火电机组协调控制系统预测控制的仿真研究

火电机组协调控制系统预测控制的仿真研究

刘剑桥

河北涿州京源热电有限公司 河北 保定 072750

摘要：随着经济和科技水平的快速发展，在智能制造与智慧能源的发展框架下，国家能源局发布了《关于推进“互联网+”智慧能源发展的指导意见》，实施能源领域的国家大数据战略，积极拓展能源大数据的采集范围，实现多领域能源大数据的集成融合。随着发电领域智能发电技术的快速发展，建设智慧电厂被逐步提上日程，复杂程度最高、涉及范围最广的火力发电厂的智慧化成为研究的最重要内容。

关键词:火力发电厂;协调控制;预测控制

引言

随着经济建设的快速发展，各行业领域中对电力能源的需求也在不断加大，作为我国主要的发电系统，火力发电过程中会有大量的能量消耗，同时也会对环境造成一定程度的污染，另外在火力发电运行过程中，还存在一些安全隐患。因此火力发电厂相关人员需要对安全管理加强重视，进一步提高发电生产效率，使火力发电安全隐患有效减少。

1存在的问题

1.1网络安全

近年来，随着信息化和工业化融合的不断深入，工业控制系统从单机走向互联，从封闭走向开放，从自动化走向智能化。在科技和生产力显著提高的同时，工业控制系统面临着日益严峻的信息安全威胁。ＤＣＳ系统作为发电企业核心控制系统，其安全关乎整个电厂，乃至整个电网的安全。但实际生产过程中ＤＣＳ系统作为重要的数据源承担了繁重的数据上传、通信功能，使得ＤＣＳ系统负荷越来越高，特别是在收集、存储和使用数据过程中面临着诸多安全风险，造成ＤＣＳ系统网络安全存在巨大隐患。

1.2电气设备运行数据收集效率低下

在对电气设备运行情况进行管理时，应当对电气设备进行更加有效的全面检查，收集电气设备的各类运行参数，这样才能够在电器设备出现故障问题之后，能够根据以往运行参数及时采取干预措施。然而目前火电厂却没有针对电气设备运行数据进行针对性管理，运行数据无法被及时登记以及收录在有关档案资料中，导致有技术人员不能根据以往的运行数据分析电气设备存在的安全隐患，导致电气设备安全运行管理工作出现了被动化的问题。在收集数据的过程中存在效率低下、信息化水平低的问题，多数火电厂仍然只是以人工的方式进行数据收集，使得数据收集的即时性、真实性无法得到保障。

1.3设备检修维护有待进一步加强

良好的设备是火电厂进行生产活动的基本保障，随着设备的老化和磨损，会导致设备精准度和可靠性下降，进一步增大安全事故发生的风险，所以对火电厂的设备日常维护和保养尤为重要。鉴于火电厂的特点，生产设备多，链式生产等，某一个环节出现问题就会影响到整个系统的生产效率。某些火电厂对设备维修检修不到位，无法有效查出问题所在并根据问题进行整改，从而使设备达到最佳状态。由于检修效果的缺失，一方面浪费了火电厂的人财物资源，另一方面也增加了安全风险。

2火电机组协调控制系统预测控制

2.1智慧电厂的系统构成

智慧电厂的概念一经提出，建设者们纷纷提出自己的建设内容，主要围绕智能管理、智能控制和智能设备等要素开展了规划和设计，在各个要素上深度融合各种先进智能技术，充分利用火力发电厂内的各种资源，最大限度地提高发电效率。智能管理：应用人工智能（AI）、工业大数据等新一代技术手段，对信息资源进行提炼、分析、判断，以经济效益为中心，以生产管理为主线，以设备管理为重点，实现对电厂的管理，如智慧经营、智慧燃料管理、构建三维数字可视化设备模型、人员定位与安全管理、智慧物资管理、工艺仿真和人员培训、智能巡点检等。智能控制：基于先进控制系统平台，采用智能控制策略，对所有运行设备进行全过程监测，对运行数据进行统计、查询、汇总、分析等深度挖掘，形成具备“自分析、自诊断、自学习、自适应”的运行优化系统，利用机器学习与人工智能技术，实现机组高效环保运行、灵活调节、少人或无人值守、智能监视。如锅炉燃烧优化控制、锅炉智能吹灰优化控制、AGC优化控制、机组自启停控制、主再热汽温控制、冷端优化控制、脱硫脱硝控制等。智能设备：采用自身感知或在辅助系统、设备的协助下，具备自管理、自诊断能力的现场装备，如现场总线、智能照明、高压电气设备智能监控系统等。

2.2集散式控制系统（DCS）选择分析

集散式控制系统是一种充分将通信系统、分散式控制分系统、信息处理及管理系统等集合在一起的利用微型计算机进行分析计算的新型远程控制系统，具有信息处理量大、配置灵活、组态方便等特点，已在各个领域的工业控制中得到了广泛应用。目前，市场上开发较为成熟的DCS系统相对较大，知名品牌包括如下几点：（1）OC6000e系统是由新华设计研究的最早的集散式控制系统，具有可靠性高、集成度高、智能化程度高等特点，运用了667MHz控制器和以太网进行进行通讯连接控制，数据传输相对较快。（2）HS-2000则是由北京和利时集团开发的集散式控制系统，该系统具有可靠性高、操作方便等特点，在国际上得到了广泛应用，但成本相对较高。由于本次应用场景为火力发电厂，需对蒸汽锅炉、给水、温度等进行实时控制，根据发电厂的现场特点及使用情况，综合价格优势基础上，优选了新华设计的OC6000e集散式控制系统。发电厂中集散式控制系统将基于此系统进行有针对性的设计应用，以更快、更稳定的满足发电厂的控制需求，有效提高发电厂的生产效率及作业安全。

2.3健全安全管理机构组织体系

在火电厂目前的日常工作中，安全管理机构组织体系尚不完善，导致部分工作仍然没有责任人进行负责，因此需要对组织体系进行完善，强化不同级别安全管理人员的工作职能，确保能够将安全管理工作落到实处。组织体系的创新和健全还能够对工作人员起到规范的作用，促使火电厂内的全体人员均参与到安全管理工作中，从自身做起，在日常工作中结合安全管理要求开展工作活动。首先，应当针对安全运行管理工作的开展，明确不同级别的领导人员以及负责人员，提升对电气设备运行工作的监督力度。层次分明的组织体系可以让组织分工变得更加明确，在一定程度上也能够落实不同人员的工作责任，使火电厂内部拥有清晰的责任体系。其次，针对不同类型电气设备分配不同的负责人员，在生产班组中严格落实安全管理制度，确保班组人员工作开展的有序性。班组人员在工作时主要负责对电气设备的运行参数进行收集，提升信息数据的准确性，排查存在的运行参数问题，降低故障发生概率。将具体安全管理工作落实到班组人员之后，能够提升安全管理效果，从基础工作开始为火电厂电气运行提供安全保障，进而有效降低安全事故的发生概率。并且，不同班组人员所负责的电气设备不同，可以确保对每一个电气设备实施有效的安全监管，及时监测出电气设备出现的异常情况，提高安全管理工作的全面性和系统性。

结语

总之，安全管理无论是对企业的发展还是对员工的人身安全保证都是至关重要的，这就要求火电厂把安全生产放在一个很重要的位置上。牢固守住安全生产的底线，通过切实可行的方式来提高安全管理水平是火电厂亟需完善的重要目标。火电厂可以通过增强安全意识，提高对风险点的认知、提高操作人员的操作规范性、加强对设备维修保养的力度和建立健全安全管理制度并对执行情况进行监督等方式来提高安全管理水平，为火电厂的发展打下坚实基础。

参考文献

［1］凌呼君，王文兰，冯永祥．广义预测控制在火电厂单元机组协调控制中的研究［J］．浙江电力，2020，22(5):1－4．