基于隨機(jī)森林的600 MW直接空冷機(jī)組背壓運(yùn)行優(yōu)化

安留明，聶椿明，陳 衡，徐 鋼，李 季

（華北電力大學(xué)熱電生產(chǎn)過程污染物監(jiān)測與控制北京市重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京 102206）

近年來，我國電力行業(yè)發(fā)展迅猛，火電機(jī)組裝機(jī)容量屢創(chuàng)新高。隨著火電機(jī)組朝著更高參數(shù)、更大容量方向發(fā)展，火電廠每年消耗的水資源在逐年攀升。在我國富煤缺水的北方地區(qū)，貧乏的水資源成為限制電廠發(fā)展的一個(gè)重要問題。直接空冷技術(shù)對冷卻水的需求相對較少，其利用空冷風(fēng)機(jī)產(chǎn)生的冷風(fēng)以強(qiáng)制對流換熱的形式來冷卻凝汽器中的乏汽，有效節(jié)約了水資源，在我國北方缺水地區(qū)得到廣泛使用。然而，由于空氣的導(dǎo)熱系數(shù)僅為水的導(dǎo)熱系數(shù)的1/25，所以空冷機(jī)組的背壓和煤耗相對濕冷機(jī)組整體偏高。提高風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速可以增強(qiáng)空氣對流換熱能力，有利于降低機(jī)組背壓，增加機(jī)組發(fā)電出力，但是同時(shí)會引起風(fēng)機(jī)耗功功率的增加。因此，尋找使得機(jī)組發(fā)電功率增量ΔNt與風(fēng)機(jī)功率增量ΔNf之差（ΔNt–ΔNf）取得最大值的最佳背壓成為提高機(jī)組經(jīng)濟(jì)性的有效措施。

目前，在直接空冷機(jī)組最佳背壓的機(jī)理研究方面取得了很多進(jìn)展。任岐[1]介紹了直接空冷系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和組成設(shè)備，并對背壓的主要影響因素做了分析。高建強(qiáng)等[2]基于機(jī)理分析建立了最佳背壓優(yōu)化模型，分析了背壓變化對發(fā)電機(jī)功率和風(fēng)機(jī)耗功的影響。郝潤田[3]通過分析背壓的影響因素，提出了不同運(yùn)行工況下的背壓控制方法。曹旭等[4]通過研究空冷風(fēng)機(jī)的運(yùn)行特性，計(jì)算得到了不同工況下的最佳背壓值。郭民臣等[5]分析了機(jī)組變工況運(yùn)行時(shí)環(huán)境溫度、排汽熱負(fù)荷和環(huán)境風(fēng)速對背壓的影響。

近年來，隨著大數(shù)據(jù)、人工智能技術(shù)日趨成熟，機(jī)器學(xué)習(xí)與智能算法在電廠設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測與運(yùn)行優(yōu)化方面得到了廣泛的應(yīng)用。李曉恩[6]采用數(shù)據(jù)驅(qū)動的方法對電站設(shè)備進(jìn)行機(jī)理建模分析。卞韶帥等[7]基于機(jī)組運(yùn)行數(shù)據(jù)建立了各類數(shù)據(jù)挖掘分析模型，對冷端系統(tǒng)進(jìn)行診斷。潘云[8]通過BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)和遺傳算法對鍋爐燃燒進(jìn)行優(yōu)化分析。采用機(jī)器學(xué)習(xí)算法建模的方法，可以充分挖掘機(jī)組運(yùn)行數(shù)據(jù)的價(jià)值。以機(jī)組運(yùn)行數(shù)據(jù)為切入點(diǎn)，通過建立各個(gè)輸入與輸出的映射關(guān)系模型，結(jié)合數(shù)據(jù)可視化技術(shù)可以更直觀地分析各個(gè)輸入對研究對象的影響程度，進(jìn)而確定機(jī)組各個(gè)工況下的最優(yōu)狀態(tài)，并給出相應(yīng)的輸入值。因此，本文基于某電廠600 MW直接空冷機(jī)組運(yùn)行數(shù)據(jù)，采用隨機(jī)森林算法建立了不同工況下的機(jī)組凈功率-背壓模型，進(jìn)而得到了相應(yīng)的最佳背壓值，為指導(dǎo)空冷機(jī)組的背壓運(yùn)行優(yōu)化提供了借鑒和參考。

1 隨機(jī)森林算法介紹

集成學(xué)習(xí)包括多個(gè)單一的學(xué)習(xí)機(jī)。研究表明，集成學(xué)習(xí)機(jī)相對單一學(xué)習(xí)機(jī)有更高的泛化能力和預(yù)測準(zhǔn)確率[9]。集成學(xué)習(xí)可以用來解決分類和回歸問題，是機(jī)器學(xué)習(xí)框架的一種。隨機(jī)森林算法屬于集成學(xué)習(xí)的一種類型，具有靈活度高、不易過擬合、準(zhǔn)確率高的特性，有廣闊的應(yīng)用場景[10]。

隨機(jī)森林包含多顆決策樹。決策樹是由節(jié)點(diǎn)和樹枝組成的二叉樹結(jié)構(gòu)。決策樹自上向下依次進(jìn)行分裂，初始樣本經(jīng)過根節(jié)點(diǎn)分裂為2個(gè)新的子節(jié)點(diǎn)，隨機(jī)選取某些屬性后繼續(xù)分裂到下一層的葉子節(jié)點(diǎn)，如此不斷分裂直到最后的葉節(jié)點(diǎn)。葉節(jié)點(diǎn)是代表對應(yīng)的類或預(yù)測輸出的一類樣本，不可再繼續(xù)分裂[11-12]。圖1為隨機(jī)森林預(yù)測模型的構(gòu)建流程。

圖1 隨機(jī)森林預(yù)測模型構(gòu)建流程Fig.1 Flow chart of stochastic forest prediction model construction

其具體構(gòu)建步驟為[13-14]：1）隨機(jī)抽樣訓(xùn)練決策樹，利用Bootstrap重采樣法從初始樣本集S有放回地抽取了n個(gè)樣本，這n個(gè)樣本生成m（m

2 數(shù)據(jù)處理和模型建立

2.1 空冷島介紹及數(shù)據(jù)來源

本文的樣本數(shù)據(jù)來自某超臨界2×600 MW直接空冷機(jī)組?？绽鋶u由56臺風(fēng)機(jī)單元組成，其額定功率為132 kW，按照8排7列布置。其中包括順流區(qū)40臺風(fēng)機(jī)、逆流區(qū)16臺風(fēng)機(jī)，風(fēng)機(jī)直徑為9.754 m，額定轉(zhuǎn)速為73 r/min，額定風(fēng)量為573 m3/s，功率因數(shù)為0.87；空冷機(jī)組的換熱管束由單排翅片管組成，翅片管材料為碳鋼/鋁翅片，翅化比為123，總散熱面積為1 423 460 m2。

利用機(jī)組的廠級監(jiān)控信息系統(tǒng)（SIS）直接提取了機(jī)組2018年1月至2019年3月運(yùn)行期間的負(fù)荷、背壓、環(huán)境溫度、環(huán)境風(fēng)速、主蒸汽壓力、主蒸汽流量、主蒸汽溫度、給水流量、凝結(jié)水流量、凝結(jié)水溫度、風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速、風(fēng)機(jī)軸溫、風(fēng)機(jī)電流、風(fēng)機(jī)母線電壓14個(gè)測點(diǎn)的數(shù)據(jù)。本文對56臺風(fēng)機(jī)的軸溫測點(diǎn)數(shù)據(jù)取均值作為最終的風(fēng)機(jī)軸溫測點(diǎn)數(shù)據(jù)。由于風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速也有56個(gè)測點(diǎn)數(shù)據(jù)，對56個(gè)風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速進(jìn)行累加求和得到風(fēng)機(jī)的總轉(zhuǎn)速。在取出每臺空冷風(fēng)機(jī)的電流值后，風(fēng)機(jī)群耗功功率可以采用式(1)計(jì)算得到

式中：P為56臺風(fēng)機(jī)耗功總功率，kW；Uj為第j排風(fēng)機(jī)母線電壓，V；Ujk為第j排第k列風(fēng)機(jī)電流，A；cosφ為風(fēng)機(jī)相位角余弦值，取0.87。

在算出風(fēng)機(jī)群耗功之后，計(jì)算同一時(shí)刻下的機(jī)組負(fù)荷與風(fēng)機(jī)群耗功的差值作為機(jī)組凈功率。本文選取2018年全年數(shù)據(jù)作為建模數(shù)據(jù)，2019年3月份數(shù)據(jù)作為測試驗(yàn)證數(shù)據(jù)。

2.2 數(shù)據(jù)預(yù)處理

實(shí)測數(shù)據(jù)中往往存在缺失值、離群值和噪聲，此時(shí)就需要進(jìn)行數(shù)據(jù)預(yù)處理，以確保準(zhǔn)確、高效和有意義的分析[15]。本文使用MATLAB軟件通過數(shù)據(jù)篩選的方法來剔除原始數(shù)據(jù)中存在的停機(jī)工況、缺失值的數(shù)據(jù)。同時(shí)根據(jù)機(jī)組和空冷島的設(shè)計(jì)和熱力試驗(yàn)資料設(shè)置了部分運(yùn)行參數(shù)的范圍，詳見表1。參數(shù)外的運(yùn)行數(shù)據(jù)視為非正常運(yùn)行工況，對其進(jìn)行剔除處理以利于提高模型的準(zhǔn)確性。

表1 機(jī)組運(yùn)行數(shù)據(jù)參數(shù)范圍Tab.1 Range of unit operation data parameters

2.3 模型變量選取

灰色關(guān)聯(lián)分析法可以用來判斷1組數(shù)據(jù)中相關(guān)因子對所選研究因子的影響強(qiáng)弱程度，這種影響程度可以用關(guān)聯(lián)系數(shù)來衡量。關(guān)聯(lián)系數(shù)具體計(jì)算步驟如下[16-18]：

步驟1 選定要研究的因子數(shù)據(jù)作為母序列，對研究因子有影響的相關(guān)因子數(shù)據(jù)作為子序列。

步驟2 為消除量綱差異造成的影響，需要對母序列、子序列進(jìn)行無量綱歸一化處理，處理后的數(shù)值在0～1之間。

步驟3 計(jì)算母數(shù)列與子數(shù)列的關(guān)聯(lián)系數(shù)。對于一個(gè)母序列x0有若干個(gè)子序列x1,x2, …,xn，各母序列與子序列間的關(guān)聯(lián)系數(shù)可由式(2)算出。其中：ρ為調(diào)節(jié)系數(shù)，取值為0~1之間，一般取0.5；xi(k)表示第i個(gè)子序列的第k個(gè)數(shù)值。

步驟4 計(jì)算關(guān)聯(lián)系數(shù)。對不同時(shí)刻子序列與母序列間的關(guān)聯(lián)系數(shù)取均值，作為整體上的關(guān)聯(lián)系數(shù)。關(guān)聯(lián)度公式為

式中ri值越接近1，說明相關(guān)性越好。

在已有測點(diǎn)中選取機(jī)組凈功率作為母序列，其他11個(gè)測點(diǎn)與機(jī)組凈功率有關(guān)的測點(diǎn)（背壓、風(fēng)機(jī)總轉(zhuǎn)速、環(huán)境溫度、主蒸汽壓力、主蒸汽溫度、風(fēng)機(jī)軸溫、凝結(jié)水流量、主蒸汽流量、凝結(jié)水溫、給水流量、環(huán)境風(fēng)速）作為子序列，求得機(jī)組凈功率與各測點(diǎn)的關(guān)聯(lián)系數(shù)如圖2所示。

由圖2可見，主蒸汽流量、凝結(jié)水流量、主蒸汽壓力、主蒸汽溫度、給水流量因與機(jī)組負(fù)荷密切相關(guān)，進(jìn)而影響機(jī)組凈功率，其關(guān)聯(lián)系數(shù)較高。為了減少數(shù)據(jù)冗余和提高背壓變化對機(jī)組凈功率的響應(yīng)靈敏度，保留主蒸汽流量作為建模變量。凝結(jié)水溫度因與背壓密切相關(guān)，其隨背壓變化影響機(jī)組凈功率，二者保留背壓作為建模變量。風(fēng)機(jī)總轉(zhuǎn)速、風(fēng)機(jī)軸溫因與風(fēng)機(jī)群耗功相關(guān)，進(jìn)而影響機(jī)組凈功率。因?yàn)榭绽錂C(jī)組主要依靠調(diào)節(jié)風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速來改變機(jī)組背壓，后文需要采用控制變量法分析僅改變背壓對機(jī)組凈功率的影響，故風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速不能作為建模變量，可保留風(fēng)機(jī)軸溫作為建模變量。環(huán)境風(fēng)速、環(huán)境溫度作為主要影響空冷機(jī)組冷端運(yùn)行狀況的因素，也保留作為建模變量。

圖2 各變量與機(jī)組凈功率間的關(guān)聯(lián)系數(shù)（2018年數(shù)據(jù)）Fig.2 Correlation coefficient between data variables and unit net power in 2018

2.4 模型建立

最佳背壓是指使得機(jī)組發(fā)電功率增量ΔNt與風(fēng)機(jī)功率增量ΔNf之差ΔNt-ΔNf取最大值時(shí)所對應(yīng)的背壓值。一般需要建立機(jī)組發(fā)電功率-背壓模型和風(fēng)機(jī)功率-背壓模型，然后選定起始工況點(diǎn)，分別計(jì)算機(jī)組發(fā)電功率增量-背壓、風(fēng)機(jī)功率增量-背壓的數(shù)值關(guān)系，最后做出機(jī)組凈功率增量-背壓函數(shù)曲線以求得最佳背壓[19-21]。由于需要建立2個(gè)模型，導(dǎo)致累加誤差較大，同時(shí)根據(jù)取出的機(jī)組負(fù)荷、風(fēng)機(jī)群耗功數(shù)據(jù)作差計(jì)算得到了機(jī)組凈功率，所以考慮直接建立機(jī)組凈功率-背壓模型來尋找最佳背壓。

由于機(jī)組運(yùn)行數(shù)據(jù)集中在300 MW以上，本文以300 MW為起始點(diǎn)，30 MW為步長，分別計(jì)算了11個(gè)典型負(fù)荷下不同環(huán)境溫度下的最佳背壓。最佳背壓計(jì)算流程如圖3所示[22]。具體計(jì)算步驟如下：

圖3 最佳背壓計(jì)算流程Fig.3 Flow chart of the optimal back pressure calculation

1）選取典型負(fù)荷數(shù)據(jù)，即300、330、360、390、420、450、480、510、540、570、600 MW。每個(gè)負(fù)荷附近±2 MW都作為該負(fù)荷的數(shù)據(jù)。

2）在每一負(fù)荷下，從0～35 ℃每隔5 ℃選取1個(gè)溫度值，這樣一共劃分了88個(gè)工況。每個(gè)環(huán)境溫度附近±0.5 ℃都作為該溫度的數(shù)據(jù)。如9.5～10.5 ℃內(nèi)的數(shù)據(jù)歸為10 ℃的數(shù)據(jù)。

3）采用隨機(jī)森林分別建立每個(gè)工況下的機(jī)組凈功率-背壓關(guān)系模型。隨機(jī)選取每個(gè)工況下4/5的數(shù)據(jù)作為訓(xùn)練集，1/5的數(shù)據(jù)作為測試集數(shù)據(jù)。

4）通過調(diào)節(jié)建模參數(shù)改善建模精度，直到測試集的平均相對誤差在0.5%以下。

5）對負(fù)荷、環(huán)境溫度劃分后的數(shù)據(jù)集取平均值作為該工況下的典型值。以平均背壓為中心，其增減3 kPa為上下界，采取窮舉法，步長設(shè)為0.1 kPa，生成背壓尋優(yōu)區(qū)間，其他邊界條件取典型值保持不變，代入模型尋找機(jī)組凈功率最大值對應(yīng)的背壓，即為最佳背壓。

2.5 建模參數(shù)的確定與誤差分析

以環(huán)境溫度20 ℃、機(jī)組負(fù)荷420 MW范圍內(nèi)數(shù)據(jù)為例，采用隨機(jī)森林算法建立機(jī)組凈功率-背壓關(guān)系模型，模型輸入變量選取為背壓、主蒸汽流量、風(fēng)機(jī)軸溫、環(huán)境溫度、環(huán)境風(fēng)速，輸出變量為機(jī)組凈功率。

采用循環(huán)試驗(yàn)法確定隨機(jī)森林算法中回歸樹顆數(shù)“Ntrees”和最小葉子節(jié)點(diǎn)“MinleafSize”2個(gè)主要的建模參數(shù)以滿足模型誤差要求。在隨機(jī)森林的Bootstrap重采樣過程中，每次約有1/3的數(shù)據(jù)未被選中參加回歸樹的訓(xùn)練過程，這些數(shù)據(jù)稱為袋外數(shù)據(jù)（out of bagdata），可以取代測試集作為一種誤差估計(jì)方法。

李蔚等[23]給出“Ntrees”范圍一般為50～200，默認(rèn)取為50。為了確定最佳回歸樹顆數(shù)“Ntrees”的取值，取回歸樹顆數(shù)分別為50、100、150、200時(shí)建模觀察袋外觀測數(shù)據(jù)的均方誤差，如圖4所示。從圖4可知，隨著回歸樹顆數(shù)的增加，均方誤差快速下降，最后趨于平緩?；貧w樹顆數(shù)為200時(shí)模型的均方誤差最小。

圖4 不同回歸樹顆數(shù)的袋外均方誤差Fig.4 The out-of-bag mean square error for different numbers of regression tree

對于回歸，一般的規(guī)則是將最小葉子節(jié)點(diǎn)數(shù)“MinleafSize”設(shè)置為5，可以通過比較不同葉子節(jié)點(diǎn)數(shù)對應(yīng)的回歸均方誤差來確定最佳葉子節(jié)點(diǎn)。不同最小葉子結(jié)點(diǎn)下的均方誤差如圖5所示。由圖5可知，葉子節(jié)點(diǎn)為5時(shí)的均方誤差最小。

圖5 不同最小葉子結(jié)點(diǎn)下的均方誤差Fig.5 The mean square errors with different min leaf sizes

為了比較隨機(jī)森林參數(shù)調(diào)節(jié)后該工況下的測試集誤差能否滿足模型誤差要求。引入平均絕對誤差δMAE、平均相對誤差δMAPE、均方誤差δMSE、決定系數(shù)R2等4個(gè)評價(jià)指標(biāo)。測試結(jié)果見表2。

表2 隨機(jī)森林回歸模型調(diào)參前后的誤差對比Tab.2 The errors of random forest regression model before and after the parameter adjustment

由表2可知，模型調(diào)參后的δMAE、δMAPE、δMSE等均小于調(diào)參前的數(shù)值，模型精度有所提升。調(diào)節(jié)前后均能滿足模型平均相對誤差小于0.5%的要求。決定系數(shù)R2的取值范圍是[0,1]，R2越接近1則模型擬合效果越好。

3 計(jì)算結(jié)果及評估

3.1 最佳背壓計(jì)算

經(jīng)過計(jì)算，環(huán)境溫度為20 ℃，負(fù)荷為420 MW時(shí)的機(jī)組凈功率-背壓關(guān)系如圖6所示。從圖6可知，隨著背壓增大，機(jī)組凈功率先增大后減小，在背壓為8.6 kPa時(shí)機(jī)組凈功率達(dá)到最大。所以，環(huán)境溫度為20 ℃時(shí)，該負(fù)荷下的最佳背壓值為8.6 kPa。

圖6 機(jī)組凈功率-背壓關(guān)系Fig.6 The relationship between net output and back pressure of the unit

同樣地，使用隨機(jī)森林算法建立各負(fù)荷下不同環(huán)境溫度下的機(jī)組凈功率-背壓關(guān)系模型可以得到相應(yīng)的最佳背壓值。為便于進(jìn)一步觀察，繪制不同負(fù)荷下的最佳背壓與環(huán)境溫度的關(guān)系，如圖7所示。

圖7 各負(fù)荷段內(nèi)最佳背壓與環(huán)境溫度的關(guān)系Fig.7 Change trends of the optimal back pressure with ambient temperature at different loads

從圖7可以看出，最佳背壓隨著環(huán)境溫度、負(fù)荷的增大而增大，且環(huán)境溫度越高最佳背壓隨負(fù)荷的增大速率越大。環(huán)境溫度較低時(shí)，最佳背壓隨負(fù)荷增大變化范圍較小；環(huán)境溫度較高時(shí)，最佳背壓隨負(fù)荷增大顯著增大。

3.2 節(jié)能效果評估

通過計(jì)算最佳背壓下的機(jī)組凈功率與運(yùn)行數(shù)據(jù)中實(shí)際背壓下的凈發(fā)電功率差值，并把計(jì)算得到的差值以時(shí)間為橫坐標(biāo)進(jìn)行積分計(jì)算，可以得到累計(jì)節(jié)電量。在對不同負(fù)荷下的節(jié)電量進(jìn)行比較時(shí)，為了消除不同負(fù)荷下的數(shù)據(jù)量不同造成的計(jì)算結(jié)果差異，把每個(gè)負(fù)荷下的節(jié)電量除以該負(fù)荷下的數(shù)據(jù)量得到了單個(gè)樣本的平均節(jié)電量。由于建模數(shù)據(jù)取自直接空冷機(jī)組的廠級監(jiān)控信息系統(tǒng)（SIS），樣本數(shù)據(jù)間隔為30 s，為了便于計(jì)算，將每個(gè)樣本點(diǎn)數(shù)據(jù)在30 s內(nèi)近似看作不變，所以累計(jì)節(jié)電量和單個(gè)樣本的平均節(jié)電量計(jì)算公式見式(4)、式(5)。

通過計(jì)算2019年3月份背壓優(yōu)化后的節(jié)電量，可以對2018年數(shù)據(jù)得到的最佳背壓表進(jìn)行節(jié)能效果評估。首先，將3月份運(yùn)行數(shù)據(jù)中的實(shí)際背壓替換為最佳背壓；然后，同樣按負(fù)荷、環(huán)境溫度進(jìn)行數(shù)據(jù)分群；最后，把替換為最佳背壓后的分群數(shù)據(jù)代入2018年對應(yīng)的分群工況模型中求出最佳背壓下的機(jī)組凈功率。

背壓替換過程為：根據(jù)表3對2019年3月份數(shù)據(jù)進(jìn)行線性插值可以得到相應(yīng)的最佳背壓值。

本文采用了MATLAB中三維插值函數(shù)griddata來實(shí)現(xiàn)插值過程，griddata函數(shù)支持在指定的查詢點(diǎn)對曲面進(jìn)行插值并返回插值結(jié)果，插值方法包括“l(fā)inear” “nearest”“natural”“cubic”“v4”5種，這里選用了“l(fā)inear”進(jìn)行線性插值。具體步驟為：1）以表2中的環(huán)境溫度、負(fù)荷、最佳背壓值分別為x、y、z軸生成網(wǎng)格化的插值曲面；2）以2019年3月份運(yùn)行數(shù)據(jù)中的負(fù)荷、環(huán)境溫度為插值查詢點(diǎn)，對其進(jìn)行插值。插值結(jié)果如圖8所示。

圖8 2019年3月份插值背壓Fig.8 The interpolation back-pressure diagram in March,2019

為進(jìn)一步觀察最佳背壓優(yōu)化前后不同負(fù)荷段下的機(jī)組凈功率的變化以評估最佳背壓的節(jié)能效果，選取2019年3月份環(huán)境溫度20 ℃，負(fù)荷為330、420、510 MW的各100個(gè)樣本數(shù)據(jù)點(diǎn)，分別繪制了優(yōu)化前后的背壓和機(jī)組凈功率對比圖（圖9、圖10）。由圖9、圖10可以看出：機(jī)組實(shí)際背壓和優(yōu)化背壓隨著負(fù)荷的增大而增大，330 MW時(shí)，機(jī)組優(yōu)化運(yùn)行背壓大都在8 kPa以下，510 MW時(shí)機(jī)組的優(yōu)化背壓多數(shù)達(dá)到9～10 kPa；不同負(fù)荷下的優(yōu)化背壓大部分小于實(shí)際背壓，且背壓優(yōu)化后的機(jī)組凈功率較優(yōu)化前有所提升，這說明適當(dāng)降低機(jī)組背壓有利于增大機(jī)組凈功率。由圖10可知，不同負(fù)荷下背壓優(yōu)化后的機(jī)組凈功率大于優(yōu)化前的機(jī)組凈功率，這說明了2018年數(shù)據(jù)得到的最佳背壓表在指導(dǎo)背壓優(yōu)化方面有一定的參考價(jià)值。

圖9 不同負(fù)荷下背壓優(yōu)化前后對比Fig.9 Comparison of back pressure before and after optimization at different loads

圖10 不同負(fù)荷下背壓優(yōu)化前后機(jī)組凈功率對比Fig.10 Comparison of unit net output before and after back pressure optimization at different loads

為進(jìn)一步評估不同負(fù)荷下背壓優(yōu)化后的機(jī)組節(jié)能效果，采用式(4)、式(5)計(jì)算了300~600 MW范圍內(nèi)各典型負(fù)荷下的累計(jì)節(jié)電量和單個(gè)樣本的平均節(jié)電量，結(jié)果見表3。

表3 背壓優(yōu)化后不同負(fù)荷下的節(jié)電量 單位：kW·hTab.3 The energy saving at different loads after back pressure optimization

由表3可知：在300~450 MW低負(fù)荷范圍內(nèi)，機(jī)組單個(gè)樣本的平均節(jié)電量在5 kW·h以上；當(dāng)機(jī)組負(fù)荷升高到480 MW時(shí)，其單個(gè)樣本的平均節(jié)電量小于5 kW·h。由此可見，低負(fù)荷階段機(jī)組使用最佳背壓優(yōu)化后的節(jié)能效果更好，其相應(yīng)的機(jī)組凈功率增量更顯著。

4 結(jié) 論

本文基于機(jī)組運(yùn)行數(shù)據(jù)建立了不同環(huán)境溫度、負(fù)荷數(shù)據(jù)群下的機(jī)組凈功率-背壓模型，通過模型得到了機(jī)組不同工況下的最佳背壓表。根據(jù)2018年運(yùn)行數(shù)據(jù)得到的最佳背壓表，采用線性插值的方法對2019年3月份的實(shí)際背壓進(jìn)行了替換優(yōu)化，計(jì)算優(yōu)化后的機(jī)組凈功率，得到了如下結(jié)論：

1）最佳背壓隨著環(huán)境溫度、負(fù)荷增大而增大，且環(huán)境溫度越高最佳背壓隨負(fù)荷的增大速率越大。

2）環(huán)境溫度為20 ℃時(shí)，優(yōu)化背壓大都小于實(shí)際背壓，適當(dāng)降低運(yùn)行背壓有利于增大機(jī)組凈功率。

3）不同負(fù)荷工況下的機(jī)組凈功率優(yōu)化效果不同，機(jī)組在低負(fù)荷下的凈發(fā)電功率增量更顯著。

4）背壓優(yōu)化后2019年3月份的機(jī)組凈功率有所提高，這表明2018年數(shù)據(jù)得到的最佳背壓表在指導(dǎo)背壓優(yōu)化方面有較大參考價(jià)值。