淺論火電廠熱工自動化的現(xiàn)狀與進展

(長安益陽發(fā)電有限公司 湖南 益陽 413000)

一、引言

無人直接參與的情況下，利用測控設備完成電廠熱工過程參數(shù)自動測量與控制、信息處理、自動報警和保護的技術稱為電廠熱工自動化。熱工自動化技術對于電廠機組運行經(jīng)濟性、安全性和清潔性具有重大意義，本文回顧和總結(jié)熱工自動化的歷程、現(xiàn)狀，也給出了熱工自動化面臨的主要問題和發(fā)展趨勢，促進熱工自動化的技術發(fā)展。

二、火電廠熱工自動化的現(xiàn)狀

21世紀以來，新技術不斷涌現(xiàn)，如通用化的硬件平臺，可組態(tài)的應用軟件，標準化的通訊協(xié)議，可編程邏輯控制器的接入，現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)的應用，變頻技術的實現(xiàn)，控制技術的優(yōu)化，自動啟/停機控制系統(tǒng)；目前PLC方便地接入DCS、DCS運行參數(shù)的數(shù)據(jù)送入全廠管理信息系統(tǒng)，實現(xiàn)數(shù)據(jù)共享和處理，廠級監(jiān)控信息系統(tǒng)完成電廠管理系統(tǒng)與分散控制系統(tǒng)之間信息交換、實時數(shù)據(jù)共享；電氣控制系統(tǒng)納入DCS的控制范圍中、汽輪機危機遮斷系統(tǒng)改由DCS模塊構(gòu)成、數(shù)字電液控制系統(tǒng)并入DCS中，煙氣凈化控制并入DCS控制，各個輔助車間的控制整合成一個輔控網(wǎng)，在DCS技術推動下控制系統(tǒng)一體化走向完善。

(一)控制系統(tǒng)優(yōu)化。為適應低氮燃燒器改造、電網(wǎng)“兩個細則”以及火電機組改造的要求，需要機組變負荷速率快、負荷調(diào)節(jié)精度高、一次調(diào)頻性能好、機組負荷調(diào)節(jié)范圍寬，因此控制系統(tǒng)必須優(yōu)化。優(yōu)化控制軟件在電廠已得到發(fā)展與應用，自動發(fā)電控制由單臺機組方式發(fā)展成全廠負荷分配方式，控制策略得到改進，狀態(tài)預測控制、模糊控制、自適應控制及人工神經(jīng)網(wǎng)絡控制等技術已得到成功應用。

(二)現(xiàn)場總線與DCS相互依存發(fā)展。具有現(xiàn)場總線通訊功能的現(xiàn)場設備主要包括壓力變送器、差壓變送器、溫度變送器、超聲波物位計、雷達物位儀、電動調(diào)門、電動門、氣動調(diào)節(jié)閥、電動機、分析儀表、變頻器，F(xiàn)CS與DCS、PLC相互促進發(fā)展，F(xiàn)CS借助于DCS和PLC平臺拓展應用空間，DCS和PLC則借助于FCS完善自身的功能。

(三)一鍵啟停APS。APS的優(yōu)點是：規(guī)范了操作流程，減少誤操作；減少了人工操作，減輕運行人員負擔；優(yōu)化了操作過程，提高控制品質(zhì)；縮短了啟停時間，提高效率和經(jīng)濟性。機組自啟停時，它按程序向各個子系統(tǒng)發(fā)出啟停指令，并由以下系統(tǒng)協(xié)同完成：模擬量控制系統(tǒng)、爐膛安全監(jiān)控系統(tǒng)、DEH、小汽輪機電液控制系統(tǒng)、旁路控制系統(tǒng)、順序控制系統(tǒng)、給水、燃燒及其他控制系統(tǒng)。一鍵啟停APS與控制系統(tǒng)的接口信號全部采用通信的方式實現(xiàn)，它是基于控制系統(tǒng)之上的機組管理、調(diào)度系統(tǒng)，實現(xiàn)APS系統(tǒng)與控制系統(tǒng)的無縫連接是實現(xiàn)APS系統(tǒng)自啟停功能的關鍵。需要解決控制系統(tǒng)的全程控制、多執(zhí)行機構(gòu)并列運行及指令平衡控制、凝結(jié)水系統(tǒng)自適應投運等關鍵控制問題。

(四)數(shù)字化、集中化和智能化。儀表及其軟件新技術不斷涌現(xiàn)，邁向了數(shù)字化、集中化和智能化。數(shù)字儀表將傳感器采集的模擬信號數(shù)字化，經(jīng)主處理器計算處理，再將數(shù)字量轉(zhuǎn)換成相應的物理量，測量精度更高，此外，增加各種通訊接口，如串行通訊接口使儀表設備與計算機連接，實現(xiàn)數(shù)據(jù)的傳輸和共享。將各種儀器設備連接，相互通訊，再由檢測系統(tǒng)進行監(jiān)測，能方便地實現(xiàn)自動控制。智能軟件可以對傳感器進行在線組態(tài)和參數(shù)設置，自動校正精度，計算誤差，生成校正曲線和報告，跟蹤并記錄運行中的儀表狀態(tài)，也能對閥門進行在線組態(tài)和階躍測試，判斷閥門是否卡澀、磨損等。

APS技術、全激勵式仿真技術及預估控制、模糊控制、專家控制等多種控制技術；啟動路徑識別、制粉系統(tǒng)最優(yōu)啟停控制、汽輪機啟動過程風險預估等關鍵技術；以智能啟停和智能調(diào)峰為核心的全程智能控制技術促進了機組監(jiān)控的數(shù)字化、集中化和智能化，提高了機組運行管理水平。

三、火電廠熱工自動化的發(fā)展

(一)熱工自動化的應用研究與實踐不斷深入

(1)預測控制用于機組控制：模型算法控制，動態(tài)矩陣控制，廣義預測控制，廣義預測極點控制，內(nèi)模控制，推理控制等等。預測控制是一種對模型精度要求低、在線計算簡便、控制性能好的動態(tài)優(yōu)化控制方法，能夠較好地解決大慣性、大滯后過程的問題。

(2)反饋線性化控制方法在協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)中的應用能夠有效解決對象的非線性、時變性以及耦合性等問題。

(3)多模型和增益調(diào)度方法用于機組模型的協(xié)調(diào)控制將非線性系統(tǒng)分解成許多線性系統(tǒng)分而治之，該方法將非線性系統(tǒng)在各工況點線性化，針對每一個工況點設計適合的線性控制器，將這些線性控制器通過一定的調(diào)度切換規(guī)則組合在一起，可以使控制器滿足不同工況條件下對象的控制任務，實現(xiàn)被控對象的全局優(yōu)化控制。

(4)智能控制。包括神經(jīng)網(wǎng)絡控制、模糊控制、免疫算法、遺傳算法、專家控制、學習控制、分層遞階控制、仿人智能控制，通常采用復合或混合智能控制方式用于現(xiàn)場對象。智能控制是多學科交叉的高級控制，提高了對復雜系統(tǒng)控制的能力，將它應用于大型復雜的電力生產(chǎn)過程中往往能獲得良好的效果。

(二)智能測量與儀表技術的發(fā)展

(1)儀表新技術。軟檢定技術是儀表新技術，它根據(jù)檢測數(shù)據(jù)，依靠科學合理的算法處理，進而推斷出無法確定的信息，用于無法進行數(shù)據(jù)采集的場合。測量技術日新月異，并不斷地用于火電廠，具有集成化、系統(tǒng)化以及智能化的特點。

(2)EIC技術。在電廠控制過程中，電氣控制E、儀表I和計算機控制C都是彼此獨立的。EIC綜合技術就是將這3種系統(tǒng)進行統(tǒng)一處理，目前EIC綜合技術已開始逐漸地被應用，這是熱工自動化未來的技術發(fā)展趨勢。

(3)智能機器人巡檢。智能機器人搭載可見光攝像機、熱成像儀、激光測振儀，激光雷達導航傳感器、聲納傳感器，配合充電系統(tǒng)、無線通訊系統(tǒng)、后臺管理系統(tǒng)、手機APP客戶端軟件和液體泄漏檢測系統(tǒng)，實現(xiàn)電廠化水車間、主變壓器、供熱系統(tǒng)和鍋爐水泵區(qū)域的自動巡檢。根據(jù)不同的介質(zhì)及工況采用通過泄漏電纜、聲壓計、視頻識別、紅外測溫等技術，自動判斷現(xiàn)場水、酸、堿、氣、汽跑冒滴漏。自動檢測管道、儲罐水、油、酸、堿泄漏。

(4)設備二維碼巡視。二維碼是一種全新的信息存儲、傳遞、識別技術，已經(jīng)得多領域得到廣泛應用。將二維碼技術應用于電廠設備巡視中，可以大大增強設備管理有序性和便捷性。傳統(tǒng)設備管理中，需要建立繁重的設備檔案臺賬，而引入二維碼技術后，可以在手機端安裝二維碼軟件，實現(xiàn)現(xiàn)場對設備進行盤點清理，有效提升工作效率。

四、結(jié)語

熱工自動化未來的趨勢是智能化、信息化、透明化、綜合化一體化，數(shù)據(jù)挖掘、智能測量、故障診斷與預測以及先進控制策略是基礎，其技術應用將從煤電拓展至氣電、核電、生物質(zhì)發(fā)電、太陽能發(fā)電等領域。未來熱工自動化將綜合運用各種新技術，自動根據(jù)發(fā)電廠內(nèi)、外因素變化，優(yōu)化控制策略、方法、參數(shù)和管理模式，實現(xiàn)自我尋優(yōu)與進化，使電廠安全、經(jīng)濟、環(huán)保最優(yōu)化運營，經(jīng)濟效益與社會效益最大化。