火電機組智能發(fā)電控制系統(tǒng)架構(gòu)簡述

王 瞳，楊 爽

(1.北京國電智深控制技術(shù)有限公司，北京 102200；2. 北京市電站自動化工程技術(shù)研究中心，北京 102200)

火電廠機組控制的先進性、信息化、智能化水平關(guān)系到全廠燃煤發(fā)電效率，關(guān)系到污染物排放達標。而傳統(tǒng)火電機組的控制系統(tǒng)，不能滿足日趨嚴格的安全生產(chǎn)要求，不能滿足復(fù)雜工況下運行適應(yīng)性要求。因此，迫切需要由傳統(tǒng)DCS向智能DCS的轉(zhuǎn)型升級[1-3]。

1 智能發(fā)電控制系統(tǒng)與傳統(tǒng)DCS對比分析

傳統(tǒng)分散控制系統(tǒng)(DCS)可實現(xiàn)全廠一體化控制與監(jiān)控。智能發(fā)電控制系統(tǒng)平臺(ICS)在傳統(tǒng)DCS基礎(chǔ)上可以實現(xiàn)全面、實時、準確的數(shù)據(jù)服務(wù)，實現(xiàn)高效實時信息集成與標準化管理，為各自動化系統(tǒng)和功能的互聯(lián)互通、生產(chǎn)過程深度分析、運行控制多目標優(yōu)化與決策支持提供統(tǒng)一的數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。具體如圖1所示。

圖1 DCS與ICS對比分析

2 智能發(fā)電控制系統(tǒng)平臺架構(gòu)

智能發(fā)電控制系統(tǒng)平臺面向發(fā)電生產(chǎn)運行控制過程，建立生產(chǎn)實時數(shù)據(jù)統(tǒng)一處理平臺，在泛在感知、數(shù)據(jù)融合與互聯(lián)互通的基礎(chǔ)上，靈活運用各種人工智能算法、數(shù)據(jù)分析技術(shù)和先進控制技術(shù)，有效提升運行和控制環(huán)節(jié)的智能化水平，深入挖掘?qū)嶋H生產(chǎn)數(shù)據(jù)中蘊含的特征、信息和規(guī)律，使數(shù)據(jù)充分發(fā)揮價值。最終實現(xiàn)機組智能運行，自動尋找并保持控制的全局最優(yōu)狀態(tài)；可靠的設(shè)備運行智能監(jiān)測、診斷與預(yù)警[4-5]。以此為核心將智能發(fā)電控制系統(tǒng)平臺構(gòu)架分為基礎(chǔ)設(shè)施層、平臺層、應(yīng)用層和交互層。

2.1 基礎(chǔ)設(shè)施層

基礎(chǔ)設(shè)施層為平臺層和應(yīng)用層提供基礎(chǔ)和支撐，主要包含網(wǎng)絡(luò)和工業(yè)控制設(shè)備。網(wǎng)絡(luò)為生產(chǎn)控制網(wǎng)；工業(yè)控制設(shè)備為智能發(fā)電平臺的基礎(chǔ)硬件。

2.2 平臺層

以生產(chǎn)信息全集成為基礎(chǔ)，搭建數(shù)據(jù)分析環(huán)境、智能計算環(huán)境、智能控制環(huán)境、開放的應(yīng)用開發(fā)環(huán)境。其中數(shù)據(jù)分析環(huán)境以實時數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，可以在線或離線方式完成生產(chǎn)數(shù)據(jù)預(yù)處理。智能計算環(huán)境為監(jiān)控側(cè)智能應(yīng)用提供計算基礎(chǔ)，依托智能控制器高性能、高可靠的硬件資源，提供豐富的先進控制算法庫，支持先進控制策略與智能控制策略的組態(tài)、執(zhí)行與維護。

2.3 應(yīng)用層

智能發(fā)電平臺的應(yīng)用層包含“智能檢測”、“智能控制”、“智能分析”、“智能監(jiān)控”、“智能診斷”、“智能報警”六項業(yè)務(wù)應(yīng)用。

智能發(fā)電平臺通過實施一系列高級應(yīng)用功能，完成機組的控制優(yōu)化、運行優(yōu)化、智能監(jiān)視及設(shè)備故障在線監(jiān)測、主動安全管控等功能，如圖2所示。

圖2 系統(tǒng)功能模塊組成

2.4 交互層

通過操作員站、工程師站、高級值班員站完成數(shù)據(jù)監(jiān)視、指令下達、邏輯畫面組態(tài)下裝等功能，實現(xiàn)人機監(jiān)控交互。

智能發(fā)電平臺匯集和分析全廠生產(chǎn)實時數(shù)據(jù)，具有指標統(tǒng)計、工況分析、全廠能效對標等功能。對運行數(shù)據(jù)進行實時和歷史統(tǒng)計，給出異常預(yù)警、關(guān)鍵操作與處理方案建議等。按照負荷對系統(tǒng)當前參數(shù)工況進行劃分，結(jié)合各種典型的輔機組合，建立典型工況數(shù)據(jù)庫，對當前運行工況是否屬于最優(yōu)工況進行分析、判定。能效對標通過對同類機組運行工況和能效進行對比分析，將結(jié)論轉(zhuǎn)化為專家診斷、趨向展示、運行建議。

3 智能發(fā)電控制系統(tǒng)硬件及軟件架構(gòu)

3.1 硬件架構(gòu)

硬件設(shè)施是智能發(fā)電平臺的運行載體。智能發(fā)電平臺的硬件設(shè)施主要包含計算服務(wù)器、實時數(shù)據(jù)庫服務(wù)器、高級值班員站和智能控制器。

3.2 網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)

智能發(fā)電平臺網(wǎng)絡(luò)為生產(chǎn)控制網(wǎng)，又細分為I/O通信網(wǎng)、實時控制網(wǎng)和高級應(yīng)用服務(wù)網(wǎng)。智能發(fā)電平臺包括機組級、廠級兩層網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，控制范圍包括全廠主控及輔控一體化系統(tǒng)等[6-9]。生產(chǎn)控制網(wǎng)結(jié)構(gòu)如圖3所示。

圖3 生產(chǎn)控制網(wǎng)結(jié)構(gòu)

4 智能發(fā)電控制系統(tǒng)平臺特點

智能發(fā)電控制系統(tǒng)實現(xiàn)了控制系統(tǒng)基于數(shù)據(jù)分析技術(shù)的全體系智能化改進，為人工智能技術(shù)在生產(chǎn)控制層面的廣泛應(yīng)用提供了強大的平臺基礎(chǔ)。運行人員可以通過智能算法尋優(yōu)提示，得到不同工況下的節(jié)能降耗潛力和最佳控制目標，從而使運行人員對系統(tǒng)加以干預(yù)。底層控制回路輔以系統(tǒng)辨識、預(yù)測控制、自抗擾、自適應(yīng)等算法進行控制性能優(yōu)化，減小或消除機組、設(shè)備的運行能耗偏差，使機組運行效率時刻保持最優(yōu)[10]。

5 結(jié)束語

智能發(fā)電平臺在數(shù)據(jù)融合與互聯(lián)互通的基礎(chǔ)上，靈活運用各種人工智能算法、數(shù)據(jù)挖掘和先進控制技術(shù)，有效提升運行和控制環(huán)節(jié)的智能化水平，深入挖掘?qū)嶋H生產(chǎn)數(shù)據(jù)中蘊含的特征、信息和規(guī)律，使數(shù)據(jù)充分發(fā)揮價值，有效提升發(fā)電過程運行品質(zhì)和生產(chǎn)效率，提高電廠核心競爭力與盈利能力。