火电机组智能发电控制系统架构简述

2021-04-08王瞳，杨爽

东北电力技术 2021年3期

王瞳，杨爽

(1.北京国电智深控制技术有限公司，北京 102200；2. 北京市电站自动化工程技术研究中心，北京 102200)

火电厂机组控制的先进性、信息化、智能化水平关系到全厂燃煤发电效率，关系到污染物排放达标。而传统火电机组的控制系统，不能满足日趋严格的安全生产要求，不能满足复杂工况下运行适应性要求。因此，迫切需要由传统DCS向智能DCS的转型升级[1-3]。

1 智能发电控制系统与传统DCS对比分析

传统分散控制系统(DCS)可实现全厂一体化控制与监控。智能发电控制系统平台(ICS)在传统DCS基础上可以实现全面、实时、准确的数据服务，实现高效实时信息集成与标准化管理，为各自动化系统和功能的互联互通、生产过程深度分析、运行控制多目标优化与决策支持提供统一的数据基础。具体如图1所示。

图1 DCS与ICS对比分析

2 智能发电控制系统平台架构

智能发电控制系统平台面向发电生产运行控制过程，建立生产实时数据统一处理平台，在泛在感知、数据融合与互联互通的基础上，灵活运用各种人工智能算法、数据分析技术和先进控制技术，有效提升运行和控制环节的智能化水平，深入挖掘实际生产数据中蕴含的特征、信息和规律，使数据充分发挥价值。最终实现机组智能运行，自动寻找并保持控制的全局最优状态；可靠的设备运行智能监测、诊断与预警[4-5]。以此为核心将智能发电控制系统平台构架分为基础设施层、平台层、应用层和交互层。

2.1 基础设施层

基础设施层为平台层和应用层提供基础和支撑，主要包含网络和工业控制设备。网络为生产控制网；工业控制设备为智能发电平台的基础硬件。

2.2 平台层

以生产信息全集成为基础，搭建数据分析环境、智能计算环境、智能控制环境、开放的应用开发环境。其中数据分析环境以实时数据库数据为基础，可以在线或离线方式完成生产数据预处理。智能计算环境为监控侧智能应用提供计算基础，依托智能控制器高性能、高可靠的硬件资源，提供丰富的先进控制算法库，支持先进控制策略与智能控制策略的组态、执行与维护。

2.3 应用层

智能发电平台的应用层包含“智能检测”、“智能控制”、“智能分析”、“智能监控”、“智能诊断”、“智能报警”六项业务应用。

智能发电平台通过实施一系列高级应用功能，完成机组的控制优化、运行优化、智能监视及设备故障在线监测、主动安全管控等功能，如图2所示。

图2 系统功能模块组成

2.4 交互层

通过操作员站、工程师站、高级值班员站完成数据监视、指令下达、逻辑画面组态下装等功能，实现人机监控交互。

智能发电平台汇集和分析全厂生产实时数据，具有指标统计、工况分析、全厂能效对标等功能。对运行数据进行实时和历史统计，给出异常预警、关键操作与处理方案建议等。按照负荷对系统当前参数工况进行划分，结合各种典型的辅机组合，建立典型工况数据库，对当前运行工况是否属于最优工况进行分析、判定。能效对标通过对同类机组运行工况和能效进行对比分析，将结论转化为专家诊断、趋向展示、运行建议。

3 智能发电控制系统硬件及软件架构

3.1 硬件架构

硬件设施是智能发电平台的运行载体。智能发电平台的硬件设施主要包含计算服务器、实时数据库服务器、高级值班员站和智能控制器。

3.2 网络架构

智能发电平台网络为生产控制网，又细分为I/O通信网、实时控制网和高级应用服务网。智能发电平台包括机组级、厂级两层网络结构，控制范围包括全厂主控及辅控一体化系统等[6-9]。生产控制网结构如图3所示。

图3 生产控制网结构

4 智能发电控制系统平台特点

智能发电控制系统实现了控制系统基于数据分析技术的全体系智能化改进，为人工智能技术在生产控制层面的广泛应用提供了强大的平台基础。运行人员可以通过智能算法寻优提示，得到不同工况下的节能降耗潜力和最佳控制目标，从而使运行人员对系统加以干预。底层控制回路辅以系统辨识、预测控制、自抗扰、自适应等算法进行控制性能优化，减小或消除机组、设备的运行能耗偏差，使机组运行效率时刻保持最优[10]。