浅论火电厂热工自动化的现状与进展

(长安益阳发电有限公司 湖南 益阳 413000)

一、引言

无人直接参与的情况下，利用测控设备完成电厂热工过程参数自动测量与控制、信息处理、自动报警和保护的技术称为电厂热工自动化。热工自动化技术对于电厂机组运行经济性、安全性和清洁性具有重大意义，本文回顾和总结热工自动化的历程、现状，也给出了热工自动化面临的主要问题和发展趋势，促进热工自动化的技术发展。

二、火电厂热工自动化的现状

21世纪以来，新技术不断涌现，如通用化的硬件平台，可组态的应用软件，标准化的通讯协议，可编程逻辑控制器的接入，现场总线控制系统的应用，变频技术的实现，控制技术的优化，自动启/停机控制系统；目前PLC方便地接入DCS、DCS运行参数的数据送入全厂管理信息系统，实现数据共享和处理，厂级监控信息系统完成电厂管理系统与分散控制系统之间信息交换、实时数据共享；电气控制系统纳入DCS的控制范围中、汽轮机危机遮断系统改由DCS模块构成、数字电液控制系统并入DCS中，烟气净化控制并入DCS控制，各个辅助车间的控制整合成一个辅控网，在DCS技术推动下控制系统一体化走向完善。

(一)控制系统优化。为适应低氮燃烧器改造、电网“两个细则”以及火电机组改造的要求，需要机组变负荷速率快、负荷调节精度高、一次调频性能好、机组负荷调节范围宽，因此控制系统必须优化。优化控制软件在电厂已得到发展与应用，自动发电控制由单台机组方式发展成全厂负荷分配方式，控制策略得到改进，状态预测控制、模糊控制、自适应控制及人工神经网络控制等技术已得到成功应用。

(二)现场总线与DCS相互依存发展。具有现场总线通讯功能的现场设备主要包括压力变送器、差压变送器、温度变送器、超声波物位计、雷达物位仪、电动调门、电动门、气动调节阀、电动机、分析仪表、变频器，FCS与DCS、PLC相互促进发展，FCS借助于DCS和PLC平台拓展应用空间，DCS和PLC则借助于FCS完善自身的功能。

(三)一键启停APS。APS的优点是：规范了操作流程，减少误操作；减少了人工操作，减轻运行人员负担；优化了操作过程，提高控制品质；缩短了启停时间，提高效率和经济性。机组自启停时，它按程序向各个子系统发出启停指令，并由以下系统协同完成：模拟量控制系统、炉膛安全监控系统、DEH、小汽轮机电液控制系统、旁路控制系统、顺序控制系统、给水、燃烧及其他控制系统。一键启停APS与控制系统的接口信号全部采用通信的方式实现，它是基于控制系统之上的机组管理、调度系统，实现APS系统与控制系统的无缝连接是实现APS系统自启停功能的关键。需要解决控制系统的全程控制、多执行机构并列运行及指令平衡控制、凝结水系统自适应投运等关键控制问题。

(四)数字化、集中化和智能化。仪表及其软件新技术不断涌现，迈向了数字化、集中化和智能化。数字仪表将传感器采集的模拟信号数字化，经主处理器计算处理，再将数字量转换成相应的物理量，测量精度更高，此外，增加各种通讯接口，如串行通讯接口使仪表设备与计算机连接，实现数据的传输和共享。将各种仪器设备连接，相互通讯，再由检测系统进行监测，能方便地实现自动控制。智能软件可以对传感器进行在线组态和参数设置，自动校正精度，计算误差，生成校正曲线和报告，跟踪并记录运行中的仪表状态，也能对阀门进行在线组态和阶跃测试，判断阀门是否卡涩、磨损等。

APS技术、全激励式仿真技术及预估控制、模糊控制、专家控制等多种控制技术；启动路径识别、制粉系统最优启停控制、汽轮机启动过程风险预估等关键技术；以智能启停和智能调峰为核心的全程智能控制技术促进了机组监控的数字化、集中化和智能化，提高了机组运行管理水平。

三、火电厂热工自动化的发展

(一)热工自动化的应用研究与实践不断深入

(1)预测控制用于机组控制：模型算法控制，动态矩阵控制，广义预测控制，广义预测极点控制，内模控制，推理控制等等。预测控制是一种对模型精度要求低、在线计算简便、控制性能好的动态优化控制方法，能够较好地解决大惯性、大滞后过程的问题。

(2)反馈线性化控制方法在协调控制系统中的应用能够有效解决对象的非线性、时变性以及耦合性等问题。

(3)多模型和增益调度方法用于机组模型的协调控制将非线性系统分解成许多线性系统分而治之，该方法将非线性系统在各工况点线性化，针对每一个工况点设计适合的线性控制器，将这些线性控制器通过一定的调度切换规则组合在一起，可以使控制器满足不同工况条件下对象的控制任务，实现被控对象的全局优化控制。

(4)智能控制。包括神经网络控制、模糊控制、免疫算法、遗传算法、专家控制、学习控制、分层递阶控制、仿人智能控制，通常采用复合或混合智能控制方式用于现场对象。智能控制是多学科交叉的高级控制，提高了对复杂系统控制的能力，将它应用于大型复杂的电力生产过程中往往能获得良好的效果。

(二)智能测量与仪表技术的发展

(1)仪表新技术。软检定技术是仪表新技术，它根据检测数据，依靠科学合理的算法处理，进而推断出无法确定的信息，用于无法进行数据采集的场合。测量技术日新月异，并不断地用于火电厂，具有集成化、系统化以及智能化的特点。

(2)EIC技术。在电厂控制过程中，电气控制E、仪表I和计算机控制C都是彼此独立的。EIC综合技术就是将这3种系统进行统一处理，目前EIC综合技术已开始逐渐地被应用，这是热工自动化未来的技术发展趋势。

(3)智能机器人巡检。智能机器人搭载可见光摄像机、热成像仪、激光测振仪，激光雷达导航传感器、声纳传感器，配合充电系统、无线通讯系统、后台管理系统、手机APP客户端软件和液体泄漏检测系统，实现电厂化水车间、主变压器、供热系统和锅炉水泵区域的自动巡检。根据不同的介质及工况采用通过泄漏电缆、声压计、视频识别、红外测温等技术，自动判断现场水、酸、碱、气、汽跑冒滴漏。自动检测管道、储罐水、油、酸、碱泄漏。

(4)设备二维码巡视。二维码是一种全新的信息存储、传递、识别技术，已经得多领域得到广泛应用。将二维码技术应用于电厂设备巡视中，可以大大增强设备管理有序性和便捷性。传统设备管理中，需要建立繁重的设备档案台账，而引入二维码技术后，可以在手机端安装二维码软件，实现现场对设备进行盘点清理，有效提升工作效率。

四、结语

热工自动化未来的趋势是智能化、信息化、透明化、综合化一体化，数据挖掘、智能测量、故障诊断与预测以及先进控制策略是基础，其技术应用将从煤电拓展至气电、核电、生物质发电、太阳能发电等领域。未来热工自动化将综合运用各种新技术，自动根据发电厂内、外因素变化，优化控制策略、方法、参数和管理模式，实现自我寻优与进化，使电厂安全、经济、环保最优化运营，经济效益与社会效益最大化。