火电厂智能控制系统体系架构及关键技术

火电厂智能控制系统体系架构及关键技术

吕昊阳

华电库车发电有限公司 新疆阿克苏842000

摘要：随着我国社会经济和科学技术的不断提升，我国电力行业发展的脚步逐渐加快，智慧火力发电厂建设正逐步发展和成熟。火力发电厂智能控制系统作为智慧火力发电厂建设不可或缺的一部分，相关人员能够借助该系统的多项功能，通过煤场智能生产线技术优化和数据挖掘技术等实现火力发电厂生产效益的优化提升。

关键词：火电厂；智能控制系统；关键技术

引言

从火电厂的实际应用需求出发，基于ICS应用功能对数据、算法、算力的要求，在分散控制系统的基础上，拓展了ICS的硬件及网络；基于应用功能的根本目标、连接关系以及信息流动过程，提出了ICS的功能架构；在该功能架构下，细化了火电厂智能控制系统的关键技术，为火电厂智能控制系统建设提供依据。

1智能控制系统的体系架构

1.1硬件及网络架构

智能传感器一般由传感器子系统、数据处理子系统、人机接口、通信接口、电输出子系统、电源单元等构成。它除了具有普通传感器的测量功能外，还具有一些附加功能，如组态，调整和整定，自测试、诊断、环境监测，外部过程控制，趋势记录和数据存储等。同时还具有高可靠性，能够适应电站煤厂、炉膛、烟道等复杂恶劣运行环境，为ICS提供准确、有效的数据来源。智能控制器一般由微处理器、存储器、输入/输入接口、通信接口、控制功能模块和显示功能模块以及运行在这些硬件平台上的系统软件和应用软件组成。与传统控制器相比，在硬件方面，应采用16位及以上处理器，宜配备四核高性能工业处理器，主频在1GHz以上，内存容量在1024MB以上，文件存储容量应在512MB以上；在软件方面，应开发并封装参数软测量、信号处理、智能控制等算法模块，以满足复杂热力过程控制要求。服务器一般由处理器、存储设备、网络连接设备及运行在这些硬件平台上的系统软件、数据库、应用软件构成。服务器的CPU、GPU、存储等应根据实际需求定制化设计。高性能服务器的配置要求见表1。智能计算服务器应注重对顺序算力的要求，数据库服务器应注重对存储容量、存取速率的要求，智能分析服务器除注重顺序算力要求外，还应注重并行算力要求，以满足人工智能算法训练、学习的基本需求。

2智能控制方式

2.1模糊控制

模糊控制可模仿人的思维方式，以模糊推理办法来进行复杂系统控制，使用模糊数学及模糊语言表达形式，以模糊推理为原则，使用计算机技术来进行模糊控制。模糊控制系统有着完善的循环控制结构，其中有着以下特点，（1）不需要建立准确的数学模型，操作人员可结合控制经验及操作数据来进行控制。（2）有着较强的鲁棒性，可使传统控制模式非线性和时滞问题得到解决。（3）在推理中可模仿人类的思维模式，对数据精度的要求低，可进行复杂系统的精准化控制。

2.2专家控制

专家控制技术将控制理论、技术及专家系统等结合起来，在运用中可借助专家控制技术来模拟专家思维，并且达到对系统的智能化控制目的。专家控制技术中涉及了专业数据库及推理结构，专家控制是从专业数据库中提取知识，之后放到推理结构内部，结合某逻辑原则来进行推理，可实现对目标的有效控制。专家控制优点体现在了以下几方面，第一是灵活性比较强，可自主选择控制率来进行控制，设置能够进行调整的参数，稳定性高，当控制条件不理想，例如偏差量大等，也可保持良好的控制稳定性。

2.3神经网络控制

神经网络控制模拟人类大脑神经元结构，结合传导方式来进行数据信息的传播，神经网络控制以神经元权值分布及联络来建立为神经网络模型，并且借助直接或者间接校正控制、预测控制来实现智能控制的目标。神经网络模型作为一种非线性模型，通过合理设置模型可使非线性问题得到有效解决，加强了控制的效果。神经网络可实现对多项数据的同时控制，例如同时输入、输出多个信号，容错率比较高，可使系统控制效率得到提升。另外，神经网络控制有着比较强的记忆及存储能力，可实现对处理过的信息的自动化记录。

3火力发电厂燃煤智能控制关键技术

3.1煤场智能生产线技术

在燃煤管理智能控制系统的应用过程中，煤场的智能生产线控制技术是其重要的技术类别，其主要是依托于先进的探测技术、检测技术、测量技术、测绘技术等，利用传感器设备及现代控制技术等，不断改良煤炭资源运输过程中的斗轮等设备构件，优化运输煤炭资源的流程工序，将传统模式下的执行机构升级为全新的功能更加齐全的智能工业机器人，从而实现煤炭的高效率集成运输。通常来说，获取精准的煤制参数是实现火电厂煤燃管理智能系统控制的基础。由于煤炭资源数据不均匀性质，一旦矿源不同，煤质也不尽相同，就会影响现场监测的准确性。但是，煤制检测非常重要，尤其是入厂和入炉两个环节，因此，检测技术、图像识别技术等的应用非常重要。

3.2智能堆煤

对于来自航运企业的煤炭，控制系统使用内部方法来估计适当的煤炭堆放位置，并根据运营商输入的航运企业煤炭航运公司编号、煤炭类型、煤炭质量和煤炭量，或系统设置的煤炭堆放方法，引导运营商堆放煤炭：（1）控制系统根据来煤的性质调节来煤，并确定来煤的运输方向，即进出和进入炉膛。经济煤、主煤、合适煤和易燃煤的优先进料可以有效缩短储存和回收过程，降低煤和易燃煤的能耗；（2）在堆煤工艺设计中，控制系统将寻找理想的、经济的空煤场，以存放成型时的异质煤。需要考虑的因素有：空煤场的煤堆数量和煤源数量，并判断是否堆叠；尽可能将主要、经济、可燃煤储存在靠近运输带路径的区域；发电效率最高、发热量低的煤尽量分配到同一斗轮机所在的煤场；各煤场储煤能力保持稳定，确保事故发生后斗轮机顺利退出；各煤场煤质稳定，保证配煤需求平稳；按相同煤质比例储存；应尽可能储存或不加区分地储存同一种煤炭；（3）在今后的直接进煤过程中，根据配煤的需要，可以使出煤的流量大于进厂的流量。

3.3智能配煤

由运行技术人员提出混合配煤上部煤仓煤质及主要技术参数的具体方案和目标，该系统包括网络、AR、Vdaf、ad、MT、SD等，通过设定各煤种的类型，选择主煤种，并在其内部进行智能计算，对煤场有煤堆和船上运煤的煤质技术参数及数量进行分析，并选定合适的配煤方法研究，以达到煤质总体目的值和混煤配煤的技术边界要求。配煤方案设计的煤种、煤堆代号及它们间的煤气流量比。根据煤质技术参数分析，操作人员也能进行选煤方案的设计。智能配煤影响的主要因素有现场储煤设备条件、首选煤种/煤堆、低压力运行和混合配煤系统的发电效率下限、较经济和易压煤种的优选储煤系统、小储备煤堆的优选储煤系统等。控制系统提供了多个有用的配煤方案，操作者和技术人员可根据结合实际需要进行选择。

结语

火电厂燃煤供应复杂性的关键技术之一。通过对水轮机全自动控制的技术改造，利用煤层实时盘煤技术建立数字化煤场，实现煤层配煤和堆煤作业的智能化管理，使燃料运行的效率和安全性得到显著改善，对于电厂的经济运行、安全运行、经济管理具有重要意义。

参考文献

［1］中华人民共和国国民经济和社会发展第十四个五年规划和2035年远景目标纲要[N].人民日报,2018-03-15(01).

［2］胡波,李响,陈宏君,等.全国产分散控制系统组态软件框架的设计和实现[J].热力发电,2019,50(12):13-20.

［3］刘吉臻,胡勇,曾德良,等.智能发电厂的架构及特征[J].中国电机工程学报,2017,37(22):6463-6470.