电力工业是节能降耗的重点领域,对实现“十二五”规划纲要提出的节能减排约束性指标关系重大。作为一个发电企业,在安全性、可靠性约束条件下,追求利润的最大化是它的主要目标。在当前的电力市场环境下,以提高汽轮发电机组运行安全性、经济性为核心的火电厂优化运行等相关课题焕发了新的生机,成为了电力行业相关大专院校和研究所的研究重点之一。本文在深入分析了国内外汽轮机组运行优化技术和电站仿真技术的研究现状基础上,针对目前国内汽轮机组在机组运行参数优化、在线性能监测与优化运行操作指导方面存在的不足,创新性提出了数值仿真技术应用于汽轮机组运行技术研究。本文的主要研究成果如下：从优化潜力角度分析了目前汽轮机组运行过程中存在着过度安全的问题,提出了可以利用电厂DCS系统中海量数据参数,借助于数据挖掘技术来确定优化运行的途径。提出一种基于人工神经网络、现代控制理论和非线性优化算法的多变量动态优化控制系统。该系统利用机组DCS本身具有的数据库中的数据作为系统数据分析的基础,通过神经网络模型在线分析,可以快速地得到运行参数的最优修正值。提出了利用仿真技术来研究汽轮机组优化运行的规律,并用先进的控制策略来完善现有机组的控制系统。实现这一新技术的基础就是建立性能分析用动态高精度的数学模型。在分析了该新技术应用的可行性后,分别建立了汽轮机组经济性运行密切相关的一些重要设备与系统分析数学模型,包括汽轮机本体,回热加热系统、凝结水及循环水系统、汽轮机组管道流网数学模型。并针对培训用途仿真机数学模型存在着大量的简化、较少考虑设备实际结构参数等缺陷,进行了改进和完善。然后将汽轮机本体等设备模型组装成回热加热系统、凝结水及循环水系统等系统模型,再加上汽轮机组流网模型,最后装入某实际火电厂全仿真机,结合理论分析及电厂运行技术人员的运行经验对模型在各种运行工况下的动、静态特性进行大量的仿真试验。仿真结果证明本文所建立的分析数学模型具有很高的精度、良好的动态特性、且全面考虑到汽轮机组设备与系统之间的最佳静、动态配合问题。模型的仿真试验结果更符合电厂实际生产过程。建立关于汽轮机系统相关主参数的回归模型,为了提高各主参数回归模型的精确性,参数分6个工况一共训练出24个网络,训练好的网络经过测试数据的检验,各网络误差均满足要求。从理论上分析了汽轮机组变工况运行条件下系统设备参数优化应达值的确定方法,结合机组环境外界对其经济性的影响,确定出机组在不同工况下最优主蒸汽压力的应达值。在获得汽轮机组运行优化应达值基础上,通过能损计算模型分析机组的经济性,并建立运行性能优化模型。提出了如何通过对设备性能状态分析和运行参数分析,给出最优经济运行指导。借助精确性能模型构造电站全仿真机平台,利用该平台对机组经济性降低的各种因素进行详细的研究。建立了加热器运行状态的能损计算模型,它可用于判断加热器运行状态是否正常,也即加热器的状态基准；其次给出了加热器端差能损计算模型,用于判断端差物性对端差的影响,加热器端差变化如果不正常,就表明加热器内有污垢或者空气。建立了抽汽管道压损计算模型,用于判断抽汽管道是否出现部分堵塞和冲蚀等异常工况。提出了大型汽轮机组运行优化系统的实现方法以及面向厂级监控系统(SIS)的机组运行优化系统的硬件结构。为将该系统中的运行优化功能设置到电厂SIS层中提供了强有力的支持。