李凌霄

（天津華電南疆熱電有限公司， 天津 300450）

引言

我國(guó)電力行業(yè)已初步實(shí)現(xiàn)數(shù)字化、信息化，而隨著“工業(yè) 4.0”、“互聯(lián)網(wǎng) +”[1]與“中國(guó)制造 2025”的推出，對(duì)發(fā)電企業(yè)提出了更高的要求——智能化。燃機(jī)是一種高精密度、高自動(dòng)化且均采用模塊化布置安裝的設(shè)備，再加上國(guó)內(nèi)燃機(jī)電廠多為近些年新建電廠，在設(shè)計(jì)之初就采用了許多自動(dòng)化程度較高的輔助系統(tǒng)以及高精度測(cè)量?jī)x表。另一方面，燃?xì)獍l(fā)電機(jī)組輔機(jī)設(shè)備相較于傳統(tǒng)火力發(fā)電減少許多設(shè)備，系統(tǒng)復(fù)雜程度也降低不少，燃?xì)廨啓C(jī)對(duì)于調(diào)峰調(diào)頻以及異常工況變化的響應(yīng)速度也遠(yuǎn)超其他形式發(fā)電機(jī)組，因此相比之下進(jìn)行智能化電廠的建設(shè)更適應(yīng)環(huán)境，本文就如何建設(shè)燃?xì)怆姀S智能化系統(tǒng)進(jìn)行了探討。

1 燃?xì)怆姀S的現(xiàn)狀與前景

2000年以來，天然氣發(fā)電進(jìn)入了一個(gè)高速發(fā)展的階段，我國(guó)燃?xì)獍l(fā)電機(jī)組裝機(jī)容量持續(xù)增長(zhǎng)，從小型分布式能源到F級(jí)、H級(jí)的重型燃機(jī)機(jī)組，GE公司、西門子、三菱、安薩爾多等眾多燃機(jī)供應(yīng)廠商紛紛與國(guó)內(nèi)火力發(fā)電設(shè)備供應(yīng)商簽訂合作關(guān)系，天然氣電廠如雨后春筍般涌現(xiàn)出來。根據(jù)2016年底的最新統(tǒng)計(jì)，燃?xì)獍l(fā)電裝機(jī)容量7 714萬kW，超越核電成為中國(guó)第四發(fā)電電源。與傳統(tǒng)燃煤火力電廠相比，燃?xì)獍l(fā)電具有很多優(yōu)勢(shì)：排放不含SO2及煙塵，NOx的排放也遠(yuǎn)低于燃煤電廠，具有很高的環(huán)保價(jià)值。近幾年國(guó)內(nèi)的環(huán)境問題日趨嚴(yán)重以及政府環(huán)保意識(shí)的不斷增強(qiáng)，國(guó)家能源部門已暫停燃煤火電機(jī)組的審批，同時(shí)加速落后小火電機(jī)組的淘汰。隨著燃?xì)?蒸汽聯(lián)合循環(huán)機(jī)組效率的不斷提升（H級(jí)聯(lián)合循環(huán)機(jī)組已突破64%），制約燃?xì)鈾C(jī)組發(fā)展的重要因素——發(fā)電成本問題也逐漸被解決，未來燃?xì)怆姀S會(huì)有一個(gè)很大的發(fā)展前景。燃?xì)鈾C(jī)組具有設(shè)備總量少、自動(dòng)化程度高等特點(diǎn)，對(duì)燃?xì)鈾C(jī)組進(jìn)行智能化管控具有良好的基礎(chǔ)。

2 智能化電廠的定義

企業(yè)及學(xué)術(shù)業(yè)界內(nèi)對(duì)智能化的定義有著不同的見解，國(guó)家權(quán)威機(jī)構(gòu)也并未對(duì)“智能化電廠”做相關(guān)解釋或指定標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范。在《智能電廠技術(shù)發(fā)展綱要》[2]中對(duì)智能電廠提出以下定義：智能電廠是以現(xiàn)代數(shù)字信息化技術(shù)、通信技術(shù)以及智能傳感與執(zhí)行、智能控制和管理決策等技術(shù)為基礎(chǔ)，從而形成智能發(fā)電模式，以實(shí)現(xiàn)高效、安全、環(huán)保地運(yùn)行，并與智能電網(wǎng)相互協(xié)調(diào)的發(fā)電廠。

3 智能化電廠的基本架構(gòu)設(shè)想

根據(jù)燃?xì)怆姀S的生產(chǎn)流程和特點(diǎn)，燃?xì)怆姀S智能化可以按照以下幾個(gè)模塊進(jìn)行基本架構(gòu)建設(shè)。

3.1 智能管控平臺(tái)

智能管控平臺(tái)通過采用先進(jìn)的大數(shù)據(jù)、互聯(lián)網(wǎng)云技術(shù)，通過各個(gè)不同的功能模塊及針對(duì)企業(yè)內(nèi)、行業(yè)內(nèi)的相關(guān)數(shù)據(jù)共享采集，打破廠與廠之間物理位置的限制，為企業(yè)的安全、經(jīng)濟(jì)、高效的生產(chǎn)運(yùn)行提供決策支持。智能管控平臺(tái)的功能包括運(yùn)行管理、備品備件管理、燃料物流管理、物資管理、設(shè)備管理、調(diào)度管理、廠級(jí)指標(biāo)能效考核及三維可視化仿真模擬培訓(xùn)等。

3.2 智能診斷與優(yōu)化系統(tǒng)

智能優(yōu)化是依托于生產(chǎn)運(yùn)行過程中的數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)集中處理，通過比對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)中最優(yōu)工況的歷史運(yùn)行參數(shù)，通過一定的算法給出目前最優(yōu)調(diào)整方案，對(duì)生產(chǎn)運(yùn)行過程中的各項(xiàng)參數(shù)給出實(shí)時(shí)優(yōu)化建議，可用于負(fù)荷優(yōu)化、冷端優(yōu)化、水洗周期優(yōu)化和設(shè)備維護(hù)周期動(dòng)態(tài)規(guī)劃等。智能診斷則是通過使用高精度傳感器、加速度傳感器實(shí)時(shí)繪制設(shè)備參數(shù)曲線，通過與提前錄入的事故參數(shù)波形以及業(yè)內(nèi)專家針對(duì)不同事故的分析數(shù)據(jù)庫(kù)數(shù)據(jù)作精確匹配，能夠及時(shí)地發(fā)現(xiàn)一些潛在的隱患，將安全事故扼殺在萌芽狀態(tài)。智能電廠通過智能診斷與優(yōu)化，可以大幅提高機(jī)組運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性與安全性，保證設(shè)備與機(jī)組能夠自動(dòng)協(xié)調(diào)外部環(huán)境參數(shù)與調(diào)度指令，維持在安全、經(jīng)濟(jì)、環(huán)保的綜合最優(yōu)邊界上運(yùn)行。智能診斷優(yōu)化相當(dāng)于智慧電廠的核心，是智能電廠真正實(shí)現(xiàn)智能化的必要條件。

3.3 智能控制系統(tǒng)

控制系統(tǒng)對(duì)于一個(gè)新型智能電廠來說是智能的實(shí)際應(yīng)用和重要保證，通過采取更先進(jìn)科學(xué)的控制與算法模塊，如神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制、預(yù)測(cè)控制、模糊控制和魯棒控制等自動(dòng)化領(lǐng)域中較為先進(jìn)的控制技術(shù)。結(jié)合人工智能、大數(shù)據(jù)等技術(shù)，實(shí)現(xiàn)對(duì)全廠各級(jí)設(shè)備及系統(tǒng)性能的實(shí)時(shí)運(yùn)算，全面、準(zhǔn)確地運(yùn)行機(jī)組性能指標(biāo)和能耗、環(huán)保指標(biāo)情況[3]?；谌?xì)獍l(fā)電機(jī)組自動(dòng)化程度高、聯(lián)合循環(huán)系統(tǒng)涵蓋的設(shè)備少等特點(diǎn)，通過對(duì)順控邏輯的調(diào)整與優(yōu)化，將傳統(tǒng)的人為手動(dòng)干預(yù)機(jī)組啟停改為通過APS控制程序自動(dòng)進(jìn)行啟停操作，使得各項(xiàng)操作逐步標(biāo)準(zhǔn)化，提高啟停效率，使機(jī)組啟動(dòng)經(jīng)濟(jì)性得到進(jìn)一步提高。

3.4 智能終端與設(shè)備

智能電廠是依托于數(shù)據(jù)之上，有了數(shù)據(jù)才能進(jìn)行一系列的調(diào)整和優(yōu)化，而獲取數(shù)據(jù)的唯一途徑就是通過現(xiàn)場(chǎng)的測(cè)量?jī)x表以及設(shè)備終端，智能電廠采用大量先進(jìn)的測(cè)量傳感技術(shù)，將重要主輔機(jī)設(shè)備參數(shù)、設(shè)備狀態(tài)、環(huán)境因素等信息通過現(xiàn)場(chǎng)總線[4]的形式以數(shù)字信息為載體傳送至智能控制層，為智能控制、智能診斷與優(yōu)化提供數(shù)據(jù)支撐。對(duì)于燃機(jī)電廠，智能設(shè)備層需要采集的機(jī)組重要參數(shù)有：燃機(jī)進(jìn)氣溫度、壓力、流量、天然氣溫度、流量、燃燒溫度、鍋爐三沖量、燃機(jī)排煙溫度、主汽流量、轉(zhuǎn)動(dòng)設(shè)備振動(dòng)參數(shù)和油系統(tǒng)重要參數(shù)等。智能終端方面可采取手持式工業(yè)PDA、智能可視安全帽來補(bǔ)充儀表測(cè)量外的環(huán)境因素?cái)?shù)據(jù)，對(duì)于高危區(qū)域如高壓帶電設(shè)備區(qū)域或含有危險(xiǎn)氣體的區(qū)域，可采用防爆式工業(yè)機(jī)器人代替人工巡視、探傷等工作，并可配備紅外溫感探測(cè)設(shè)備，用于電氣設(shè)備的外部、內(nèi)部熱故障檢測(cè)。

圖1 智能電廠架構(gòu)圖

4 結(jié)語

發(fā)電企業(yè)的重點(diǎn)在于生產(chǎn)運(yùn)行過程，智能發(fā)電的本質(zhì)是數(shù)字化、信息化、智能化生產(chǎn)和運(yùn)行過程中的各個(gè)環(huán)節(jié)，以人工智能、物聯(lián)網(wǎng)、云平臺(tái)、VR等技術(shù)為支撐，向著成為管理智能化、生產(chǎn)智能化、安全智能化多方面一體的新型現(xiàn)代化能源供應(yīng)商的目標(biāo)而奮進(jìn)。