“隨著國家《"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組主要發(fā)展方向。當前電力行業(yè)數(shù)字智慧建設、深度調(diào)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，以顯著的經(jīng)濟效益和廣闊的推廣前景贏得此次大賽一等獎。該裝置雖小，功效卻大，經(jīng)過二代升級優(yōu)化后的它已成功應用在系統(tǒng)內(nèi)外16臺機組，能夠集中解決當前機組自動控制系統(tǒng)中存在的調(diào)節(jié)品質參數(shù)不佳、控制參數(shù)偏離最優(yōu)區(qū)間、設備運行參數(shù)與設計參數(shù)偏差大與波動大等行業(yè)難題，實現(xiàn)控制系統(tǒng)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，開展深度研究
“當前，火電機組的控制系統(tǒng)在配煤摻燒、深度調(diào)峰、大范圍快速變負荷等工況下，已經(jīng)無法適應火電廠數(shù)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，中南院攻關團隊在分析已有數(shù)據(jù)資料的基礎上，發(fā)現(xiàn)大多火電機組脫硝系統(tǒng)仍采用“PID+前饋”的噴氨控制策略，無法精準控制噴氨量，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，要既能實現(xiàn)氨需量自動核算、自動控制，也能實現(xiàn)變工況下實時在線優(yōu)化調(diào)整，還能有效控制氮氧化物的排放，一舉三得?！敝心显簣F隊堅持以問題為導向、以目標為導向，歷時六個多月，輾轉數(shù)十家發(fā)電企業(yè)，調(diào)研了三十余臺機組，深入了解機組脫硝控制系統(tǒng)中存在的共性和個性問題，并針對重點問題進行了攻關，經(jīng)歷百余次的數(shù)據(jù)分析、仿真試驗、設計優(yōu)化、參數(shù)調(diào)整等工作，為不同脫硝類型機組的制定了針對性的模塊化解決方案，綜合運用大數(shù)據(jù)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(tǒng)的影響，研制開發(fā)出擁有自主知識產(chǎn)權的“基于數(shù)據(jù)驅動的脫硝噴氨控制優(yōu)化裝置”。
在某66萬千瓦超臨界機組應用后，長期穩(wěn)定投入自動運行，氮氧化物濃度無超標現(xiàn)象、氨逃逸降低56%，應用結果顯著優(yōu)于相關規(guī)程標準。
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團隊成員在現(xiàn)場討論技術細節(jié)
研發(fā)團隊主要負責人在現(xiàn)場與發(fā)電企業(yè)技術人員溝通調(diào)試與操作細節(jié)
著眼系統(tǒng)優(yōu)化，打破技術桎梏
“大部分煙氣脫硝控制策略依托機組原有DCS系統(tǒng)及常見的西門子PLC、施耐德PLC等控制系統(tǒng)，如何實現(xiàn)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團隊馬上投入到后續(xù)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，綜合應用到基于麒麟系統(tǒng)的中國電子超御PLC控制系統(tǒng)和基于國產(chǎn)服務器型智能控制系統(tǒng)平臺，同時還編制了基于PYTHON、SCL和ST語言的控制算法，以實現(xiàn)脫硝噴氨精準控制。
“原有控制策略在設計上有些簡單，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，研發(fā)團隊繼續(xù)對裝置進行升級換代，借助智能控制平臺高性能算力，挖掘機組運行數(shù)據(jù)信息，以期實現(xiàn)變工況下生產(chǎn)過程對象數(shù)學模型參數(shù)的在線辨識及參數(shù)優(yōu)化。通過智能算法自動獲取的數(shù)學模型，可以對過程系統(tǒng)的動靜態(tài)特性進行自適應調(diào)整，以補償深度調(diào)峰下的協(xié)調(diào)、主再熱汽溫、脫硝、脫硫等過程對象的滯后性和慣性，讓控制系統(tǒng)實現(xiàn)更強的穩(wěn)定性和更快的動態(tài)準確性。
與此同時，研發(fā)團隊還開發(fā)了基于新算法的智能控制應用模塊，整個計算過程所需算子數(shù)量少、公式簡單，大幅降低了運算時間和控制器性能要求，真正實現(xiàn)控制系統(tǒng)的數(shù)字化、智能化。
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團隊成員在智能控制中心開展優(yōu)化仿真設計
聚焦技術推廣，推動科技創(chuàng)效
“在機組的DCS控制系統(tǒng)只需再裝上這臺裝置，便能突破常規(guī)上難以精準控制的生產(chǎn)過程的瓶頸，實現(xiàn)智能自主控制，既簡單、便捷，又達到了節(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66萬千瓦機組的應用為例，使用該優(yōu)化裝置后，機組長期運行負荷變化在280至620兆瓦時，其SCR入口氮氧化物變化區(qū)間穩(wěn)定在270至650毫克每標立方米，自動投入率達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，且無瞬時值和平均值超標。按照該機組平均每天發(fā)電量10346兆瓦時、尿素消耗量10862升統(tǒng)計，投入該優(yōu)化裝置后，每發(fā)電1兆瓦時，便可節(jié)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(tǒng)內(nèi)外16臺機組，為8家發(fā)電企業(yè)節(jié)約資金每年達5000余萬元。
《基于智能控制的國產(chǎn)化自主優(yōu)化控制裝置》由于核心技術在科技創(chuàng)新和產(chǎn)品升級方面極具先進性，已經(jīng)通過中國電機工程學會鑒定，達到國際領先水平；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步一等獎等多重獎項；還獲得軟件著作權5項、授權發(fā)明專利4項、實用新型專利1項。
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