童帥

[摘? ? 要]電力行業(yè)及相關(guān)企業(yè)對(duì)人們?nèi)粘Ｉ?、生產(chǎn)以及學(xué)習(xí)具有重要影響，在社會(huì)不斷發(fā)展的進(jìn)程中，相關(guān)領(lǐng)域面對(duì)各種困難與挑戰(zhàn)，尤其是電廠熱工如何更好地應(yīng)用智能控制技術(shù)成為備受關(guān)注的研究課題。在實(shí)際發(fā)展中，應(yīng)在人力、物力以及財(cái)力上增加投入，對(duì)行業(yè)存在的問題進(jìn)行深入分析。

[關(guān)鍵詞]智能控制技術(shù);電廠熱工自動(dòng)化;應(yīng)用

[中圖分類號(hào)]TM621 [文獻(xiàn)標(biāo)志碼]A [文章編號(hào)]2095–6487（2021）04–00–02

Application of Intelligent Control Technology in Thermal

Process Automation of Power Plant

Tong Shuai

[Abstract]The power industry and related enterprises have an important impact on peoples daily life， production and learning. However， in the process of continuous development of society， related fields are facing various difficulties and challenges， especially how smart control is used in power plant thermal engineering. Good application has become a research topic of concern to many staff. Therefore， in actual development， relevant departments need to increase investment in human， material and financial resources， and conduct in-depth analysis of problems in the industry.

[Keywords]intelligent control; power plant thermal automation; application

火電廠自動(dòng)控制的任務(wù)涉及到多個(gè)專業(yè)，不僅需要對(duì)鍋爐、汽輪機(jī)、發(fā)電機(jī)進(jìn)行有效控制，同時(shí)需要對(duì)各種輔助設(shè)備進(jìn)行相應(yīng)地調(diào)控。由于采用的主機(jī)及輔助設(shè)備存在型號(hào)、使用場(chǎng)景上的差異，比如汽包鍋爐、直流鍋爐，在控制方法上就存在明顯的差別。PID在火電機(jī)組控制中有著廣泛的應(yīng)用，但是PID控制器的參數(shù)整定存在多種方法，不同方法的執(zhí)行效率不同，同時(shí)部分PID控制器的參數(shù)整定方法實(shí)施難度較大，常規(guī)PID控制難以達(dá)到預(yù)期。因而，人們需要考慮其他先進(jìn)的控制技術(shù)以實(shí)現(xiàn)火電廠的自動(dòng)控制。智能控制技術(shù)成為近幾年控制工業(yè)領(lǐng)域的一項(xiàng)前沿科技，為處理復(fù)雜度大、不確定性高的系統(tǒng)提供有效的理論依據(jù)及實(shí)施方法，在梳理智能控制技術(shù)在電廠熱工自動(dòng)化應(yīng)用方向的同時(shí)，深入分析其在電廠熱工自動(dòng)化中的具體應(yīng)用。

1 電廠熱工自動(dòng)化中智能控制技術(shù)的應(yīng)用領(lǐng)域

（1）自動(dòng)化控制。電廠熱工是較為復(fù)雜的工作，如果在電廠實(shí)際運(yùn)行中僅采用人工的方式對(duì)電廠熱工進(jìn)行控制，不僅會(huì)增加工作人員的工作壓力，同時(shí)對(duì)控制效率也會(huì)產(chǎn)生負(fù)面影響。將智能技術(shù)應(yīng)用于控制作業(yè)中，可以將設(shè)備運(yùn)行與有效調(diào)節(jié)、遠(yuǎn)程控制有機(jī)地結(jié)合起來，同時(shí)保證設(shè)備流程符合作業(yè)規(guī)范。在運(yùn)行環(huán)境及運(yùn)行效率不確定的條件下，需要在確保設(shè)備可靠性的基礎(chǔ)上延長(zhǎng)設(shè)備、系統(tǒng)的使用壽命。

（2）檢測(cè)智能化。在電廠熱工自動(dòng)化中加入智能控制技術(shù)，可以實(shí)現(xiàn)智能檢測(cè)，使得在實(shí)際應(yīng)用中，對(duì)設(shè)備運(yùn)行產(chǎn)生的各類數(shù)據(jù)、儀表數(shù)據(jù)進(jìn)行控制，同時(shí)，還可以對(duì)數(shù)據(jù)的有效性進(jìn)行評(píng)估，及時(shí)發(fā)現(xiàn)設(shè)備、系統(tǒng)運(yùn)行中存在的異常情況。另外，智能控制技術(shù)與自動(dòng)化相結(jié)合，可以在熱工系統(tǒng)出現(xiàn)異常的情況下，根據(jù)自身當(dāng)前的運(yùn)行情況，對(duì)正在進(jìn)行的作業(yè)進(jìn)行調(diào)整，從而在異常提供有價(jià)值參考的同時(shí)，保證電廠其他設(shè)備的正常運(yùn)行。

（3）主動(dòng)保護(hù)。采用智能控制技術(shù)可以有效對(duì)電廠熱工系統(tǒng)中的各項(xiàng)設(shè)備、設(shè)施進(jìn)行有效的自我保護(hù)。受到多種因素的影響，電廠熱工系統(tǒng)在運(yùn)行中可能出現(xiàn)各種故障，相關(guān)監(jiān)督人員、作業(yè)人員如未能技術(shù)發(fā)現(xiàn)并整改，將會(huì)大幅提高生產(chǎn)事故的發(fā)生率。而智能控制技術(shù)本身內(nèi)涵自我保護(hù)的理念，在采集電廠熱工運(yùn)行、檢測(cè)評(píng)估的基礎(chǔ)上，會(huì)主動(dòng)對(duì)其進(jìn)行保護(hù)。

（4）報(bào)警功能。智能控制技術(shù)本身不含有報(bào)警系統(tǒng)或者警示燈，只是和自我檢測(cè)、主動(dòng)保護(hù)功能融合后衍生出報(bào)警的控制功能。電廠熱工自動(dòng)化設(shè)備在運(yùn)行中出現(xiàn)不能處理或者設(shè)備故障時(shí)，控制系統(tǒng)的報(bào)警功能就會(huì)產(chǎn)生相應(yīng)地信號(hào)或者指示，提醒相關(guān)人員及時(shí)發(fā)現(xiàn)，聯(lián)合維護(hù)人員對(duì)部分存在運(yùn)行故障或者異常的設(shè)備進(jìn)行針對(duì)性修理，從而提高電廠熱工應(yīng)對(duì)突發(fā)情況的能力，減少財(cái)產(chǎn)損失。

2 智能控制技術(shù)

智能控制技術(shù)是人工智能及機(jī)械自動(dòng)化等多個(gè)領(lǐng)域結(jié)合起來的一門綜合學(xué)科，它主要用于處理傳統(tǒng)控制難以解決的超常規(guī)控制問題。自20世紀(jì)70年代首次提出“智能控制技術(shù)”的概念后，基于智能控制技術(shù)的研究理論得到深層次的拓展，應(yīng)用于社會(huì)各個(gè)層面。經(jīng)過長(zhǎng)期的發(fā)展，智能控制技術(shù)應(yīng)用從多個(gè)領(lǐng)域延伸至多個(gè)維度，基于該概念的定義、結(jié)構(gòu)，國(guó)際上并沒有形成統(tǒng)一的共識(shí)。智能控制技術(shù)意味著機(jī)器乃至設(shè)計(jì)的系統(tǒng)具有獨(dú)立思考和學(xué)習(xí)能力。智能控制技術(shù)從類型角度，包括模糊控制、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制、專家坐診、仿真控制等。部分學(xué)者將進(jìn)化計(jì)算、集群優(yōu)化算法也作為智能控制技術(shù)的應(yīng)用范疇。鑒于火電機(jī)組控制對(duì)象自身的特性，智能控制技術(shù)在該領(lǐng)域的應(yīng)用主要包括基于前人理論的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制、粒子群優(yōu)化、蟻群算法等智能算法。

（1）神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的智能控制技術(shù)。人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)是神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制的主要模塊，它是一種計(jì)算、推理的人機(jī)技術(shù)，可以模擬人腦的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)思考模式，同時(shí)，進(jìn)行信息的并行處理、學(xué)習(xí)、模式分類等行為。它是利用神經(jīng)元作為單元，將這些單元進(jìn)行連接，同時(shí)單元與單元之間存在路徑，每一段路徑可以根據(jù)單元與單元間的信息密度設(shè)置相應(yīng)權(quán)值。在構(gòu)建人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的過程中，單元與單元之間的權(quán)值需要不斷修正，在此過程中針對(duì)信息權(quán)值的計(jì)算是一個(gè)自我學(xué)習(xí)的過程。在理論上，神經(jīng)元與神經(jīng)元之間是一種非線性映射關(guān)系，因而面對(duì)這種類型的對(duì)象難以建立數(shù)學(xué)模型。將神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)用于火電機(jī)組的實(shí)現(xiàn)方式包括，設(shè)計(jì)鍋爐燃燒模型、NOx排放模型可以基于該網(wǎng)絡(luò)建立輸入輸出的映射關(guān)系;借助神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的自我成長(zhǎng)能力，將性能指標(biāo)、學(xué)習(xí)方法作為自變量，可以對(duì)PID控制器或者控制對(duì)象進(jìn)行參數(shù)優(yōu)化;將算法與神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)合，比如將粒子群優(yōu)化算法與遺傳算法結(jié)合后可以對(duì)鍋爐燃燒進(jìn)行有效控制。

相比建模的常規(guī)方法，基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行模型搭建需要考慮樣本的數(shù)量、需求的高低、不確定程度等問題。一般該方法用于離線研究，將其用于在線應(yīng)用會(huì)因?yàn)樽陨硖攸c(diǎn)而被極大地限制。

（2）模糊理論下的智能控制技術(shù)。該控制技術(shù)借鑒了模糊數(shù)學(xué)、模糊推理以及模糊語言的規(guī)則設(shè)計(jì)，即在專家或者一定經(jīng)驗(yàn)考慮下建立不依賴對(duì)象的控制模型，將其用于復(fù)雜系統(tǒng)或者非線性系統(tǒng)，具有優(yōu)異的性能。但是需要指出的是，模糊控制在運(yùn)行過程中會(huì)產(chǎn)生穩(wěn)態(tài)靜差，使得該模型不具有自我成長(zhǎng)能力，對(duì)應(yīng)隸屬度函數(shù)、模糊規(guī)則都是靜態(tài)的，依據(jù)一定的經(jīng)驗(yàn)或者過去數(shù)據(jù)進(jìn)行設(shè)計(jì)，本身不會(huì)因?yàn)楫?dāng)前的數(shù)據(jù)進(jìn)行更新，因而要想對(duì)被控對(duì)象進(jìn)行精確控制是不現(xiàn)實(shí)的。因此，在實(shí)際使用過程中模糊控制需要結(jié)合其他技術(shù)，比如PID控制采用模糊控制，將被控對(duì)象的輸出/期望值偏差、偏差程度-時(shí)間作為依據(jù)，調(diào)整控制器的P/I/D值。假設(shè)復(fù)雜對(duì)象處于一個(gè)運(yùn)動(dòng)的狀態(tài)下，模糊控制結(jié)合神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)可以對(duì)復(fù)雜對(duì)象進(jìn)行運(yùn)動(dòng)規(guī)則的建立，采用模糊規(guī)則可以對(duì)前饋信號(hào)、多變量解耦進(jìn)行調(diào)整。

火電機(jī)組控制是一個(gè)復(fù)雜非線性運(yùn)動(dòng)過程，采用模糊規(guī)則下的模型可以對(duì)該過程進(jìn)行很好地仿真。但是實(shí)際應(yīng)用時(shí)，專家實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)對(duì)模型的可靠性、控制的效果、模型的復(fù)雜程度起到重要作用。

（3）智能控制技術(shù)的優(yōu)化算法。智能控制技術(shù)本質(zhì)上是建立在一定算法的基礎(chǔ)上，算法對(duì)一切事物、一些系統(tǒng)進(jìn)行系統(tǒng)描述，事物的每個(gè)階段、系統(tǒng)每個(gè)運(yùn)行過程都可以用算法加以描述。智能控制技術(shù)算法包括進(jìn)化計(jì)算（EC）、集群智能（SI），這些算法很好地利用自然規(guī)律，將其進(jìn)行函數(shù)式的描述。這些算法都是受自然啟發(fā)的算法，提取自然規(guī)則而衍生出的計(jì)量方法，屬于啟發(fā)式隨機(jī)優(yōu)化算法。其中，遺傳算法、進(jìn)化規(guī)則、遺傳規(guī)劃均屬于EC類算法，粒子群優(yōu)化算法、蟻群優(yōu)化算法、免疫算法，這些算法屬于SI類算法，這些算法對(duì)于網(wǎng)絡(luò)安全、工業(yè)控制、故障控制均有廣泛的應(yīng)用。以火電廠來說，遺傳算法、粒子集群優(yōu)化、蟻群優(yōu)化算法是應(yīng)用較多的智能控制技術(shù)算法。

遺傳算法是結(jié)合生物界的自然選擇、遺傳變異法則而設(shè)計(jì)的一種自適應(yīng)、具有自我進(jìn)化的全局并行隨機(jī)搜素算法。它能夠計(jì)算全局最優(yōu)解，該最優(yōu)解適用于待研究的具體問題，這些問題一般都存在多段不連續(xù)峰函數(shù)、無解析式目標(biāo)函數(shù)。粒子群優(yōu)化算法充分利用集群優(yōu)勢(shì)，挖掘個(gè)體協(xié)作、競(jìng)爭(zhēng)函數(shù)，從而獲取搜索空間內(nèi)的最優(yōu)解。相較于遺傳算法，粒子群優(yōu)化算法操作復(fù)雜度低，更容易實(shí)現(xiàn)，算法具有較強(qiáng)的收斂性能，同時(shí)面對(duì)不同的場(chǎng)景，該算法的適應(yīng)性能較強(qiáng)。蟻群優(yōu)化算法是在蟻群算法的基礎(chǔ)上進(jìn)一步拓展，將信息素更新、概率轉(zhuǎn)移作為算法執(zhí)行的兩個(gè)基本函數(shù)，從而決定下一步的搜索方向，即方向是不斷改變的，從而有助于一個(gè)多問題集合的解決。在這種情況下，一個(gè)問題內(nèi)多個(gè)問題雖然不存在直接相關(guān)，但是基于方向的確定，有助于多個(gè)問題逐步解決。上述3種算法可以對(duì)火電機(jī)組進(jìn)行負(fù)荷分配，對(duì)控制器參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化，根據(jù)不同的控制方案進(jìn)行優(yōu)化等。

3 智能控制技術(shù)在電廠熱工自動(dòng)化的應(yīng)用

（1）智能控制技術(shù)在溫度調(diào)節(jié)中的應(yīng)用。在電廠熱工鍋爐的使用中，對(duì)鍋爐燃燒溫度的控制是一項(xiàng)重要的工作，對(duì)電廠熱工自動(dòng)化的效果產(chǎn)生重要影響，該項(xiàng)工作的主要目的就是減少溫度大幅調(diào)整對(duì)設(shè)備、燃燒產(chǎn)生的不利影響，其中，溫度過高會(huì)降低鍋爐的使用壽命，溫度過低會(huì)降低燃燒的整體效果。在過去的鍋爐溫度控制中，缺乏一致的控制技術(shù)，導(dǎo)致鍋爐的燃燒溫度難以有效地掌控。借助智能技術(shù)的應(yīng)用，可以對(duì)鍋爐溫度進(jìn)行有效地監(jiān)督，即鍋爐溫度如果過高，控制系統(tǒng)會(huì)對(duì)其進(jìn)行高溫超標(biāo)分析，并采取相應(yīng)措施進(jìn)行降溫，進(jìn)而促使鍋爐溫度在正常范圍內(nèi);如果鍋爐溫度過低，控制系統(tǒng)也會(huì)做出相應(yīng)調(diào)整，檢測(cè)燃料的使用情況，避免燃料使用效率過低。

（2）智能控制技術(shù)在水資源控制中的應(yīng)用。智能控制技術(shù)可以應(yīng)用到電廠熱工自動(dòng)化的給水領(lǐng)域，即采用模糊控制的方式對(duì)電廠變頻器進(jìn)行調(diào)整，進(jìn)而對(duì)輸出電路進(jìn)行有效控制，實(shí)現(xiàn)給水系統(tǒng)的自我控制、智能化調(diào)節(jié)，進(jìn)而大幅提升電廠熱工系統(tǒng)的運(yùn)行效率。相比以往的電廠熱工系統(tǒng)，智能控制技術(shù)可以改善電廠熱工系統(tǒng)原有的管理不足，提升給水控制水平和供水管理水平，進(jìn)而對(duì)電廠生產(chǎn)運(yùn)營(yíng)產(chǎn)生明顯的經(jīng)濟(jì)效益，進(jìn)一步推動(dòng)電廠的持續(xù)發(fā)展。

（3）智能控制技術(shù)在制粉作業(yè)中的應(yīng)用。過去電廠熱工的自動(dòng)化運(yùn)行中，主要采用“儲(chǔ)式”的制粉系統(tǒng)，該類制粉系統(tǒng)存在運(yùn)行效率過低的問題，不僅會(huì)對(duì)電廠熱工的運(yùn)行效率產(chǎn)生負(fù)面影響，同時(shí)會(huì)制約電廠的可持續(xù)穩(wěn)定發(fā)展。制粉系統(tǒng)采用智能控制技術(shù)可以對(duì)運(yùn)行產(chǎn)生的復(fù)雜生產(chǎn)數(shù)據(jù)進(jìn)行建模，生成模型可以對(duì)電廠熱工制粉系統(tǒng)中的信號(hào)數(shù)據(jù)進(jìn)行區(qū)分與篩選，從而提高電廠熱工的控制效率。

（4）智能控制技術(shù)對(duì)機(jī)組負(fù)荷的調(diào)控。機(jī)組運(yùn)行效率是評(píng)估電廠生產(chǎn)運(yùn)行水平的一項(xiàng)重要指標(biāo)。通過在電廠熱工自動(dòng)化系統(tǒng)引入智能控制技術(shù)，可以對(duì)機(jī)組負(fù)荷進(jìn)行有效監(jiān)督，進(jìn)而合理釋放/增加機(jī)組負(fù)荷，實(shí)時(shí)掌握運(yùn)行狀態(tài)，及時(shí)發(fā)現(xiàn)運(yùn)行存在的問題，并采取強(qiáng)有力的措施解決問題，保證機(jī)組正常運(yùn)行，促進(jìn)電廠熱工自動(dòng)化控制水平達(dá)到效益最大化。

4 結(jié)語

在電廠熱工自動(dòng)化的發(fā)展進(jìn)程中，智能控制技術(shù)對(duì)該領(lǐng)域具有廣泛的推動(dòng)與促進(jìn)作用。在電廠熱工系統(tǒng)引入智能控制技術(shù)，不僅有效解決以往存在的控制問題，同時(shí)可以最大限度提升熱工系統(tǒng)控制的反應(yīng)速度、檢測(cè)的力度?；谥悄芸刂萍夹g(shù)使得電廠熱工系統(tǒng)的自我檢測(cè)、主動(dòng)保護(hù)、報(bào)警功能及綜合控制得以實(shí)現(xiàn)，對(duì)促進(jìn)電廠持續(xù)、較快發(fā)展具有積極的意義。

參考文獻(xiàn)

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