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1 引言

隨著電力行業(yè)的裝機(jī)規(guī)模不斷增加，同時(shí)風(fēng)力、水力等能源的不斷興起利用。電廠的市場競爭壓力與日俱增，為了更好地提升電廠的效益，一方面需要確保設(shè)備的安全穩(wěn)定運(yùn)行，降低故障率；另外一方面需要通過優(yōu)化管理措施，引進(jìn)先進(jìn)的技術(shù)和管理方法，提升管理自動(dòng)化水平。推動(dòng)管理體制的創(chuàng)新和改革，降低企業(yè)的運(yùn)營成本，可以提升市場競爭力。在此背景之下，智慧電廠的概念和雛形應(yīng)運(yùn)而生，智慧電廠不僅滿足電力企業(yè)新時(shí)代下的發(fā)展需求，也能為企業(yè)的科學(xué)管理和智能自動(dòng)化水平提供方向。

2 智慧電廠概述

智慧電廠是建立在數(shù)字電廠的基礎(chǔ)上，利用先進(jìn)的5G技術(shù)、物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、云計(jì)算平臺(tái)等一系列技術(shù)實(shí)現(xiàn)對電廠的智能化調(diào)度、運(yùn)營和管理。智能化電廠運(yùn)行模式簡單而言就是將電廠運(yùn)行中產(chǎn)生的信息、指令、信號(hào)等內(nèi)容進(jìn)行數(shù)字化，通過網(wǎng)絡(luò)技術(shù)實(shí)現(xiàn)數(shù)字的快速傳遞和處理，利用核心的專家系統(tǒng)快速進(jìn)行數(shù)字處理，進(jìn)而將相關(guān)的指令輸送到對應(yīng)部位。

(1)設(shè)備的云平臺(tái)化。云平臺(tái)就是云計(jì)算，通過硬件資源和軟件的設(shè)備，提供信息存儲(chǔ)、計(jì)算等功能。電廠可以利用云平臺(tái)技術(shù)將服務(wù)器、交換機(jī)等硬件設(shè)備設(shè)置在云平臺(tái)上，可以自己購買也可以租用云平臺(tái)設(shè)備，實(shí)現(xiàn)企業(yè)生產(chǎn)調(diào)控、信息和網(wǎng)絡(luò)管理的一體化規(guī)劃和部署。構(gòu)建統(tǒng)一的企業(yè)云平臺(tái)時(shí)，需要兩個(gè)物理網(wǎng)絡(luò)子系統(tǒng)作為生產(chǎn)管控和企業(yè)信息處理，通過廠級(jí)生產(chǎn)管控層應(yīng)用向企業(yè)信息管理層應(yīng)用單向推送信息的方式實(shí)現(xiàn)信息的實(shí)時(shí)共享。

(2)基建運(yùn)營一體化。數(shù)字化移交及品質(zhì)管控:電廠生產(chǎn)周期數(shù)據(jù)主要是電廠從設(shè)計(jì)、建設(shè)、投產(chǎn)、運(yùn)營管理等各個(gè)階段的數(shù)據(jù)、文件和資料。電廠的基建是以三維設(shè)計(jì)為基礎(chǔ)，設(shè)計(jì)資料是電廠擴(kuò)建和新建的重要基礎(chǔ)信息，通過過程和質(zhì)量的管控能力提升，有效保證移交的質(zhì)量。

基建數(shù)據(jù)和模型開發(fā)能力:電廠數(shù)字模型存儲(chǔ)各種類型的設(shè)計(jì)參數(shù)和類型，利用數(shù)字模型與采購、施工和運(yùn)行、優(yōu)化等階段進(jìn)行有機(jī)結(jié)合，可以構(gòu)建虛擬電廠。

(3)市場和客戶層面的能力提升。能源互聯(lián)網(wǎng)創(chuàng)新能力，將生產(chǎn)資源連入互聯(lián)網(wǎng)，根據(jù)需求智能調(diào)控生產(chǎn)中的原料配制、設(shè)備運(yùn)行負(fù)荷等一系列關(guān)鍵生產(chǎn)參數(shù)，保證資源的自適應(yīng)配置，使得過程管控、計(jì)劃管控得到較大的優(yōu)化，使得生產(chǎn)能夠處于動(dòng)態(tài)自適應(yīng)運(yùn)行過程。

科學(xué)決策能力:電廠的決策者根據(jù)智能平臺(tái)數(shù)據(jù)的分析情況，通過清晰和明確的信息鏈條，對日常管理能夠進(jìn)行更加合理、科學(xué)地判斷。

(4)物資供應(yīng)。燃料一體化管控能力:在滿足負(fù)荷和發(fā)電的需求下，通過合理的數(shù)據(jù)計(jì)算和預(yù)測，對燃料的需求和使用配比進(jìn)行優(yōu)化，既能滿足生產(chǎn)需求，同時(shí)也能使得庫存得到優(yōu)化。

(5)電廠策略和規(guī)劃。電廠的科學(xué)規(guī)劃是戰(zhàn)略層的重要內(nèi)容，是電廠改革和發(fā)展重要指導(dǎo)文件。規(guī)劃執(zhí)行管理是一種通過實(shí)施變革規(guī)劃和變革項(xiàng)目實(shí)現(xiàn)預(yù)期價(jià)值的新方法，組織有效管理規(guī)劃實(shí)施過程的所必需的技能和能力。

3 智慧電廠與智能發(fā)電應(yīng)用方向

3.1 燃燒控制實(shí)現(xiàn)智能化 電廠應(yīng)用中，鍋爐是最為關(guān)鍵和重要的設(shè)備，也是耗能最大的設(shè)備。對鍋爐的運(yùn)行實(shí)現(xiàn)智能化控制可以極大提升能源的利用率，有效降低成本。將智能技術(shù)應(yīng)用在電廠中，對鍋爐的運(yùn)行參數(shù)進(jìn)行數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)、記錄和分析，根據(jù)運(yùn)行參數(shù)對鍋爐運(yùn)行中存在的不合理之處進(jìn)行優(yōu)化處理，例如爐內(nèi)溫度、送風(fēng)量、煤粉的濃度、一氧化碳濃度、排放量等。用戶可以直接選擇需要優(yōu)化的項(xiàng)目或內(nèi)容，模型可以圍繞目標(biāo)量進(jìn)行自動(dòng)優(yōu)化計(jì)算，從而提升鍋爐燃燒的效率，提高運(yùn)行水平。

3.2 智能巡檢、監(jiān)測 隨著先進(jìn)的監(jiān)測手段和技術(shù)的不斷更新，電廠逐漸利用智能化的監(jiān)測儀器實(shí)時(shí)監(jiān)控電廠鍋爐內(nèi)的運(yùn)行數(shù)據(jù)，包括關(guān)鍵位置的爐溫、水溫及燃料的內(nèi)部燃燒情況。數(shù)據(jù)監(jiān)測結(jié)合理論計(jì)算和設(shè)計(jì)，可以準(zhǔn)確評(píng)估鍋爐內(nèi)部的運(yùn)行狀態(tài)，也能為更好地調(diào)控鍋爐的運(yùn)行參數(shù)提供科學(xué)的數(shù)據(jù)。另外，建立三維的鍋爐內(nèi)部燃燒模型，現(xiàn)場的監(jiān)測儀器、監(jiān)控等技術(shù)對設(shè)備運(yùn)行進(jìn)行全方位的監(jiān)控，如果出現(xiàn)現(xiàn)場故障或設(shè)備內(nèi)部運(yùn)行異常時(shí)，可以定位故障點(diǎn)位置。另外，模型會(huì)根據(jù)故障設(shè)備的運(yùn)行參數(shù)具體特性，分析判斷故障的類型和部位，為檢修人員提供參考，便于檢修人員快速處理故障，恢復(fù)、保障設(shè)備的穩(wěn)定運(yùn)行。

3.3 燃料信息智能化 燃料的效率直接關(guān)乎電廠的經(jīng)濟(jì)性。電廠用煤量較大，需要對煤場進(jìn)行管控和信息的收集，根據(jù)煤場實(shí)際的煤炭特性決定煤炭混摻情況。通過智能電廠項(xiàng)目，通過可視化和圖像識(shí)別，對煤場進(jìn)行4D化管理，并且根據(jù)電廠的實(shí)際情況，對煤炭的合理堆放進(jìn)行調(diào)控，使得燃煤場所與電廠鍋爐之間能夠?qū)崿F(xiàn)智能化信息互動(dòng)和交流，提高電廠煤炭燃燒的效率，實(shí)現(xiàn)電廠的可持續(xù)發(fā)展。

3.4 智能燃燒發(fā)電 智能電廠項(xiàng)目的最終目的是通過智能技術(shù)的利用實(shí)現(xiàn)電廠管理和經(jīng)濟(jì)效益的最大化，實(shí)現(xiàn)機(jī)組運(yùn)行的高效化，能夠使得電廠運(yùn)行更加環(huán)保、節(jié)能。通過智能燃燒控制技術(shù)，可以實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排的目標(biāo)，這項(xiàng)技術(shù)需要結(jié)合電廠燃燒控制技術(shù)、計(jì)算機(jī)計(jì)算、儀表檢測技術(shù)等，以控制成本為目的，提升機(jī)組整體效率。

(1)通過控制鍋爐燃燒過程中的氧氣量、煤量的分配及風(fēng)門的開度等，建立煤炭燃燒的數(shù)字化模型，對整個(gè)電廠鍋爐的運(yùn)行進(jìn)行調(diào)控。對煤炭的特性進(jìn)行監(jiān)控，詳細(xì)了解煤炭的燃燒性能，為鍋爐燃燒提供配煤的數(shù)據(jù)支撐。同時(shí)，利用研磨機(jī)對煤炭的煤粉細(xì)度進(jìn)行控制，確定煤粉的細(xì)度和出口溫度，根據(jù)實(shí)際煤炭種類進(jìn)行燃燒控制。通過上述算法，獲得合理的參數(shù)數(shù)值，保證鍋爐的高效運(yùn)行。

通過人工智能算法對鍋爐的燃燒進(jìn)行控制?？梢岳孟伻核惴ê蜕窠?jīng)網(wǎng)絡(luò)算法結(jié)合模型對鍋爐燃燒進(jìn)行智能化控制。鍋爐燃燒效率受到多方面數(shù)據(jù)的影響，且這些影響具有較強(qiáng)的非線性。人工智能算法對于處理魯棒性較強(qiáng)的問題具有優(yōu)勢，通過神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法模型對影響鍋爐燃燒的因素進(jìn)行分析，確定不同因素影響的閾值。一般而言，以不同參數(shù)的調(diào)控?cái)?shù)據(jù)作為神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法模型的輸入值，

將鍋爐的實(shí)際運(yùn)行狀態(tài)、煤炭利用率等作為輸出值。確定好神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型后，以鍋爐運(yùn)行效益最大化為目標(biāo)函數(shù)，以各運(yùn)行參數(shù)為自變量，利用蟻群算法進(jìn)行全局最優(yōu)化求解，從而確定各參數(shù)的最佳水平。

(2)燃料燃燒控制技術(shù)。將燃燒技術(shù)進(jìn)行智能優(yōu)化，均衡燃燒控制技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)燃料的均勻配置，在風(fēng)粉濃度在線監(jiān)測的基礎(chǔ)上，對每個(gè)給粉機(jī)轉(zhuǎn)速進(jìn)行控制，保證同層燃燒器的煤粉濃度相等，能夠有效實(shí)現(xiàn)總煤粉量以最優(yōu)的方式配置給每個(gè)燃燒器。

(3)以電廠的鍋爐為研究對象，利用給水調(diào)節(jié)特征，采取三沖量串級(jí)對汽包水位進(jìn)行調(diào)控。另外除氧箱采取大串級(jí)的調(diào)節(jié)措施，將鍋爐給水量作為除氧箱液位調(diào)節(jié)的前饋，使除氧箱平穩(wěn)進(jìn)水，保證除氧效果。三.蒸汽壓力控制引入爐膛溫度作為副控參數(shù)，采用了以汽包壓力為主控參數(shù)的模糊控制系統(tǒng)。

四.燃燒控制系統(tǒng)采用了以蒸汽流量作為前饋直接控制鼓風(fēng)量由鼓風(fēng)量控制給煤量與引風(fēng)量的控制策略，采用了模糊自整定PID控制與自尋優(yōu)控制相結(jié)合的智能控制策略對風(fēng)煤比進(jìn)行在線優(yōu)化控制，節(jié)約能源。

4 智能發(fā)電關(guān)鍵技術(shù)的典型應(yīng)用

4.1 鍋爐燃燒優(yōu)化控制技術(shù)針對目前我國電站鍋爐機(jī)組的實(shí)際燃燒特性，具有良好的適應(yīng)性。

(1)煤質(zhì)的自辨識(shí)，煤質(zhì)多樣且頻繁變化是我國電廠的特點(diǎn)，然而不同的煤質(zhì)具有不同的燃燒特性，因此必須科學(xué)辨識(shí)不同的煤種，才能進(jìn)行科學(xué)的調(diào)控。

(2)鍋爐燃燒的非線性動(dòng)態(tài)模型，鍋爐燃燒過程本身是一個(gè)復(fù)雜變化的非線性問題，如果將此問題抽象成線性問題去考慮解決，必然會(huì)產(chǎn)生較大的誤差。此模型具有極強(qiáng)的非線性特點(diǎn)，能夠與鍋爐的燃燒過程相匹配。

(3)基于多目標(biāo)的最優(yōu)化。針對我國電廠的實(shí)際情況，不僅要求排放污染物含量低、同時(shí)還要保證燃燒的效率、經(jīng)濟(jì)性等，因此本控制技術(shù)具有多目標(biāo)最優(yōu)化的求解能力。

4.2 DeltaE3模型主要基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)智能算法，利用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法處理鍋爐運(yùn)行過程的復(fù)雜問題，同時(shí)此算法也能處理多目標(biāo)最優(yōu)化問題。通過動(dòng)態(tài)調(diào)整設(shè)定參數(shù)與偏置，實(shí)現(xiàn)鍋爐燃燒優(yōu)化的動(dòng)態(tài)閉環(huán)控制目標(biāo)。此技術(shù)在山東華電萊城電廠和天津楊柳青電廠進(jìn)行應(yīng)用，根據(jù)現(xiàn)場運(yùn)行數(shù)據(jù)來看，應(yīng)用效果良好。

5 結(jié)語

智慧電廠的運(yùn)行和完善，可以實(shí)現(xiàn)電廠管理制度、運(yùn)行模式等方面得到變革式發(fā)展，能夠快速促進(jìn)機(jī)組運(yùn)行效率的提升。逐漸從管理執(zhí)行型向管理效益型方向轉(zhuǎn)變，同時(shí)在自動(dòng)化科學(xué)控制方面，通過科學(xué)先進(jìn)的智能化控制模型和人工智能算法等手段，提升鍋爐科學(xué)運(yùn)行能力，保證鍋爐穩(wěn)定運(yùn)行的前提下，提升經(jīng)濟(jì)性，使得電廠的運(yùn)營更加智能化和科學(xué)化。