自動控制技術(shù)在火電廠的應(yīng)用前景探析

摘 要：隨著我國電力事業(yè)的發(fā)展，電力自動化技術(shù)得到了前所未有的發(fā)展，特別是在火電廠，自動化技術(shù)在火電廠的安全穩(wěn)定運行中發(fā)揮著越來越重要的作用。文章對火電廠自動化的基本內(nèi)容進行了概述，并詳細介紹了自動化技術(shù)在火電中的應(yīng)用現(xiàn)狀以及發(fā)展前景。

關(guān)鍵詞：火電廠；自動化控制技術(shù)；應(yīng)用現(xiàn)狀；發(fā)展前景

1 火電廠自動化的基本內(nèi)容

自動化技術(shù)綜合了控制論、信息論、電子學(xué)以及系統(tǒng)工程理論、液壓氣壓技術(shù)、控制論等理論和技術(shù)，它通過智能儀器儀表對熱力學(xué)的有關(guān)參數(shù)進行檢測、控制，并參與到生產(chǎn)過程的優(yōu)化、調(diào)度、管理、決策，保障企業(yè)生產(chǎn)安全，提升企業(yè)經(jīng)濟效益，增強企業(yè)的核心競爭力。

由于火電廠生產(chǎn)的特殊性，對生產(chǎn)的安全、穩(wěn)定有著極其嚴格的要求，自動化技術(shù)在火電廠有著極其廣泛的使用。例如發(fā)電機組主機、輔助設(shè)備、公用系統(tǒng)等，一般將其分為兩部分，一是主控系統(tǒng)，一是輔控系統(tǒng)。這兩部分的控制系統(tǒng)構(gòu)成了火電廠生產(chǎn)安全的屏障，在火電廠的安全、穩(wěn)定生產(chǎn)中發(fā)揮著關(guān)鍵作用。按照各自發(fā)揮作用的不同，可以將火電廠的自動化系統(tǒng)分為幾個基本部分：自動檢測功能（包括測量與顯示）、自動調(diào)節(jié)功能（主要是模擬量控制）、順序控制功能（主要是開關(guān)量控制）以及自動保護功能等。

2 自動控制技術(shù)在火電廠的應(yīng)用現(xiàn)狀

2.1 火電廠的主控系統(tǒng)包括了數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)（DAS）、模擬量調(diào)節(jié)系統(tǒng)（MCS）、爐膛安全保護監(jiān)控系統(tǒng)（FSSS）、順序控制系統(tǒng)（SCS）以及電液調(diào)節(jié)系統(tǒng)（DEH），現(xiàn)代大型的火力發(fā)電廠一般還包括了自動發(fā)電控制系統(tǒng)（AGC）以及廠級實時監(jiān)控信息系統(tǒng)（SIS）等。

2.1.1 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)（DAS）。DAS又稱為計算機監(jiān)控系統(tǒng)，在火電廠，DAS的作用主要是對發(fā)電機組工藝模擬量信號以及機電設(shè)備的開關(guān)量信號進行連續(xù)的采集和處理，并對機組的運行狀況實時監(jiān)控，保障機組運行的安全、可靠。DAS包括了數(shù)據(jù)采集（生產(chǎn)現(xiàn)場模擬量、開關(guān)量的采集、掃描、處理）、信息顯示（例如模擬圖顯示、實時數(shù)據(jù)顯示、棒圖顯示等）、時間記錄和報表制作/打印、設(shè)備故障自診等。

2.1.2 模擬量調(diào)節(jié)系統(tǒng)（MCS）。MCS在單元制的火力發(fā)電機組中發(fā)揮著重要的機組協(xié)調(diào)控制作用，屬于直接接受機組協(xié)調(diào)指令的子系統(tǒng)，它和協(xié)調(diào)控制汽機側(cè)的子系統(tǒng)配合，共同實現(xiàn)機組的負荷控制和保障主汽氣壓的穩(wěn)定。MCS包含眾多的自動控制子系統(tǒng)，例如單元機組協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)（CCS），也可以直接稱之為機、爐協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)，CCS基于機、爐的動態(tài)特性，通過應(yīng)用不同的多變量控制理論設(shè)計不同的自動控制方法，從而有效實現(xiàn)協(xié)調(diào)控制功能，CCS是單元機組自動控制的核心內(nèi)容，是鍋爐安全運行的支柱之一。其它重要的MCS子系統(tǒng)還有送引風(fēng)控制、給水控制、主汽溫度控制、汽包水位自動調(diào)節(jié)等等。

2.1.3 爐膛安全保護監(jiān)控系統(tǒng)（FSSS）。FSSS包含兩方面的內(nèi)容，一是燃燒器管理系統(tǒng)（BMS），一是爐膛安全保護系統(tǒng)（FSSS）。BMS控制鍋爐燃燒系統(tǒng)的設(shè)備按照設(shè)定順序和條件起停、切投，在出現(xiàn)緊急情況時快速切斷燃料投送，達到保障鍋爐安全的目的。FSSS主要的功能是爐膛吹掃功能、緊急跳閘（MFT/OFT）功能。FSSS是大型發(fā)電機組不可或缺的重要組成部分，F(xiàn)SSS對爐膛的正常燃燒以及鍋爐的安全運行起著關(guān)鍵性的決定作用。

2.1.4 自動發(fā)電控制系統(tǒng)（AGC）。AGC是現(xiàn)代電網(wǎng)運行自動控制的關(guān)鍵技術(shù)之一，屬于現(xiàn)代機組的基本功能。AGC通過自動調(diào)頻和調(diào)峰，使得電網(wǎng)運行更加安全、高效。火電廠的AGC控制系統(tǒng)主要組成部分有：（1）電網(wǎng)調(diào)度中心實時控制系統(tǒng)，該系統(tǒng)通過專業(yè)軟件對電網(wǎng)、機組運行情況進行數(shù)據(jù)收集、監(jiān)控，并對數(shù)據(jù)進行分析，對電廠的機組進行科學(xué)的負荷分配并產(chǎn)生AGC指令；（2）信息傳輸通道、遠動控制裝置（RTU），AGC指令通過兩者傳送至單元機控制系統(tǒng)，機組的運行狀況和信息也通過兩者被傳送到電網(wǎng)調(diào)度中心的能量管理系統(tǒng)。

2.2 火電廠的輔控系統(tǒng)一般包含化水、輸煤、除灰、除渣、脫硫等系統(tǒng)，這些系統(tǒng)一般采用PLC邏輯進行控制，控制方式、控制程序相對簡單，現(xiàn)場的要求是可靠、實用，能適應(yīng)較惡劣的使用環(huán)境。

3 火電廠自動控制技術(shù)的發(fā)展方向

隨著國家對節(jié)能環(huán)保的重視以及智能化電網(wǎng)改革的推進，火電廠的自動化技術(shù)的應(yīng)用將步入新的階段，自動化技術(shù)的發(fā)展和其他相關(guān)技術(shù)的進步緊密相連，例如計算機計算能力的提升，可以提升控制系統(tǒng)算法的速度和精度，促進控制系統(tǒng)仿真研究方式方法的進步等?？傮w來說，自動化技術(shù)的發(fā)展趨勢是綜合自動化，智能儀器儀表設(shè)計標準化、模塊化、控制智能化以及系統(tǒng)的開放化。

3.1 綜合自動化

火電廠屬于資金、技術(shù)密集行業(yè)，對生產(chǎn)的安全、穩(wěn)定有著嚴格的管控制度，同時，火電廠在生產(chǎn)過程中控制系統(tǒng)收集、處理、分析的數(shù)據(jù)量極其龐大，各個控制系統(tǒng)之間相互影響、相互作用，這就要求火電廠將生產(chǎn)過程作為一個整體來控制和管理，實現(xiàn)綜合自動化。綜合自動化技術(shù)是火電廠實現(xiàn)管控一體化的重要工具和手段，火電廠管控一體化的目的是為電廠的管理業(yè)務(wù)和運行流程提供信息化支撐，綜合電廠的過程控制、廠級監(jiān)控、將資金、人力、物力有機整合成有序互動的整體，提升整個電廠的自優(yōu)化能力。綜合自動化技術(shù)既注重對電廠機電設(shè)備的自動控制，也注重將自動控制信息和管控一體化的融入、整合。

3.2 系統(tǒng)的開放

開放既是自動化控制技術(shù)發(fā)展的重要方向，也是自動化控制技術(shù)的靈魂，沒有開放，自動化控制技術(shù)就將沒有未來。首先，和自動化技術(shù)密切相關(guān)的計算機、信息理論以及系統(tǒng)控制都朝著越來越開放的方向前進，它們成為自動化控制技術(shù)開放發(fā)展的重要推動力。第二，自動化控制技術(shù)的開放也是電廠提升經(jīng)濟效益、增強企業(yè)核心競爭力的客觀需求。例如，采用先進的開放PCS現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)，一是控制性能得到大幅度的提升，保障了控制信號傳輸?shù)臏蚀_性、實時性以及可靠性。二是PCS作為開放的現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)，即將成為國際標準，采用PCS可以將不同廠家、不同型號的控制設(shè)備連接，節(jié)約了系統(tǒng)維護、保養(yǎng)、調(diào)試等方面的成本。

3.3 控制智能化

自動化控制技術(shù)的發(fā)展時間還不長，但它綜合了當今先進的理論和技術(shù)，形成了自身獨特的發(fā)展模式。例如利用先進的計算機技術(shù)，較好的解決了人機對話的界面問題，通過拓展廣義預(yù)測理論，形成廣義預(yù)測控制系統(tǒng)（GPC），在組態(tài)軟件的發(fā)展過程中，不斷引入新的概念和功能已滿足控制需求。控制智能化既是自動控制技術(shù)適應(yīng)電網(wǎng)智能化的必然要求，也是相關(guān)理論研究必將推動的發(fā)展方向。

4 結(jié)束語

自動控制技術(shù)在火電廠的生產(chǎn)中無處不在，已經(jīng)成為電廠安全穩(wěn)定運行的重要防線，加大自動控制技術(shù)的研究，能有效提升火電廠的經(jīng)濟效益和核心競爭力，也是電廠可持續(xù)發(fā)展的有效途徑。

參考文獻

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作者簡介：陳幫明（1981-），男，2004年畢業(yè)于武漢科技大學(xué)，現(xiàn)供職于紫光同能（北京）信息技術(shù)有限公司，一直從事于自動控制方面工作。