關于智能化控制技術開發運用分析—以1750MW級核電封閉母線產業化項目為例

(山東達馳阿爾發電氣有限公司,山東菏澤 274200)

0 引言

相較于自動化控制技術，智能化控制技術進一步明確了控制對象模型，并提供更加順暢、高效的數據交換方式，能夠滿足工業生產活動中多個復雜任務的同時控制。智能化控制系統在自適應性、自我診斷、自主學習等方面均較之前的控制技術有了顯著提升，能夠被順利應用至工業、軍事、建筑等多個領域，為推動智能化控制技術發展普及，需要對其開發應用經驗做總結性分析。

1 智能化控制技術開發運用

1.1 技術分類

1.1.1 神經網絡控制技術

神經網絡控制技術分為生物和人工兩部分，其中，人工神經網絡是一種類人腦的神經突觸連接模型。神經網絡控制技術能夠逼近任何非線性函數，且具備極強的數據處理能力和容錯性能，可進行自主學習，非常適用于多變量的控制系統中，如圖1為神經網絡結構示意圖。神經網絡控制技術的發展時間并不長，以此為基礎的控制系統在穩定性、實時性等方面還存在一定不足。

1.1.2 模糊控制技術

模糊控制首先對輸入對象做模糊處理，然后利用系統自帶的知識庫進行對比分析和模糊推理，將結果清晰化處理后再傳輸給控制對象。模糊控制技術控制過程不借助數學模型，其信息處理過程與人的思維發展規律相似，且具備魯棒性強、實時性高等優勢，但在控制精度及控制目標自定義上要略遜于其他智能化控制技術[1]。

1.1.3 專家控制系統

專家控制系統將專家理論與控制理論有機結合，可在未知條件下通過專家智能模擬，實現對目標的智能化控制，以達到專家親臨現場進行問題剖析的處理效果，因此在經濟性、便捷化程度方面獨具優勢。專家控制系統中的專家理論具備較高的共享性，可實現專家資源的最優配置，通過信息共享提高專家系統的控制性能。另外，專家控制系統還具備信息處理能力強、靈活性高、可逐級提升智能程度等特點。專家庫作為專家控制系統的核心，其中知識、信息的全面性幾乎決定了專家控制系統的最優性能，因此在系統構建過程中，專家知識獲取及專家庫的更新、擴充是關鍵。

1.2 技術應用

1.2.1 神經網絡控制技術的應用

在電力行業，神經網絡控制技術在傳統電力控制系統中植入數學模型，該模型能夠高效處理各類復雜的電力系統運行信息，可應對多種自動控制環境。神經網絡控制技術在電力行業中的應用得到國家及有關部門的高度關注，目前，故障智能化診斷及控制已經可通過神經網絡控制技術來實現。例如，以人工神經網絡中的神經元模擬電力系統節點，通過神經元的系統化銜接搭建電力系統神經網絡，對整個系統中各個節點、模塊的運行狀態做實時監控，并采集有效的數據、圖像或視頻信息，以此為基礎開展信息分析、挖掘工作，以準確定位電力系統異常點，幫助優化電力系統運行方案，提高供電能力。

1.2.2 模糊控制技術的應用

電力系統運行過程中，產生大量實時數據，且這些數據處于不斷更新、變化的狀態，數據分析、描述難度高，給傳統自動化控制系統運行帶來巨大壓力，易發生信息獲取不全面、故障診斷失誤、數據更新時效性不足等問題。在引入模糊控制算法后，自動化控制系統得到全面升級，在系統設計及后期運維管理難度上都明顯降低，以模糊控制及數據綜合分析取代以往的數學算法分析過程，各變量之間的關系更加明確，由此產生的控制效果也得到顯著提升。如圖2為模糊控制器的運行原理示意圖。

圖2 模糊控制器運行原理

1.2.3 專家控制系統的應用

專家控制系統可被視為一種智能化計算機程序，該程序中存儲大量與電力領域有關的專家知識，包括標準化數據、研究成果、實驗案例等，借助強大的專家數據庫，系統可自動完成故障診斷工作，并向電力管理人員提供相應的問題處理意見。在專家控制系統運行過程中，自動化控制系統可自行切換運行狀態及模式，并開展故障診斷、定位、排查等活動，實現電力系統的智能化管理[2]。例如當系統某一元件突發異常時，系統終端采集異常信號并傳輸至控制中心，經分析確認后，系統第一時間給出報警提示，提醒相關人員介入，同時對故障位置、原因等進行判斷，給出故障排除的具體措施，運維管理人員結合系統信息提示，即可快速、準確完成故障排除工作，以免影響系統其他模塊的正常運行。

2 智能化控制技術開發運用案例分析

2.1 1750MW級核電封閉母線簡介

1750MW級核電為目前單機容量最大的核能發電機，其屬于半轉速三相同步發電機類型，并采用水氫氫冷卻方式，冷卻效果非常突出。該級別核電發電機的鉆子直徑達到2040mm，約為常規火電發電機的2倍，鉆子自重超過800t。1750MW級核電發電機裝機容量高、技術難度大，且內部結構復雜、制造精密，在日常運行過程中，發電機監管工作難度也要遠高于一般火電。

2.2 封閉母線智能化控制需求分析

封閉母線為1750MW級核電發電機組的重要元件，常規封閉母線并未安裝自封閉系統，在發電機組停機維護過程中，外部環境中的灰塵、水分等進入母線外殼，給母線清潔工作帶來較大難度。離相封閉母線相較于常規母線，封閉性更高，在運行過程中，受灰塵、雨水的影響程度較低，且具備安全性高的優勢，因此近年來在核電機組中得到廣泛應用。但當環境溫度或負荷電流降低時，封閉母線的電壓隨之降低，因內外壓力差的產生導致外部空氣進入母線外殼，空氣中的灰塵、水分等導致母線受潮或結露，影響其絕緣性能，進而嚴重威脅到1750MW級核電發電機組的運行穩定性。尤其在風沙降雨天氣，或氣候潮濕的區域，以上問題發生的程度更高。

針對1750MW級核電封閉母線的特點和與運行缺陷，行業一般會選擇安裝微增壓系統的方式，向母線外殼內進行補壓，以達到平衡內外壓強的作用，避免外部空氣進入母線外殼。具體原理為：通過微增壓系統賦予封閉母線自封閉屬性，在核電發電機停機檢修或遭遇極端天氣時，微增壓裝置向母線外殼內填充經干燥及過濾處理的空氣，促使母線外殼內的氣壓穩定在300～2500Pa，以免水分、灰塵等隨空氣進入外殼[3]。微增壓裝置可自動控制進入母線外殼空氣的壓力及溫度，裝置運行過程中若控制回路出現異常，就會引發母線微增壓裝置壓力異常現象，影響其保護性能的發揮。因此，行業希望找到一種穩定性更高、控制精度更好的控制方式，確保微增壓系統的穩定運行。

2.3 封閉母線微增壓系統控制方案優化

2.3.1 數據采集模塊

封閉母線微增壓系統智能化控制指標主要為溫度和壓力，其中，1750MW核電系統中封閉母線的合理運行溫度應不超過120℃，母線外殼內氣壓應保持在300～2500Pa。因此現場數據采集模塊由溫控表及壓力控制表構成。安裝過程中，確保溫控表接線可靠，接通電源調整面板上的波動開關，完成溫度上下限設置。若現場測得的溫度值低于溫度下限，設備綠燈亮起，若溫度高于溫度上限，設備紅燈亮起。微增壓設備正常運行時，溫控表指示燈為常閉狀態。壓力表自帶顯示盤，顯示壓力實測值及設定標準值，可利用SET按鍵及上下鍵完成標準壓力范圍設定。

2.3.2 智能化控制邏輯

封閉母線微增壓智能化控制系統包括氣壓系統及閥門控制邏輯兩部分，對空氣做加壓、過濾處理，得到壓力值在0.8MPa的干燥、清潔空氣后，系統自動調整減壓閥、進氣閥、電磁補氣閥等閥門的狀態，向母線外殼內注入清潔空氣，以調整其壓力值到合理范圍，確保母線絕緣不受影響。控制邏輯的具體內容包括：第一，當壓力值降至300Pa以下時，壓力開關被觸發，改變常閉接點狀態，開啟電磁補氣閥向母線外殼內注入清潔空氣。第二，當壓力值達到300Pa之后，壓力開關被觸發，將常閉接點斷開，形成自保持回路繼續向外殼內注入空氣。第三，當外殼內壓力值達到2500Pa后，補氣回路自動斷開。同時在時間繼電器設置延時，若持續補氣時間達到延時指標壓力開關未發生關閉動作，自動開啟報警指示燈，將母線外殼低壓信息傳輸至控制中心，提示相關人員進行現場查看。注意在實際應用中，易發生封閉母線微增壓裝置低壓、高壓報警信號同時發出的現象，其原因主要是微增壓壓力上限值設定失誤。因此在使用智能化控制技術對封閉母線微增壓設備進行控制時，需結合1750MW核電機組運行特點合理選擇壓力上限。

3 結論

智能化控制技術在電力行業的應用已成為行業發展的必然趨勢，分析智能化控制技術的類型及開發運用，有利于電力智能化控制系統的開發和升級。加強智能化控制技術研究，并做好技術引進工作，促使電力行業健康化發展。