāng)然，圖5的流程圖只是示例性的，并且除 了或代替在圖5中具體所示的，可實(shí)施用于運(yùn)行優(yōu)化循環(huán)的其他類型的方法和例程。
盡管以上文字闡述了對于本發(fā)明的許多不同實(shí)施方式的詳細(xì)描述，但是應(yīng)該理 解到，本發(fā)明的范圍由在本專利所附的權(quán)利要求的文字所限定。詳細(xì)描述被解釋為只是 示例性的，而不能描述本發(fā)明的每個(gè)可能的實(shí)施方式，因?yàn)槊枋雒總€(gè)可能的實(shí)施方式即 便是可能的，也將是不實(shí)際的。可使用當(dāng)前的技術(shù)或在本專利提交日期之后開發(fā)的技術(shù) 來實(shí)施許多可替換的實(shí)施方式，這將仍然屬于限定本發(fā)明的權(quán)利要求的范圍。
因此，可以在于此描述和闡述的技術(shù)和結(jié)構(gòu)上做出許多的修改和變化，而不偏 離本發(fā)明的精神和范圍。所以，應(yīng)該理解到，于此描述的方法和裝置只是說明性的，而 不是對本發(fā)明的范圍的限制。
權(quán)利要求
1.一種廠優(yōu)化系統(tǒng)，用于在控制具有包括蒸汽發(fā)生器、蒸汽消耗器和耦合在所述蒸 汽消耗器和所述蒸汽發(fā)生器之間的冷凝器系統(tǒng)的蒸汽循環(huán)的廠中使用，所述廠優(yōu)化系統(tǒng) 包括優(yōu)化器，所述優(yōu)化器包括計(jì)算單元和目標(biāo)函數(shù)，其中，所述計(jì)算單元分析與所述蒸 汽循環(huán)的操作相關(guān)的多個(gè)廠操作點(diǎn)中的每個(gè)，以便確定最佳地滿足所述目標(biāo)函數(shù)的初始 廠操作點(diǎn)，其中，所述多個(gè)廠操作點(diǎn)中的每個(gè)包括用于一組蒸汽循環(huán)操作變量中的每個(gè) 的值；以及專家引擎，所述專家引擎存儲一組規(guī)則，并且使用所述一組規(guī)則來調(diào)整與所述初始 廠操作點(diǎn)相關(guān)的用于所述蒸汽循環(huán)操作變量的所述值中的一個(gè)或多個(gè)，以便確定用于在 控制所述廠中使用的最佳廠操作點(diǎn)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的廠優(yōu)化系統(tǒng)，其中，所述計(jì)算單元是混合整數(shù)線性規(guī)劃優(yōu)化 器或者混合整數(shù)非線性規(guī)劃優(yōu)化器。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的廠優(yōu)化系統(tǒng)，其中，所述優(yōu)化器還包括對在所述廠的所述蒸 汽循環(huán)內(nèi)的設(shè)備的操作建模的一組設(shè)備模型，并且其中，所述計(jì)算單元使用所述設(shè)備模 型來預(yù)測所述廠的所述蒸汽循環(huán)在所述多個(gè)廠操作點(diǎn)中的每個(gè)處的操作。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的廠優(yōu)化系統(tǒng)，其中，所述計(jì)算單元接收與所述廠的操作限制 相關(guān)的一組約束，并且其中，所述計(jì)算單元將所述多個(gè)廠操作點(diǎn)確定為不違背所述一組 約束中的任意一個(gè)的廠操作點(diǎn)。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的廠優(yōu)化系統(tǒng)，其中，所述專家引擎基于所述專家引擎內(nèi)的所 述規(guī)則來確定所述一組約束中的一個(gè)或多個(gè)，并且向所述計(jì)算單元提供所確定的一組約 束中的所述一個(gè)或多個(gè)。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的廠優(yōu)化系統(tǒng)，其中，所述優(yōu)化器接收與所述廠的操作限制相 關(guān)的一組約束、與所述廠的操作相關(guān)的一組環(huán)境條件和所述廠的輸出需求，并且其中， 所述計(jì)算單元將所述多個(gè)廠操作點(diǎn)確定為這樣的廠操作點(diǎn)，即在該廠操作點(diǎn)，所述廠在 所述環(huán)境條件下操作以產(chǎn)生所述輸出需求而不違背所述一組約束中的任意一個(gè)。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的廠優(yōu)化系統(tǒng)，其中，所述目標(biāo)函數(shù)指定評估廠操作點(diǎn)的方 式，并且所述計(jì)算單元使用所述目標(biāo)函數(shù)來分析所述多個(gè)廠操作點(diǎn)中的每個(gè)以便為所述 多個(gè)廠操作點(diǎn)中的每個(gè)確定目標(biāo)函數(shù)值，并且基于為所述多個(gè)廠操作點(diǎn)確定的所述目標(biāo) 函數(shù)值來選擇所述多個(gè)廠操作點(diǎn)中的一個(gè)作為所述初始廠操作點(diǎn)。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的廠優(yōu)化系統(tǒng)，其中，所述蒸汽消耗器產(chǎn)生能量，并且其中， 所述目標(biāo)函數(shù)與確定每單位由所述蒸汽消耗器輸出的能量的所述廠的所述蒸汽循環(huán)的最 少操作成本相關(guān)。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的廠優(yōu)化系統(tǒng)，其中，所述冷凝器系統(tǒng)包括多個(gè)電驅(qū)動的空氣 冷卻式冷凝器單元，并且其中，所述一組蒸汽循環(huán)操作變量中的至少一個(gè)是限定所述冷 凝器系統(tǒng)的操作的冷凝器系統(tǒng)變量。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的廠優(yōu)化系統(tǒng)，其中，所述冷凝器系統(tǒng)變量包括要運(yùn)行的所 述電驅(qū)動的空氣冷卻式冷凝器單元的數(shù)量。
11.根據(jù)權(quán)利要求9所述的廠優(yōu)化系統(tǒng)，其中，所述冷凝器系統(tǒng)變量包括運(yùn)行所述電 驅(qū)動的空氣冷卻式冷凝器單元中的一個(gè)的風(fēng)扇的速度。
12.根據(jù)權(quán)利要求9所述的廠優(yōu)化系統(tǒng)，其中，所述冷凝器系統(tǒng)變量包括用來運(yùn)行所 述電驅(qū)動的空氣冷卻式冷凝器單元中的一個(gè)或多個(gè)的功率預(yù)算。
13.—種廠控制和優(yōu)化系統(tǒng)，用于在控制具有包括蒸汽發(fā)生器和多個(gè)電驅(qū)動的空氣冷 卻式冷凝器單元的蒸汽循環(huán)的廠中使用，所述廠控制和優(yōu)化系統(tǒng)包括廠控制器，所述廠控制器耦合到所述蒸汽發(fā)生器以及耦合到所述電驅(qū)動的空氣冷卻 式冷凝器，以基于一組廠操作變量指標(biāo)來控制所述蒸汽循環(huán)的操作；優(yōu)化器，所述優(yōu)化器分析與所述廠的操作相關(guān)的多個(gè)廠操作點(diǎn)中的每個(gè)，以確定初 始最佳廠操作點(diǎn)，其中，所述多個(gè)廠操作點(diǎn)中的每個(gè)包括用于一組廠操作變量中的每個(gè) 的值，所述廠操作變量中的至少一個(gè)是與所述廠的所述蒸汽循環(huán)內(nèi)的所述電驅(qū)動的空氣 冷卻式冷凝器單元的操作相關(guān)的冷凝器變量；以及專家引擎，所述專家引擎存儲一組規(guī)則，并且使用所述一組規(guī)則和與所述初始最佳 廠操作點(diǎn)相關(guān)的所述一組廠操作變量的所述值，以產(chǎn)生用于在所述廠控制器中使用的所 述一組廠操作變量指標(biāo)。
14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的廠控制和優(yōu)化系統(tǒng)，其中，所述優(yōu)化器包括計(jì)算單元和目 標(biāo)函數(shù)，其中，所述計(jì)算單元分析所述多個(gè)廠操作點(diǎn)中的每個(gè)，以將所述初始最佳廠操 作點(diǎn)確定為最佳地滿足所述目標(biāo)函數(shù)的廠操作點(diǎn)。
15.根據(jù)權(quán)利要求14所述的廠控制和優(yōu)化系統(tǒng)，其中，所述優(yōu)化器還包括對在所述廠 的所述蒸汽循環(huán)內(nèi)的設(shè)備的操作建模的一組設(shè)備模型，并且其中，所述計(jì)算單元使用所 述設(shè)備模型來預(yù)測所述廠的所述蒸汽循環(huán)的在所述多個(gè)廠操作點(diǎn)中的每個(gè)處的操作。
16.根據(jù)權(quán)利要求14所述的廠控制和優(yōu)化系統(tǒng)，其中，所述計(jì)算單元接收與所述廠的 操作限制相關(guān)的一組約束，并且其中，所述計(jì)算單元將所述多個(gè)廠操作點(diǎn)確定為不違背 所述一組約束中的任意一個(gè)的廠操作點(diǎn)。
17.根據(jù)權(quán)利要求16所述的廠控制和優(yōu)化系統(tǒng)，其中，所述專家引擎基于所述專家引 擎內(nèi)的規(guī)則來確定所述一組約束中的一個(gè)或多個(gè)，并且向所述計(jì)算單元提供所確定的一 組約束中的所述一個(gè)或多個(gè)。
18.根據(jù)權(quán)利要求14所述的廠控制和優(yōu)化系統(tǒng)，其中，所述優(yōu)化器接收與所述廠的操 作限制相關(guān)的一組約束、與所述廠的操作相關(guān)的一組環(huán)境條件和所述廠的輸出需求，并 且其中，所述計(jì)算單元將所述多個(gè)廠操作點(diǎn)確定為這樣的廠操作點(diǎn)，即在該廠操作點(diǎn)， 所述廠在所述環(huán)境條件下操作以產(chǎn)生所述輸出需求而不違背所述一組約束中的任意一 個(gè)。
19.根據(jù)權(quán)利要求13所述的廠控制和優(yōu)化系統(tǒng)，其中，所述廠操作變量指標(biāo)中的一個(gè) 包括要運(yùn)行的所述電驅(qū)動的空氣冷卻式冷凝器單元的數(shù)量。
20.根據(jù)權(quán)利要求13所述的廠控制和優(yōu)化系統(tǒng)，其中，所述廠操作變量指標(biāo)中的一個(gè) 包括運(yùn)行所述電驅(qū)動的空氣冷卻式冷凝器單元中的一個(gè)的風(fēng)扇的速度。
21.根據(jù)權(quán)利要求13所述的廠控制和優(yōu)化系統(tǒng)，其中，所述廠操作變量指標(biāo)中的一個(gè) 包括要用來運(yùn)行所述電驅(qū)動的空氣冷卻式冷凝器單元中的一個(gè)或多個(gè)的功率預(yù)算。
22.—種廠控制和優(yōu)化系統(tǒng)，用于在控制具有帶蒸汽發(fā)生器、蒸汽消耗器和具有耦合 在所述蒸汽消耗器和所述蒸汽發(fā)生器之間的多個(gè)電驅(qū)動的空氣冷卻式冷凝器單元的冷凝 器系統(tǒng)的廠蒸汽循環(huán)的廠中使用，所述廠控制和優(yōu)化系統(tǒng)包括優(yōu)化器，所述優(yōu)化器分析與所述蒸汽循環(huán)的操作相關(guān)的多個(gè)操作點(diǎn)，以確定所述蒸 汽循環(huán)的最佳操作點(diǎn)，其中，所述多個(gè)操作點(diǎn)中的每個(gè)包括用于一個(gè)或多個(gè)蒸汽循環(huán)操 作變量的不同的一組值，所述蒸汽循環(huán)操作變量包括至少一個(gè)冷凝器系統(tǒng)操作變量；以 及廠控制器，所述廠控制器被耦合以控制所述蒸汽發(fā)生器和所述電驅(qū)動的空氣冷卻式 冷凝器以由此控制所述廠蒸汽循環(huán)的所述操作，所述廠控制器還耦合到所述優(yōu)化器以接 收和使用與所述最佳操作點(diǎn)相關(guān)的用于所述一個(gè)或多個(gè)廠蒸汽循環(huán)操作變量的值，以便 控制所述廠蒸汽循環(huán)的所述操作。
23.根據(jù)權(quán)利要求22所述的廠控制和優(yōu)化系統(tǒng)，其中，所述優(yōu)化器包括計(jì)算單元和專 家引擎，所述計(jì)算單元確定與初始最佳操作點(diǎn)相關(guān)的一組操作值，所述專家引擎存儲一 組規(guī)則并使用所述一組規(guī)則來調(diào)整與所述初始最佳操作點(diǎn)相關(guān)的所述一組操作值，以便 為所述最佳操作點(diǎn)確定所述蒸汽循環(huán)操作變量值。
24.根據(jù)權(quán)利要求23所述的廠控制和優(yōu)化系統(tǒng)，其中，所述計(jì)算單元存儲和使用目標(biāo) 函數(shù)來確定所述初始最佳操作點(diǎn)。
25.根據(jù)權(quán)利要求24所述的廠控制和優(yōu)化系統(tǒng)，其中，所述蒸汽消耗器產(chǎn)生能量，并 且其中，所述目標(biāo)函數(shù)與確定每單位由所述蒸汽消耗器輸出的能量的所述蒸汽循環(huán)的最 少操作成本相關(guān)。
26.根據(jù)權(quán)利要求22所述的廠控制和優(yōu)化系統(tǒng)，其中，所述至少一個(gè)冷凝器系統(tǒng)操作 變量包括要運(yùn)行的冷凝器單元的數(shù)量。
27.根據(jù)權(quán)利要求22所述的廠控制和優(yōu)化系統(tǒng)，其中，所述至少一個(gè)冷凝器系統(tǒng)操作 變量包括運(yùn)行所述冷凝器單元中的一個(gè)或多個(gè)的一個(gè)或多個(gè)風(fēng)扇的速度。
28.根據(jù)權(quán)利要求22所述的廠控制和優(yōu)化系統(tǒng)，其中，所述至少一個(gè)冷凝器系統(tǒng)操作 變量包括用來運(yùn)行所述冷凝器單元中的一個(gè)或多個(gè)的功率預(yù)算。
29.一種優(yōu)化廠的控制的方法，所述廠具有帶蒸汽發(fā)生器、蒸汽消耗器和冷凝器系統(tǒng) 的蒸汽循環(huán)，所述方法包括確定多個(gè)廠操作點(diǎn)，所述多個(gè)廠操作點(diǎn)中的每個(gè)包括與所述廠的所述蒸汽循環(huán)內(nèi)的 設(shè)備的操作相關(guān)的一個(gè)或多個(gè)操作變量；利用目標(biāo)函數(shù)分析所述多個(gè)廠操作點(diǎn)中的每個(gè)，以便將所述多個(gè)廠操作點(diǎn)中的一個(gè) 確定為最佳地滿足目標(biāo)函數(shù)的初始最佳操作點(diǎn)；基于所述初始最佳操作點(diǎn)來確定特定的一組廠控制指標(biāo)值以在控制所述廠中使用， 所述特定的一組廠控制指標(biāo)值包括用于在控制所述廠的所述冷凝器系統(tǒng)中使用的指標(biāo) 值；以及將所述特定的一組廠控制指標(biāo)值提供到過程控制器，用于在控制所述廠中使用。
30.根據(jù)權(quán)利要求29所述的優(yōu)化廠的控制的方法，其中，所述冷凝器系統(tǒng)包括耦合在 所述蒸汽消耗器和所述蒸汽發(fā)生器之間的多個(gè)電驅(qū)動的空氣冷卻式冷凝器單元，并且其 中，確定所述特定的一組廠控制指標(biāo)值包括確定要在所述廠內(nèi)運(yùn)行的冷凝器單元的特定數(shù)量。
31.根據(jù)權(quán)利要求29所述的優(yōu)化廠的控制的方法，其中，所述冷凝器系統(tǒng)包括耦合在 所述蒸汽消耗器和所述蒸汽發(fā)生器之間的多個(gè)電驅(qū)動的空氣冷卻式冷凝器單元，并且其中，確定所述特定的一組廠控制指標(biāo)值包括使用一組存儲的規(guī)則和所述初始最佳操作點(diǎn) 來確定對要在所述廠內(nèi)運(yùn)行的特定的冷凝器單元的識別。
32.根據(jù)權(quán)利要求29所述的優(yōu)化廠的控制的方法，其中，所述冷凝器系統(tǒng)包括耦合在 所述蒸汽消耗器和所述蒸汽發(fā)生器之間的多個(gè)電驅(qū)動的空氣冷卻式冷凝器單元，并且其 中，確定所述特定的一組廠控制指標(biāo)值包括使用一組存儲的規(guī)則和所述初始最佳操作點(diǎn) 來確定要在所述廠內(nèi)運(yùn)行所述冷凝器單元的風(fēng)扇的速度。
33.根據(jù)權(quán)利要求29所述的優(yōu)化廠的控制的方法，其中，所述冷凝器系統(tǒng)包括耦合在 所述蒸汽消耗器和所述蒸汽發(fā)生器之間的多個(gè)電驅(qū)動的空氣冷卻式冷凝器單元，其中， 所述初始最佳操作點(diǎn)包括用于在運(yùn)行所述冷凝器系統(tǒng)中使用的功率預(yù)算，并且其中，確 定所述特定的一組廠控制指標(biāo)值包括使用一組存儲的規(guī)則和所述初始最佳操作點(diǎn)來基于 功率預(yù)算確定要在所述廠內(nèi)運(yùn)行的所述冷凝器單元的速度或數(shù)量。
34.根據(jù)權(quán)利要求29所述的優(yōu)化廠的控制的方法，其中，所述冷凝器系統(tǒng)包括耦合在 所述蒸汽消耗器和所述蒸汽發(fā)生器之間的多個(gè)電驅(qū)動的空氣冷卻式冷凝器單元，其中， 所述初始最佳操作點(diǎn)包括要在所述廠內(nèi)運(yùn)行的冷凝器單元的數(shù)量的范圍，并且其中，確 定所述特定的一組廠控制指標(biāo)值包括確定在冷凝器單元的所述數(shù)量的范圍內(nèi)的要在所述 廠內(nèi)運(yùn)行的冷凝器單元的特定數(shù)量。
35.根據(jù)權(quán)利要求34所述的優(yōu)化廠的控制的方法，其中，確定所述特定的一組廠控制 指標(biāo)值還包括將所述冷凝器單元的識別確定為要在所述廠內(nèi)運(yùn)行的冷凝器單元的所述特 定數(shù)量。
全文摘要
用于使用空氣冷卻式冷凝器的設(shè)施廠的一種優(yōu)化和控制系統(tǒng)，包括優(yōu)化器，其具有確定用于與廠的最佳操作點(diǎn)相關(guān)的一組控制變量值的數(shù)值解算器和在將控制變量設(shè)置提供到廠控制器之前監(jiān)視和修改這些控制變量設(shè)置的專家系統(tǒng)。數(shù)值解算器使用目標(biāo)函數(shù)和一個(gè)或多個(gè)廠設(shè)備模型來確定最小化每單位由廠產(chǎn)生的有用能的成本的廠的操作點(diǎn)。作為確定最佳廠操作點(diǎn)的一部分，數(shù)值解算器可以結(jié)合所有在當(dāng)前在廠處經(jīng)受的特定環(huán)境條件下產(chǎn)生給定量的功率(負(fù)荷需求)所需要的，來確定空氣冷卻式冷凝器內(nèi)的風(fēng)扇的數(shù)量和/或速度。專家系統(tǒng)可以通過基于例如風(fēng)扇的可使用性或運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)、風(fēng)扇和風(fēng)扇馬達(dá)的磨損等等確定在任意特定的時(shí)間要實(shí)際地使用哪些風(fēng)扇來修改這些輸出。
文檔編號F01K11/02GK102023623SQ20101028178
公開日2011年4月20日 申請日期2010年9月13日 優(yōu)先權(quán)日2009年9月11日
發(fā)明者D·G·弗斯特, F·C·赫夫, H·R·文恩, P·N·弗朗希諾 申請人:愛默生過程管理電力和水解決方案公司