电站智能控制模块及其应用
建成的智能电站在控制方面，可以在自适应整体内外部环境变化的前提下，至少在以下四个方面可以有相当大的好处：节能减排方面，电网互动协调方面，提高电厂的自动化水平方面，提高机组的调节品质方面。提高火电机组的灵活性运行水平，提高电厂自动化和智能化的水平，可以使电站更加安全稳定、节能环保、灵活，所以系列电站的智能控制模块是智能电站建设的一个重要的组成部分。”西安热工研究院现场总线与控制技术部常务副主任高海东在2018年智慧电厂论坛（第二期）【分论坛一：智慧运行与管理（含新能源）】分享“电站智能控制模块及其应用”时阐述了观点。
高海东尊敬的各位领导，各位同事，大家上午好！很高兴能够参加这个论坛，和各位同事来分享我们热工院在智能电站方面做的一些工作。
热工院近年来在智能电站方面应该说开展了很多工作，包括一些研究、一些探索、一些尝试，今天时间关系我就电站的智能控制模块给大家做一个分享。
介绍的主要内容包括以下六个方面：
第一，智能电站的概述。
智能电站大的背景我就不说了，智能化应该说是我们未来工业发展的一个必然趋势。什么样的电站才能称之为一个智能电站呢？我们觉得智能电站应该是具备人工智能的能力，就是说电站可以自适应我们电厂整体内外部环境的变化，比方说燃料的变化、电网负荷的波动、自然环境的变化、排放的影响、安全生产管理的要求等等，电站能够在各种内外部环境变化的前提下自主的来提供安全稳定、经济环保、灵活的电能，我觉得这样的电站才能称之为一个真正意义上的智能电站。
对未来我们建成的智能电站做一个展望，我觉得大概有以下六个方面：
1，智能电站基于大数据的新一代人工智能技术广泛的应用，可以突破我们传统的控制和经营决策的瓶颈，使得我们这个企业竞争力和效益都能够最大化。
2，具有自主智慧的虚拟值班员，可以实现我们智慧运行和风险主动的处置，达到少人甚至远期达到无人值守的目标。
3，基于虚拟现实和移动应用的三维可视化平台，通过三维可视化平台可以实现生产过程的安全管理、智能巡检、全范围的三维仿真和整个电厂可视化监控。
4，控制方面，具有自寻优、自适应、多目标协同的全面智能控制，使得我们电站在煤质、负荷、环境等等各种外部参数变化时候都能够自主的来实现我们全厂最优的控制和运行。
5，机器人取代技术人员完成现场的巡检、检修、维护等等这些现场工作，尤其是对一些比较危险的环境由机器人来取代。
6，建成以云平台、物联网、电子商务为主要特征的新型维护、管理、销售和决策的体系。
建设智能电站到底能带来什么样的好处呢？因为今天我这个专题主要针对于智能控制方面的，所以我就把关于控制方面，建设智能电站在控制方面能够带来的好处做了一个列举，我们建成的智能电站在控制方面，可以在自适应整体内外部环境变化的前提下，至少在以下四个方面可以有相当大的好处：
1，节能减排方面。我们通过一些智能的控制算法，可以深度挖掘我们机组的节能减排潜力，使得我们机组整体的煤耗预计降低3—5克，污染物达到达标排放，使得我们机组运行的高效环保。
2，电网互动，就是协调方面，通过我们一系列的智能控制算法，使得能力提高我们机组的响应速度和一次调频的能力，满足我们电厂对AGC和一次调频的需求，机组免受电网考核，通过一系列控制手段的采用我们灵活性也能得到明显的提高。
3，提高我们电厂的自动化水平方面，通过一系列自动化和智能化技术的应用，我们智能电站全部提升我们机组的自动化和智能化的水平，实现减员增效和人性化的管控，我们预设的目标短期达到少人值守的目标，最终要实现无人值守。
4，从提高我们机组的调节品质方面，通过一系列智能技术的应用，我们机组主要的控制参数要优于现有的水平20%以上，大幅度提高我们机组运行的安全性和稳定性，为机组安全高效环保的运行提供一个保障。
我们做智能电站的智能控制现有的DCS因为它的模块局限性，没有办法实现我们众多的智能控制算法的应用。我们电厂大家也知道，被控对象相对比较复杂，通过传统的PID或者DCS的方式很难达到优化控制的目标，如果通过各种外挂系统也会增加我们系统的复杂性，而且现场的维护工作量也比较大，所以我们提出建设一个针对全厂统一的一化智能优化控制平台，在这个平台上来建设各种智能控制模块，通过这个方式来做智能电站控制方面的尝试。
一体化的智能优化控制平台建立在DCS基础之上，和DCS进行双向的通讯，这个统一的平台可以集成我们各种先进的智能控制算法，我们各种智能控制模块整体布置在一体化的控制平台当中，这样有一个好处就是说，我们各个模块可以相互之间数据是共享的而且可以实现协同的动作，这样可以发挥我们一体化平台的优势，来实现我们整个生产层级的智能控制。
下面我把这些智能控制模块的分类给大家做一个简单的介绍。
第一个，智能燃料管控模块。
1，智能化的煤厂，通过我们对煤厂系统的智能化管控，实现我们降低燃料成本、优化配煤、煤厂无人值守的目标。
2，关于制粉系统人工替代的模块。制粉系统相对来讲操作量比较多，对电厂运行人员劳动强度相对比较大，这块是基于我们对煤质的在线分析和风粉调节等一些监控手段，实现我们制粉和送粉过程的智能优化控制。通过对制粉系统整个的优化，来实现制粉系统智能的自启停，通过这个手段实现我们制粉系统的无人值守和自适应的优化控制。
3，对入炉煤质的自适应校正模块。煤质的在线检测相对来讲现在还不是特别成熟，我们这个技术通过对制粉和风烟、汽水流程的参数监测，基于典型煤质统计分析模型，实现煤质成份和法热量等实时在线自适应校正气水，通过这个方式实现我们煤质在线的监测，为我们后续的协调优化、燃烧的配风、污染物脱除等自动控制提供一个基础的输入条件。
第二个，智能锅炉的控制模块。
主要针对的就是我们国内的电厂的煤质波动比较大，负荷波动也比较频繁，普遍存在像壁温超温、积灰结焦比较严重，依赖运行人员频繁操作，针对上述问题我们也开发了锅炉智能控制模块。主要方式是我们对锅炉做一个精细化的燃烧调整试验，基于这个燃料调整试验确定我们优化的边界条件，开展一次风机压、二次风、氧量等等智能的控制，实际上对锅炉的燃烧优化的智能控制。第二方面对积灰包括后续的智能吹灰的控制模块。第三方面，针对我们壁温的超温预警和壁温防止超温的主动抑制。
第三个，智能锅炉控制类模块。
1，智能燃烧控制模块。基于墙面说到的对我们锅炉做的精细化调整试验，以精细化燃烧调整试验数据作为条件，作为我们神经网络的基础数据进行神经网络的建模，通过我们在一体化平台当中获取到的DCS的实施数据，神经网络可以进行自学习，在我们保证炉膛的壁温不超温，并且能够NOx能够压线运行，并且减少灰污沉积，使得我们的炉效达到最高，最终的控制目标就是实现我们所有的二次风、燃汽风闭环的控制，同时对一次风压、氧量也进行优化的设定。采用这个技术以后，我们在很多电厂也在进行应用，节能效果还是非常显著的。
2，智能吹灰控制模块。是基于两个技术，首先是基于燃烧配风的炉内灰污沉积主动抑制，就是通过燃烧控制尽量减少炉内积灰。通过我们对锅炉灰污面的监测实现智能的吹灰，就是从灰污的生成到智能吹灰，形成整体一体化的控制，这样可以保证我们锅炉受热面清洁的同时避免过热吹灰，一方面节能，另一方面对我们社热面部件的寿命都是非常有好处的。
3，针对壁温超温，主要是基于海量的受热面壁温监测的历史数据，根据对锅炉受热面壁温影响机理的建模分析，和我们对壁温参数智能趋势的预测，实现对我们整个锅炉各级受热面超温的预警，同时预警的基础上通过燃尽风、减温水、中间点温度或过热度的控制，实现壁温超温的主动抑制。
第四个，智能网源协调和灵活性控制类的模块。
这个类型的模块主要是以下几个技术，一个是，机组智能的一键启停技术。还有机炉的智能协同控制技术，主要是在协调优化的基础上，把水、煤、风作为整体一体化协同的量进行统一的智能控制。对一次调频进行综合的治理，通过综合治理使得我们一次调频满足电网的需求。通过一些辅助的负荷调节手段，来提升我们机组的活跃能力，来提高我们机组运行的灵活性，因为现在对机组运行灵活性的要求，不仅要求我们机组要降低负荷运行，同时也要求我们能够快速的变负荷，通过我们对协调系统的优化，可以一定程度的提高我们机组的灵活能力，但是是有一定限度的，我们也采用了一系列的技术手段，通过一些辅助的调解手段，比如像对给水系统，凝结水、供热、冷端，利用这些来达到快速提升我们负荷响应速度的目标。
下面做一个相对详细的展开：
1，机炉智能的协同优化控制技术。这个技术实际上就是在我们智能协调的基础上，同时协同了我们燃料给水、配风、汽温进行整体协同的智能控制，通过一系列的智能控制手段提升我们机组的快速变负荷的能力，使得我们机组运行得更加稳定、环保、高效。智能控制技术，一些先进的控制算法，通时合我们常规的经典的控制进行结合，来达到提升我们机组控制品质的目标。
2，一次调频综合治理模块。这个主要通过三个手段，首先是对信号的同源，很多电厂一次调频的被测对象是用转速来替代的，转速虽然说测量精度还可以，但是实际上离电网考核的需求还是有一定差距，我们采用和电网考核同源偏优的频率信号来调整我们的转速或者电厂直接测量的信号，满足测量信号的精度。第二方面，从执行的回路方面，通过对我们历史数据的挖掘，来解决我们汽轮机的一些问题。通过一系列挖掘和智能控制技术，建立我们调温开路和负荷精准的对应关系，这样我们一次调频需要我们变多大负荷，我们通过调温快速的响应达到精准控制的目标。电网对一次调频的要求不太相同，我们针对各地区对一次调频考核的要求有针对性的来制定控制策略，整体上就是从信号的角度、从执行机构的角度、从控制策略，三个方面来进行一次调频的综合治理，从应用情况来看，完全达到电网对我们一次调频的考核需求。
3，关于机组自蓄能辅助负荷调节的控制模块。因为我们前面也提到，我们的锅炉有一定的滞后性，所以通过锅炉的调节来达到快速变负荷有非常大的局限性，所以我们要充分利用机组的蓄能，这个就包括我们通过利用锅炉的蓄能，通过对给水系统动态改变我们的给水量，利用给水系统的蓄能辅助提升我们的负荷响应速度，包括对凝结水系统，通过动态改变凝结水的流量改变我们低压缸的抽气，间接的调节我们发电的负荷。供热机组可以通过对供热抽气的调节，达到我们快速提升负荷的目标。
这一系列的技术，不仅可以有效的提升我们机组的变负荷能力，同时可以通过我们汽轮机调门尽量保持在一个经济开度，利用这些辅助变负荷的调节手段参与负荷的调节，通过这个手段降低我们的能耗，普遍可以降低煤耗1克左右。
4，关于机组的智能自启停的控制模块。这个模块是基于我们传统的APS的基础上，利用一些智能的监测和控制手段，优化我们整个机组自启停的过程，实现智能、快速、节能的机组级的智能自启停控制。
第五个，关于智能烟气环保控制类模块。
1，NOx超低排放全过程智能优化控制模块。从三个方面，首先，从煤质监测，前边我也提到了煤质在线监测的模块，通过煤质的在线监测我们实现NOx深成和优化奠定基础。NOx的生成方面，我们可以实现炉内配分降低NOx生成的水平，同时减少NOx生成的波动范围，为后续我们做桃小精准的脱除奠定基础，生成角度减少它的生成量和减少它的生成波动，为后续的智能喷氨做一个基础。智能喷氨通过一系列的智能预测技术，可以提前预测我们锅炉出口NOx的生成浓度，同时利用一系列的预测控制技术，解决我们对NOx测量的延时的问题，实现我们后续喷氨系统智能精准的喷氨，通过采用这个模块，相当于从源头生成开始到最后智能的脱处，实现了整体的智能优化控制。一方面，减少我们运行人的劳动强度，运行人可以不用管，完全自动，另外一方面，通过智能精准的喷氨，可以有的降低我们喷氨的用量，从我们试点看可以减少喷氨用量10%以上，缓解空调器堵塞。
2，脱硫和除尘的智能控制模块。通过一系列人工智能技术，解决我们脱硫与电除尘的智能优化控制，在超静排放的前提下，让我们的脱硫和除尘系统实现无人值守和节能优化运行。
时间关系，应用情况我简单说一句，最后做一个简单的小结。
1，我上面介绍的一系列电站智能控制系列的模块，我们前期已经在很多电厂进行了局部的应用，大概应用的有20多个电厂、有30多台机组，整体上都取得了我们预期的效果。
2，我们电站系统的智能控制模块，主要是聚焦于我们电厂的节能减排、网源互动，电厂充分的协调，提高我们机组的灵活性运行水平，提高我们电厂自动化和智能化的水平，应用这些模块之后使得我们电站更加安全稳定、节能环保、灵活，所以，我们系列电站的智能控制模块是我们智能电站建设的一个重要的组成部分。
3，我前面提到的各种智能控制的系列模块，每一个模块针对着我们电站的一个局部的系统，通过应用这个模块实现了我们局部系统的智能化，未来，随着我们智能技术的不断发展，我们整个控制的领域肯定会不断的扩大，未来我们智能控制的模块必将要扩展到我们电站的各个系统，技术发展到某一天，可能我们所有的系统都会实现智能控制，这样我们整体的智能电站建设目标就会真正的实现。
我分享的内容就是这些，不当之处欢迎大家批评指正。谢谢！