基于精益化管理的智慧电厂运行优化研究

尚尔发，杨洋，李权耕，袁建丽

（1.内蒙古霍煤鸿骏铝电有限责任公司，内蒙古 霍林郭勒 029200；2.国家电投集团科学技术研究院，北京 102209）

0 引言

随着国家电改政策陆续出台，新的电力市场竞争模式下火电厂生存压力日益严峻。火电企业要想在日趋激烈的市场竞争中更好地生存和发展，就需要在内部不断挖潜，拓展管理模式，创新技术手段。精益化管理起源于日本丰田公司精益生产管理理念，其基本思想是通过优化业务流程和资源配置，聚焦运行细节管理，达到推动企业不断适应外部环境变化、不断进行自我完善和自我寻优的目的[1]。火电机组节能降耗已成为火力发电企业最为关心的问题，在这一背景下深化运行精益化管理，以精准量化为手段，促进火电机组运行指标持续优化，助力发电企业提质增效。本文运用精益化管理思想，提出火电机组运行精益化管理方法，并结合当前大数据、人工智能等技术研究建设智能运行平台，为全面提升电厂经营管理水平、降低运行成本提供参考和借鉴。

1 火电机组运行精益化方法

火电机组运行优化是基于精益化管理量化分析理论，在发展上精准投入，注重效益，在管理上创新方式，优化提升，在流程上精简环节，提高效率。建立健全运行管理标准体系和评价体系，创新管理方法，细化管理内容，提升管理标准[2]，具体方法如下：

（1）完善管理制度和评价体系。依据电厂运行管理现状，梳理管理制度，优化管理流程，健全工作标准，完善评价体系。通过对运行工作整体流程的梳理和优化，形成结构合理、层次清晰的业务结构，从而为技术标准体系、管理标准体系的建立提供可参考的依据，为工作标准中各岗位的工作内容和职责权限提供内容，同时也为运行操作量化提供评价和考评机制，为运行精益化管理提供制度标准依据和支撑[3]。

（2）量化分析，对标标杆。火电机组指标偏差表现出小幅度、综合性、大数量等基本特点，部分指标与同类型行业标杆机组差距较大，这些差距均匀分布在机组各子系统及主设备的各部分，累积达到较高水平。这些小偏差的治理，依赖于精益化运行管理工作的深入推进，在进行科学量化之后，深入分析原因，根据各项偏差的影响大小及治理难度科学投入，采取有效措施，通过经济运行的精益化改善，实现能耗精准管理，提高机组能效管理水平，提升火电机组的盈利能力。

（3）闭环管理。对运行精益化管理工作中存在的问题和良好实践进行收集、筛选、分析、改进和分享。并通过建立公平合理的绩效考评以及考评到人的机制，促使运行人员的操作不断向最优值靠拢，激励运行人员寻优动力并将成果固化，实现火电厂运行优化成果数字化转化、存储、继承和应用的持续优化闭环管理。

（4）技术创新。管理方法应与技术创新工具通力协作才能发挥出最大价值。随着科学技术的快速发展，大家普遍意识到技术驱动建设智能电厂的可行性和重要性，而在智能电厂建设中，电厂运行经验、运行数据的数字化是电厂转型升级的基本条件，是实现自动控制向智能控制转变的基础。结合当前大数据技术、人工智能等先进技术，建立火电机组智能运行平台，成为智慧电厂建设的重要组成部分[4]。

2 火电机组运行精益化应用

在火电机组运行精益化方法基础上，以安全、环保、经济运行为导向，运用高级统计分析、大数据和人工智能等技术，构建智能运行系统。首先，通过对机组历史数据挖掘寻找机组最优工况，建立动态目标数据库。其次，实时计算分析运行参数对机组经济性的影响，对比最优目标值，指导操作人员操作。再次，利用操作耗差实现对运行操作的量化考评，再通过科学合理的绩效考评机制，促使运行人员的操作不断向目标值靠拢，激励运行人员不断创优。最后，系统创建发电企业运行优化成果的数字化转化、存储、传承和应用的持续闭环管理，实现对机组安全、经济运行的实时管控，为发电企业管控层提供决策依据，提升火电厂经济效益，推动智慧电厂建设。

智能运行系统对火电机组经济运行中存在的问题进行广泛数据汇总和分析，通过统计分析结果，优化运行操作，通过创新技术的应用，可以解决以下典型问题：

（1）发电机组运行全过程标准化、精益化管理难度大问题；（2）小指标竞赛得分不能全面反映机组经济水平问题；（3）考核对运行人员的实际操作没有指导意义问题；（4）耗差分析和小指标竞赛对指导生产存在滞后性问题；（5）绩效对运行人员的实际操作指导意义偏弱问题；（6）多工况下，机组重要参数波动大、安全和经济指标管理水平低问题；（7）应用信息化技术，解决不同工况下的运行最优问题。

3 火电机组智能运行系统的功能

针对上述问题，将从智能运行系统的四个重要模块功能方面进行重点阐述。系统可应用于操作员，实时指导运行人员针对性的调整操作，实现机组的最优化运行；也可应用于火电厂各专业主管，通过计算、统计功能，减少人工统计、计算指标带来的工作量；也可应用于生产运行部门，科学公正地开展运行评价工作，最大限度的实现运行激励作用；也可应用于全公司，实现机组运行的持续优化，实现机组长周期安全、稳定、经济、环保运行和经济效益的最大化。

3.1 关键生产数据采集与处理

智能运行系统以电厂运行大数据为基础，结合电厂生产管理系统等现有有效数据资源，选取具有广泛性、代表性的能耗关键参数，平台接收实时与非实时数据，对数据进行筛选和处理，为平台性能计算及耗差计算提供数据基础。

智能运行系统采用多种手段相结合对运行参数的原始数据进行验证和校准，对失真参数进行辨识与重构，根据不同类型的参数采用多种方式进行坏点识别，同时对测量数据和不良数据进行修正，即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和稳定性[5]。

根据不同类型的参数可采用以下三种不同的方式进行坏点识别：（1）量程检查：直接进行运行参数上下限判断，超过上下限范围的判断为坏点；（2）精度检查：确定运行参数的基准曲线，并以此为标准对实际参数进行判别，超过一定的上下限判断为坏点；（3）基于AI的参数检查：采用人工神经网络、支持向量机等机器学习算法对采集数据进行辨识和深度学习。

3.2 动态目标值数据库建设及寻优

智能运行系统以火电机组历年运行数据为基础，运用高级统计分析、大数据和人工智能等技术，以当前机组已设计好的工况边界条件和电厂常用的各类稳定指标、经济指标、环保指标等作为筛选因子，从机组历史运行数据中挖掘出不同运行工况下运行的最优值，并结合同类型国内外先进机组实际运行数据、历年全国可靠性金牌机组、大机组竞赛数据，组成火电机组在当前运行条件下所能达到的最佳值，将机组运行优化成果有效应用到生产实际并标准化操作，实现对运行人员的操作指导，并通过对实时运行大数据的不断挖掘、筛选、分析，自动发现更优目标值，进而实现动态目标值库的迭代更新[6-8]。

同时，智能运行系统结合深度学习和高级统计学方法，通过采集不同工况下的历史数据的数据样本，对样本进行模型训练，从而构建动态目标值模型，在机组运行的当前工况下，模型智能寻找最优值，实现系统实时自动在线寻优和智能建库。

3.3 性能计算及耗差分析

智能运行系统通过对锅炉、汽轮机、辅机系统等性能指标的计算、分析出各个主要参数实际值与目标值的偏差对煤耗、热耗、电耗的影响，定量定性地描述各项偏差，使有关生产人员及时准确的掌握机组当前运行工况，提示并指导运行人员及时调整。耗差分析包括对机组主要影响煤耗的参数进行偏差计算分析的功能，并将计算结果全方位展示，包括历史比较、平行比较分析、聚类分析及权重分析等，同时能够实时显示动态可控因子目标值数据库，为运行人员提供操作指导。

3.4 操作绩效考评

智能运行系统依据电厂绩效考评制度将操作行为与考核指标挂钩，根据操作耗差得出运行人员的绩效得分，实现闭环管理，用绩效的手段来促使员工向最优靠拢，并正向激励运行人员不断创优，调动员工的积极性和能动性。

4 结论

目前火电厂面临着智能化转型升级的严峻挑战，本文提出火电机组运行精益化方法，同时构建了基于精益化管理的智能运行系统。该系统目前已在多个火电厂试点应用并取得积极成果，在提升管理水平的同时也为智慧电厂智慧运行板块建设奠定智能化转型基础，系统具有进一步推广应用价值。