关于智能化控制技术开发运用分析—以1750MW级核电封闭母线产业化项目为例

2020-06-29

中国科技纵横 2020年5期

(山东达驰阿尔发电气有限公司,山东菏泽 274200)

0 引言

相较于自动化控制技术，智能化控制技术进一步明确了控制对象模型，并提供更加顺畅、高效的数据交换方式，能够满足工业生产活动中多个复杂任务的同时控制。智能化控制系统在自适应性、自我诊断、自主学习等方面均较之前的控制技术有了显著提升，能够被顺利应用至工业、军事、建筑等多个领域，为推动智能化控制技术发展普及，需要对其开发应用经验做总结性分析。

1 智能化控制技术开发运用

1.1 技术分类

1.1.1 神经网络控制技术

神经网络控制技术分为生物和人工两部分，其中，人工神经网络是一种类人脑的神经突触连接模型。神经网络控制技术能够逼近任何非线性函数，且具备极强的数据处理能力和容错性能，可进行自主学习，非常适用于多变量的控制系统中，如图1为神经网络结构示意图。神经网络控制技术的发展时间并不长，以此为基础的控制系统在稳定性、实时性等方面还存在一定不足。

1.1.2 模糊控制技术

模糊控制首先对输入对象做模糊处理，然后利用系统自带的知识库进行对比分析和模糊推理，将结果清晰化处理后再传输给控制对象。模糊控制技术控制过程不借助数学模型，其信息处理过程与人的思维发展规律相似，且具备鲁棒性强、实时性高等优势，但在控制精度及控制目标自定义上要略逊于其他智能化控制技术[1]。

1.1.3 专家控制系统

专家控制系统将专家理论与控制理论有机结合，可在未知条件下通过专家智能模拟，实现对目标的智能化控制，以达到专家亲临现场进行问题剖析的处理效果，因此在经济性、便捷化程度方面独具优势。专家控制系统中的专家理论具备较高的共享性，可实现专家资源的最优配置，通过信息共享提高专家系统的控制性能。另外，专家控制系统还具备信息处理能力强、灵活性高、可逐级提升智能程度等特点。专家库作为专家控制系统的核心，其中知识、信息的全面性几乎决定了专家控制系统的最优性能，因此在系统构建过程中，专家知识获取及专家库的更新、扩充是关键。

1.2 技术应用

1.2.1 神经网络控制技术的应用

在电力行业，神经网络控制技术在传统电力控制系统中植入数学模型，该模型能够高效处理各类复杂的电力系统运行信息，可应对多种自动控制环境。神经网络控制技术在电力行业中的应用得到国家及有关部门的高度关注，目前，故障智能化诊断及控制已经可通过神经网络控制技术来实现。例如，以人工神经网络中的神经元模拟电力系统节点，通过神经元的系统化衔接搭建电力系统神经网络，对整个系统中各个节点、模块的运行状态做实时监控，并采集有效的数据、图像或视频信息，以此为基础开展信息分析、挖掘工作，以准确定位电力系统异常点，帮助优化电力系统运行方案，提高供电能力。

1.2.2 模糊控制技术的应用

电力系统运行过程中，产生大量实时数据，且这些数据处于不断更新、变化的状态，数据分析、描述难度高，给传统自动化控制系统运行带来巨大压力，易发生信息获取不全面、故障诊断失误、数据更新时效性不足等问题。在引入模糊控制算法后，自动化控制系统得到全面升级，在系统设计及后期运维管理难度上都明显降低，以模糊控制及数据综合分析取代以往的数学算法分析过程，各变量之间的关系更加明确，由此产生的控制效果也得到显著提升。如图2为模糊控制器的运行原理示意图。

图2 模糊控制器运行原理

1.2.3 专家控制系统的应用

专家控制系统可被视为一种智能化计算机程序，该程序中存储大量与电力领域有关的专家知识，包括标准化数据、研究成果、实验案例等，借助强大的专家数据库，系统可自动完成故障诊断工作，并向电力管理人员提供相应的问题处理意见。在专家控制系统运行过程中，自动化控制系统可自行切换运行状态及模式，并开展故障诊断、定位、排查等活动，实现电力系统的智能化管理[2]。例如当系统某一元件突发异常时，系统终端采集异常信号并传输至控制中心，经分析确认后，系统第一时间给出报警提示，提醒相关人员介入，同时对故障位置、原因等进行判断，给出故障排除的具体措施，运维管理人员结合系统信息提示，即可快速、准确完成故障排除工作，以免影响系统其他模块的正常运行。

2 智能化控制技术开发运用案例分析

2.1 1750MW级核电封闭母线简介

1750MW级核电为目前单机容量最大的核能发电机，其属于半转速三相同步发电机类型，并采用水氢氢冷却方式，冷却效果非常突出。该级别核电发电机的钻子直径达到2040mm，约为常规火电发电机的2倍，钻子自重超过800t。1750MW级核电发电机装机容量高、技术难度大，且内部结构复杂、制造精密，在日常运行过程中，发电机监管工作难度也要远高于一般火电。

2.2 封闭母线智能化控制需求分析

封闭母线为1750MW级核电发电机组的重要元件，常规封闭母线并未安装自封闭系统，在发电机组停机维护过程中，外部环境中的灰尘、水分等进入母线外壳，给母线清洁工作带来较大难度。离相封闭母线相较于常规母线，封闭性更高，在运行过程中，受灰尘、雨水的影响程度较低，且具备安全性高的优势，因此近年来在核电机组中得到广泛应用。但当环境温度或负荷电流降低时，封闭母线的电压随之降低，因内外压力差的产生导致外部空气进入母线外壳，空气中的灰尘、水分等导致母线受潮或结露，影响其绝缘性能，进而严重威胁到1750MW级核电发电机组的运行稳定性。尤其在风沙降雨天气，或气候潮湿的区域，以上问题发生的程度更高。

针对1750MW级核电封闭母线的特点和与运行缺陷，行业一般会选择安装微增压系统的方式，向母线外壳内进行补压，以达到平衡内外压强的作用，避免外部空气进入母线外壳。具体原理为：通过微增压系统赋予封闭母线自封闭属性，在核电发电机停机检修或遭遇极端天气时，微增压装置向母线外壳内填充经干燥及过滤处理的空气，促使母线外壳内的气压稳定在300～2500Pa，以免水分、灰尘等随空气进入外壳[3]。微增压装置可自动控制进入母线外壳空气的压力及温度，装置运行过程中若控制回路出现异常，就会引发母线微增压装置压力异常现象，影响其保护性能的发挥。因此，行业希望找到一种稳定性更高、控制精度更好的控制方式，确保微增压系统的稳定运行。

2.3 封闭母线微增压系统控制方案优化

2.3.1 数据采集模块

封闭母线微增压系统智能化控制指标主要为温度和压力，其中，1750MW核电系统中封闭母线的合理运行温度应不超过120℃，母线外壳内气压应保持在300～2500Pa。因此现场数据采集模块由温控表及压力控制表构成。安装过程中，确保温控表接线可靠，接通电源调整面板上的波动开关，完成温度上下限设置。若现场测得的温度值低于温度下限，设备绿灯亮起，若温度高于温度上限，设备红灯亮起。微增压设备正常运行时，温控表指示灯为常闭状态。压力表自带显示盘，显示压力实测值及设定标准值，可利用SET按键及上下键完成标准压力范围设定。

2.3.2 智能化控制逻辑

封闭母线微增压智能化控制系统包括气压系统及阀门控制逻辑两部分，对空气做加压、过滤处理，得到压力值在0.8MPa的干燥、清洁空气后，系统自动调整减压阀、进气阀、电磁补气阀等阀门的状态，向母线外壳内注入清洁空气，以调整其压力值到合理范围，确保母线绝缘不受影响。控制逻辑的具体内容包括：第一，当压力值降至300Pa以下时，压力开关被触发，改变常闭接点状态，开启电磁补气阀向母线外壳内注入清洁空气。第二，当压力值达到300Pa之后，压力开关被触发，将常闭接点断开，形成自保持回路继续向外壳内注入空气。第三，当外壳内压力值达到2500Pa后，补气回路自动断开。同时在时间继电器设置延时，若持续补气时间达到延时指标压力开关未发生关闭动作，自动开启报警指示灯，将母线外壳低压信息传输至控制中心，提示相关人员进行现场查看。注意在实际应用中，易发生封闭母线微增压装置低压、高压报警信号同时发出的现象，其原因主要是微增压压力上限值设定失误。因此在使用智能化控制技术对封闭母线微增压设备进行控制时，需结合1750MW核电机组运行特点合理选择压力上限。