“隨著(zhù)國家《"十四五"現代能源體系規劃》的發(fā)布，清潔、低碳、高效、智慧成為未來(lái)火電機組主要發(fā)展方向。當前電力行業(yè)數字智慧建設、深度調峰常態(tài)運行、燃煤機組靈活性改造等對機組智能化控制水平提出了更高的要求，大唐中南電力試驗研究院立足發(fā)電企業(yè)實(shí)際問(wèn)題，經(jīng)過(guò)多年探索，自主研發(fā)了......”
6月24日，在科研總院2022年度創(chuàng )新創(chuàng )效大賽上，中南院的科技創(chuàng )效項目《基于智能控制的國產(chǎn)化自主優(yōu)化控制裝置》脫穎而出，以顯著(zhù)的經(jīng)濟效益和廣闊的推廣前景贏(yíng)得此次大賽一等獎。該裝置雖小，功效卻大，經(jīng)過(guò)二代升級優(yōu)化后的它已成功應用在系統內外16臺機組，能夠集中解決當前機組自動(dòng)控制系統中存在的調節品質(zhì)參數不佳、控制參數偏離最優(yōu)區間、設備運行參數與設計參數偏差大與波動(dòng)大等行業(yè)難題，實(shí)現控制系統的國產(chǎn)化與智能化的深度融合。
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團隊成員討論方案
立足機組需求，開(kāi)展深度研究
“當前，火電機組的控制系統在配煤摻燒、深度調峰、大范圍快速變負荷等工況下，已經(jīng)無(wú)法適應火電廠(chǎng)數字化、智慧化的發(fā)展趨勢，我們必須替發(fā)電企業(yè)想在前面、做在前面......;”
早在2016年，中南院攻關(guān)團隊在分析已有數據資料的基礎上，發(fā)現大多火電機組脫硝系統仍采用“PID+前饋”的噴氨控制策略，無(wú)法精準控制噴氨量，從而引發(fā)后端空預器堵塞、煙道腐蝕，以及煙氣中氮氧化物濃度超標的嚴重后果。
“我們研發(fā)的裝置，要既能實(shí)現氨需量自動(dòng)核算、自動(dòng)控制，也能實(shí)現變工況下實(shí)時(shí)在線(xiàn)優(yōu)化調整，還能有效控制氮氧化物的排放，一舉三得?！敝心显簣F隊堅持以問(wèn)題為導向、以目標為導向，歷時(shí)六個(gè)多月，輾轉數十家發(fā)電企業(yè)，調研了三十余臺機組，深入了解機組脫硝控制系統中存在的共性和個(gè)性問(wèn)題，并針對重點(diǎn)問(wèn)題進(jìn)行了攻關(guān)，經(jīng)歷百余次的數據分析、仿真試驗、設計優(yōu)化、參數調整等工作，為不同脫硝類(lèi)型機組的制定了針對性的模塊化解決方案，綜合運用大數據分析、智能尋優(yōu)、自適應控制等手段精準量化了各種影響因素對控制系統的影響，研制開(kāi)發(fā)出擁有自主知識產(chǎn)權的“基于數據驅動(dòng)的脫硝噴氨控制優(yōu)化裝置”。
在某66萬(wàn)千瓦超臨界機組應用后，長(cháng)期穩定投入自動(dòng)運行，氮氧化物濃度無(wú)超標現象、氨逃逸降低56%，應用結果顯著(zhù)優(yōu)于相關(guān)規程標準。
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團隊成員在現場(chǎng)討論技術(shù)細節
研發(fā)團隊主要負責人在現場(chǎng)與發(fā)電企業(yè)技術(shù)人員溝通調試與操作細節
著(zhù)眼系統優(yōu)化，打破技術(shù)桎梏
“大部分煙氣脫硝控制策略依托機組原有DCS系統及常見(jiàn)的西門(mén)子PLC、施耐德PLC等控制系統，如何實(shí)現控制平臺和控制算法的國產(chǎn)自主化？”
中南電力試驗研究院攻關(guān)團隊馬上投入到后續研發(fā)中。研發(fā)團隊將預測控制、相位補償、多信息融合軟測量、智能前饋等多種大滯后控制技術(shù)，綜合應用到基于麒麟系統的中國電子超御PLC控制系統和基于國產(chǎn)服務(wù)器型智能控制系統平臺，同時(shí)還編制了基于PYTHON、SCL和ST語(yǔ)言的控制算法，以實(shí)現脫硝噴氨精準控制。
“原有控制策略在設計上有些簡(jiǎn)單，僅考慮了對象的靜態(tài)特性，缺乏自適應機制……”為了彌補這一點(diǎn)，研發(fā)團隊繼續對裝置進(jìn)行升級換代，借助智能控制平臺高性能算力，挖掘機組運行數據信息，以期實(shí)現變工況下生產(chǎn)過(guò)程對象數學(xué)模型參數的在線(xiàn)辨識及參數優(yōu)化。通過(guò)智能算法自動(dòng)獲取的數學(xué)模型，可以對過(guò)程系統的動(dòng)靜態(tài)特性進(jìn)行自適應調整，以補償深度調峰下的協(xié)調、主再熱汽溫、脫硝、脫硫等過(guò)程對象的滯后性和慣性，讓控制系統實(shí)現更強的穩定性和更快的動(dòng)態(tài)準確性。
與此同時(shí)，研發(fā)團隊還開(kāi)發(fā)了基于新算法的智能控制應用模塊，整個(gè)計算過(guò)程所需算子數量少、公式簡(jiǎn)單，大幅降低了運算時(shí)間和控制器性能要求，真正實(shí)現控制系統的數字化、智能化。
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團隊成員在智能控制中心開(kāi)展優(yōu)化仿真設計
聚焦技術(shù)推廣，推動(dòng)科技創(chuàng )效
“在機組的DCS控制系統只需再裝上這臺裝置，便能突破常規上難以精準控制的生產(chǎn)過(guò)程的瓶頸，實(shí)現智能自主控制，既簡(jiǎn)單、便捷，又達到了節能環(huán)保效果，為我們企業(yè)帶來(lái)了多重好處！”經(jīng)過(guò)升級優(yōu)化后的基于智能控制的國產(chǎn)化自主優(yōu)化控制裝置由于實(shí)施效果顯著(zhù)，加上體積小、安裝方便，不需要投入額外的改造成本，受到了發(fā)電企業(yè)的廣泛歡迎。
以某66萬(wàn)千瓦機組的應用為例，使用該優(yōu)化裝置后，機組長(cháng)期運行負荷變化在280至620兆瓦時(shí)，其SCR入口氮氧化物變化區間穩定在270至650毫克每標立方米，自動(dòng)投入率達95%以上；凈煙氣氮氧化物濃度均值控制在41毫克每標立方米，且無(wú)瞬時(shí)值和平均值超標。按照該機組平均每天發(fā)電量10346兆瓦時(shí)、尿素消耗量10862升統計，投入該優(yōu)化裝置后，每發(fā)電1兆瓦時(shí)，便可節約尿素量約0.42升，直接降低尿素總消耗量達29%！目前，該裝置已成功應用在系統內外16臺機組，為8家發(fā)電企業(yè)節約資金每年達5000余萬(wàn)元。
《基于智能控制的國產(chǎn)化自主優(yōu)化控制裝置》由于核心技術(shù)在科技創(chuàng )新和產(chǎn)品升級方面極具先進(jìn)性，已經(jīng)通過(guò)中國電機工程學(xué)會(huì )鑒定，達到國際領(lǐng)先水平；并獲得了中國電力創(chuàng )新一等獎、全國電力職工一等獎、中國大唐集團科技進(jìn)步一等獎等多重獎項；還獲得軟件著(zhù)作權5項、授權發(fā)明專(zhuān)利4項、實(shí)用新型專(zhuān)利1項。
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