淺論火電廠熱工自動化的現狀與進展

(長安益陽發電有限公司 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濟性、安全性和清潔性具有重大意義，本文回顧和總結熱工自動化的歷程、現狀，也給出了熱工自動化面臨的主要問題和發展趨勢，促進熱工自動化的技術發展。

二、火電廠熱工自動化的現狀

21世紀以來，新技術不斷涌現，如通用化的硬件平臺，可組態的應用軟件，標準化的通訊協議，可編程邏輯控制器的接入，現場總線控制系統的應用，變頻技術的實現，控制技術的優化，自動啟/停機控制系統；目前PLC方便地接入DCS、DCS運行參數的數據送入全廠管理信息系統，實現數據共享和處理，廠級監控信息系統完成電廠管理系統與分散控制系統之間信息交換、實時數據共享；電氣控制系統納入DCS的控制范圍中、汽輪機危機遮斷系統改由DCS模塊構成、數字電液控制系統并入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，在DCS技術推動下控制系統一體化走向完善。

(一)控制系統優化。為適應低氮燃燒器改造、電網“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、負荷調節精度高、一次調頻性能好、機組負荷調節范圍寬，因此控制系統必須優化。優化控制軟件在電廠已得到發展與應用，自動發電控制由單臺機組方式發展成全廠負荷分配方式，控制策略得到改進，狀態預測控制、模糊控制、自適應控制及人工神經網絡控制等技術已得到成功應用。

(二)現場總線與DCS相互依存發展。具有現場總線通訊功能的現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、電動調門、電動門、氣動調節閥、電動機、分析儀表、變頻器，FCS與DCS、PLC相互促進發展，FCS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的優點是：規范了操作流程，減少誤操作；減少了人工操作，減輕運行人員負擔；優化了操作過程，提高控制品質；縮短了啟停時間，提高效率和經濟性。機組自啟停時，它按程序向各個子系統發出啟停指令，并由以下系統協同完成：模擬量控制系統、爐膛安全監控系統、DEH、小汽輪機電液控制系統、旁路控制系統、順序控制系統、給水、燃燒及其他控制系統。一鍵啟停APS與控制系統的接口信號全部采用通信的方式實現，它是基于控制系統之上的機組管理、調度系統，實現APS系統與控制系統的無縫連接是實現APS系統自啟停功能的關鍵。需要解決控制系統的全程控制、多執行機構并列運行及指令平衡控制、凝結水系統自適應投運等關鍵控制問題。

(四)數字化、集中化和智能化。儀表及其軟件新技術不斷涌現，邁向了數字化、集中化和智能化。數字儀表將傳感器采集的模擬信號數字化，經主處理器計算處理，再將數字量轉換成相應的物理量，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，實現數據的傳輸和共享。將各種儀器設備連接，相互通訊，再由檢測系統進行監測，能方便地實現自動控制。智能軟件可以對傳感器進行在線組態和參數設置，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，也能對閥門進行在線組態和階躍測試，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、制粉系統最優啟停控制、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峰為核心的全程智能控制技術促進了機組監控的數字化、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，動態矩陣控制，廣義預測控制，廣義預測極點控制，內模控制，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、控制性能好的動態優化控制方法，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調控制系統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)多模型和增益調度方法用于機組模型的協調控制將非線性系統分解成許多線性系統分而治之，該方法將非線性系統在各工況點線性化，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度切換規則組合在一起，可以使控制器滿足不同工況條件下對象的控制任務，實現被控對象的全局優化控制。

(4)智能控制。包括神經網絡控制、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，提高了對復雜系統控制的能力，將它應用于大型復雜的電力生產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展

(1)儀表新技術。軟檢定技術是儀表新技術，它根據檢測數據，依靠科學合理的算法處理，進而推斷出無法確定的信息，用于無法進行數據采集的場合。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種系統進行統一處理，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、無線通訊系統、后臺管理系統、手機APP客戶端軟件和液體泄漏檢測系統，實現電廠化水車間、主變壓器、供熱系統和鍋爐水泵區域的自動巡檢。根據不同的介質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，實現現場對設備進行盤點清理，有效提升工作效率。

四、結語

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，數據挖掘、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、生物質發電、太陽能發電等領域。未來熱工自動化將綜合運用各種新技術，自動根據發電廠內、外因素變化，優化控制策略、方法、參數和管理模式，實現自我尋優與進化，使電廠安全、經濟、環保最優化運營，經濟效益與社會效益最大化。