“隨著國(guó)家《"十四五"現(xiàn)代能源體系規(guī)劃》的發(fā)布，清潔、低碳、高效、智慧成為未來火電機(jī)組主要發(fā)展方向。當(dāng)前電力行業(yè)數(shù)字智慧建設(shè)、深度調(diào)峰常態(tài)運(yùn)行、燃煤機(jī)組靈活性改造等對(duì)機(jī)組智能化控制水平提出了更高的要求，大唐中南電力試驗(yàn)研究院立足發(fā)電企業(yè)實(shí)際問題，經(jīng)過多年探索，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(xiàng)目《基于智能控制的國(guó)產(chǎn)化自主優(yōu)化控制裝置》脫穎而出，以顯著的經(jīng)濟(jì)效益和廣闊的推廣前景贏得此次大賽一等獎(jiǎng)。該裝置雖小，功效卻大，經(jīng)過二代升級(jí)優(yōu)化后的它已成功應(yīng)用在系統(tǒng)內(nèi)外16臺(tái)機(jī)組，能夠集中解決當(dāng)前機(jī)組自動(dòng)控制系統(tǒng)中存在的調(diào)節(jié)品質(zhì)參數(shù)不佳、控制參數(shù)偏離最優(yōu)區(qū)間、設(shè)備運(yùn)行參數(shù)與設(shè)計(jì)參數(shù)偏差大與波動(dòng)大等行業(yè)難題，實(shí)現(xiàn)控制系統(tǒng)的國(guó)產(chǎn)化與智能化的深度融合。
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團(tuán)隊(duì)成員討論方案
立足機(jī)組需求，開展深度研究
“當(dāng)前，火電機(jī)組的控制系統(tǒng)在配煤摻燒、深度調(diào)峰、大范圍快速變負(fù)荷等工況下，已經(jīng)無法適應(yīng)火電廠數(shù)字化、智慧化的發(fā)展趨勢(shì)，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(tuán)隊(duì)在分析已有數(shù)據(jù)資料的基礎(chǔ)上，發(fā)現(xiàn)大多火電機(jī)組脫硝系統(tǒng)仍采用“PID+前饋”的噴氨控制策略，無法精準(zhǔn)控制噴氨量，從而引發(fā)后端空預(yù)器堵塞、煙道腐蝕，以及煙氣中氮氧化物濃度超標(biāo)的嚴(yán)重后果。
“我們研發(fā)的裝置，要既能實(shí)現(xiàn)氨需量自動(dòng)核算、自動(dòng)控制，也能實(shí)現(xiàn)變工況下實(shí)時(shí)在線優(yōu)化調(diào)整，還能有效控制氮氧化物的排放，一舉三得。”中南院團(tuán)隊(duì)堅(jiān)持以問題為導(dǎo)向、以目標(biāo)為導(dǎo)向，歷時(shí)六個(gè)多月，輾轉(zhuǎn)數(shù)十家發(fā)電企業(yè)，調(diào)研了三十余臺(tái)機(jī)組，深入了解機(jī)組脫硝控制系統(tǒng)中存在的共性和個(gè)性問題，并針對(duì)重點(diǎn)問題進(jìn)行了攻關(guān)，經(jīng)歷百余次的數(shù)據(jù)分析、仿真試驗(yàn)、設(shè)計(jì)優(yōu)化、參數(shù)調(diào)整等工作，為不同脫硝類型機(jī)組的制定了針對(duì)性的模塊化解決方案，綜合運(yùn)用大數(shù)據(jù)分析、智能尋優(yōu)、自適應(yīng)控制等手段精準(zhǔn)量化了各種影響因素對(duì)控制系統(tǒng)的影響，研制開發(fā)出擁有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的“基于數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的脫硝噴氨控制優(yōu)化裝置”。
在某66萬千瓦超臨界機(jī)組應(yīng)用后，長(zhǎng)期穩(wěn)定投入自動(dòng)運(yùn)行，氮氧化物濃度無超標(biāo)現(xiàn)象、氨逃逸降低56%，應(yīng)用結(jié)果顯著優(yōu)于相關(guān)規(guī)程標(biāo)準(zhǔn)。
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團(tuán)隊(duì)成員在現(xiàn)場(chǎng)討論技術(shù)細(xì)節(jié)
研發(fā)團(tuán)隊(duì)主要負(fù)責(zé)人在現(xiàn)場(chǎng)與發(fā)電企業(yè)技術(shù)人員溝通調(diào)試與操作細(xì)節(jié)
著眼系統(tǒng)優(yōu)化，打破技術(shù)桎梏
“大部分煙氣脫硝控制策略依托機(jī)組原有DCS系統(tǒng)及常見的西門子PLC、施耐德PLC等控制系統(tǒng)，如何實(shí)現(xiàn)控制平臺(tái)和控制算法的國(guó)產(chǎn)自主化？”
中南電力試驗(yàn)研究院攻關(guān)團(tuán)隊(duì)馬上投入到后續(xù)研發(fā)中。研發(fā)團(tuán)隊(duì)將預(yù)測(cè)控制、相位補(bǔ)償、多信息融合軟測(cè)量、智能前饋等多種大滯后控制技術(shù)，綜合應(yīng)用到基于麒麟系統(tǒng)的中國(guó)電子超御PLC控制系統(tǒng)和基于國(guó)產(chǎn)服務(wù)器型智能控制系統(tǒng)平臺(tái)，同時(shí)還編制了基于PYTHON、SCL和ST語言的控制算法，以實(shí)現(xiàn)脫硝噴氨精準(zhǔn)控制。
“原有控制策略在設(shè)計(jì)上有些簡(jiǎn)單，僅考慮了對(duì)象的靜態(tài)特性，缺乏自適應(yīng)機(jī)制……”為了彌補(bǔ)這一點(diǎn)，研發(fā)團(tuán)隊(duì)繼續(xù)對(duì)裝置進(jìn)行升級(jí)換代，借助智能控制平臺(tái)高性能算力，挖掘機(jī)組運(yùn)行數(shù)據(jù)信息，以期實(shí)現(xiàn)變工況下生產(chǎn)過程對(duì)象數(shù)學(xué)模型參數(shù)的在線辨識(shí)及參數(shù)優(yōu)化。通過智能算法自動(dòng)獲取的數(shù)學(xué)模型，可以對(duì)過程系統(tǒng)的動(dòng)靜態(tài)特性進(jìn)行自適應(yīng)調(diào)整，以補(bǔ)償深度調(diào)峰下的協(xié)調(diào)、主再熱汽溫、脫硝、脫硫等過程對(duì)象的滯后性和慣性，讓控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)更強(qiáng)的穩(wěn)定性和更快的動(dòng)態(tài)準(zhǔn)確性。
與此同時(shí)，研發(fā)團(tuán)隊(duì)還開發(fā)了基于新算法的智能控制應(yīng)用模塊，整個(gè)計(jì)算過程所需算子數(shù)量少、公式簡(jiǎn)單，大幅降低了運(yùn)算時(shí)間和控制器性能要求，真正實(shí)現(xiàn)控制系統(tǒng)的數(shù)字化、智能化。
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團(tuán)隊(duì)成員在智能控制中心開展優(yōu)化仿真設(shè)計(jì)
聚焦技術(shù)推廣，推動(dòng)科技創(chuàng)效
“在機(jī)組的DCS控制系統(tǒng)只需再裝上這臺(tái)裝置，便能突破常規(guī)上難以精準(zhǔn)控制的生產(chǎn)過程的瓶頸，實(shí)現(xiàn)智能自主控制，既簡(jiǎn)單、便捷，又達(dá)到了節(jié)能環(huán)保效果，為我們企業(yè)帶來了多重好處！”經(jīng)過升級(jí)優(yōu)化后的基于智能控制的國(guó)產(chǎn)化自主優(yōu)化控制裝置由于實(shí)施效果顯著，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66萬千瓦機(jī)組的應(yīng)用為例，使用該優(yōu)化裝置后，機(jī)組長(zhǎng)期運(yùn)行負(fù)荷變化在280至620兆瓦時(shí)，其SCR入口氮氧化物變化區(qū)間穩(wěn)定在270至650毫克每標(biāo)立方米，自動(dòng)投入率達(dá)95%以上；凈煙氣氮氧化物濃度均值控制在41毫克每標(biāo)立方米，且無瞬時(shí)值和平均值超標(biāo)。按照該機(jī)組平均每天發(fā)電量10346兆瓦時(shí)、尿素消耗量10862升統(tǒng)計(jì)，投入該優(yōu)化裝置后，每發(fā)電1兆瓦時(shí)，便可節(jié)約尿素量約0.42升，直接降低尿素總消耗量達(dá)29%！目前，該裝置已成功應(yīng)用在系統(tǒng)內(nèi)外16臺(tái)機(jī)組，為8家發(fā)電企業(yè)節(jié)約資金每年達(dá)5000余萬元。
《基于智能控制的國(guó)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(jí)方面極具先進(jìn)性，已經(jīng)通過中國(guó)電機(jī)工程學(xué)會(huì)鑒定，達(dá)到國(guó)際領(lǐng)先水平；并獲得了中國(guó)電力創(chuàng)新一等獎(jiǎng)、全國(guó)電力職工一等獎(jiǎng)、中國(guó)大唐集團(tuán)科技進(jìn)步一等獎(jiǎng)等多重獎(jiǎng)項(xiàng)；還獲得軟件著作權(quán)5項(xiàng)、授權(quán)發(fā)明專利4項(xiàng)、實(shí)用新型專利1項(xiàng)。
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