直接空冷系统露天布置,受环境因素与风机群集群效应的耦合作用,各个风机工作状态均易发生变化,直接空冷机组背压也随之变化,并且风机群的高耗电量导致了直接空冷机组厂用电率较高,最终使得直接空冷机组的供电煤耗较高。因此,研究直接空冷系统的状态监测及运行优化对提高机组的安全性和经济性有着十分重要的意义。本文以某2×600MW直接空冷机组为研究对象,针对不同环境风条件,采用CFD(Computational Fluid Dynamics)模拟与BP神经网络相融合的方法,建立了冷端系统特性模型,进而研究了机组的经济背压。主要研究内容包括:首先,建立了直接空冷系统的数值模拟模型,研究了不同条件下翅片管温度和空气吸热量的关系,并提出了一种基于最小二乘的迭代算法,计算了典型工况下各个风机流量和两台直接空冷机组的机组背压,将模型计算结果与直接空冷机组的实际运行数据进行对比,验证了冷端系统数值模型的准确性,进而基于BP神经网络建立了考虑集群效应和环境风的直接空冷系统特性模型,为直接空冷系统变工况特性分析提供了模型基础。其次,基于空冷岛数值模型分析了无风、侧风、炉后风和炉前风条件下空冷岛的流场和温度场分布情况,风机群的集群因子以及各个风机入口空气温度与环境风向、环境风速和空间位置均有较强的相关性。基于直接空冷系统特性模型研究了其变工况特性以及环境风对其特性的影响,侧风导致了迎风侧机组的特性与背风侧机组存在较大差异,炉后风对两台机组的背压均产生了较大的影响,而炉前风对机组背压影响较小。再者,基于直接空冷系统运行优化的基本理论,融合CFD模拟和BP神经网络的建立了考虑集群效应和环境风的背压与汽轮机净发电功率模型,利用遗传算法求解所建模型,得到了汽轮机变工况下的经济背压和经济转速,为直接空冷机组的运行优化提供指导意见,针对高温大风天气下直接空冷系统出力不足的问题,提出空冷岛增容的措施。研究结果表明:经济背压和经济转速与排汽负荷、环境温度均呈正相关关系;环境风与经济背压、经济转速的关系受环境温度影响;最大汽轮机净发电功率随环境风速的增大而降低,其降低速度与环境风向有关;增容后的空冷岛机组背压明显降低,经济性也大幅提高。最后,基于.Net平台和SQL Server数据库开发了直接空冷系统状态监测及运行优化系统。