1、項目背景介紹

靖煤（白銀）熱電有限公司成立于2012年5月23日，是甘肅靖遠煤電股份有限公司全資子公司，主營(yíng)電力、熱力生產(chǎn)供應業(yè)務(wù)。廠(chǎng)址位于甘肅省白銀市銀東工業(yè)園區，占地面積47公頃。公司規劃建設4臺350MW超臨界燃煤間接空冷熱電聯(lián)產(chǎn)機組，一期建成投運2臺350MW超臨界燃煤空冷熱電聯(lián)產(chǎn)機組，是甘肅省白銀市的供熱主熱源。靖煤（白銀）熱電有限公司于2022年籌劃智慧電廠(chǎng)建設并于2024年正式開(kāi)始實(shí)施。

2、項目目標與原則

靖煤（白銀）熱電有限公司開(kāi)展“智慧電廠(chǎng)”建設工作。打造成全國首個(gè)基于生產(chǎn)一區DCS系統的全面感知、多系統融合、大數據分析的安全、環(huán)保、經(jīng)濟、低碳、高效的現代化智慧電廠(chǎng)，大幅提升機組自動(dòng)化、智能化水平，進(jìn)一步挖掘機組潛在性能，使機組時(shí)刻保持最佳運行工況，實(shí)現機組節能、降耗雙提升。

3、項目實(shí)施與應用情況

為了吸納快速增長(cháng)的新能源，克服新能源發(fā)電間歇性的不穩定對電網(wǎng)安全穩定的影響，中國國家電網(wǎng)對承擔主要調頻調峰任務(wù)的燃煤機組要求不斷提升，靖煤（白銀）熱電有限公司面臨《發(fā)電廠(chǎng)并網(wǎng)運行管理實(shí)施細則》和《并網(wǎng)發(fā)電廠(chǎng)輔助服務(wù)管理實(shí)施細則》考核的壓力也愈加突出，同時(shí)在“兩個(gè)細則”考核下，快速啟停機組也成為了一種新常態(tài)。在這種復雜多變的情況下，靖煤（白銀）熱電有限公司面臨諸多挑戰：

?  在深度調峰期間，目前機組協(xié)調控制能力差，在低負荷階段無(wú)法快速穩定地響應電網(wǎng)負荷指令。同時(shí)燃料控制和給水控制復雜多變，運行人員手動(dòng)操作失誤率較高。另外，深調期間還有SCR入口煙溫控制效果差、干濕態(tài)轉態(tài)及運行參數多變等問(wèn)題。

?  由于機組啟停成為一種新常態(tài)，運行人員經(jīng)驗不足的技術(shù)斷層問(wèn)題愈加凸顯，一方面機組的啟停過(guò)程相當復雜，啟停同一臺機組，不同的運行人員的操作對設備的沖擊影響、經(jīng)濟性指標、環(huán)保參數及安全性指標有巨大差異。另一方面，電廠(chǎng)運行人員新老更替速度加快，優(yōu)秀運行人員的寶貴經(jīng)驗難以保留。并且機組啟動(dòng)期間各種漫長(cháng)的聯(lián)鎖試驗也嚴重影響電廠(chǎng)生產(chǎn)效率。

?  各種政策考核壓力下，當前人工監盤(pán)壓力更加巨大，失誤率明顯增高。機組監盤(pán)工作作為典型的知識密集型和勞動(dòng)密集型的工種，運行人員監視的參數數量龐大，各參數間的客觀(guān)關(guān)聯(lián)因素僅憑人工辨識，難度非常之大，即使運行人員精神可以保持高度集中，也很難避免對一些工況判斷失誤，更無(wú)法對機組的早期故障做出預測診斷。

?  伴隨著(zhù)目前事故率的提升，傳統的歷史趨勢查詢(xún)分析方式因受到歷史點(diǎn)掃描周期限制和歷史點(diǎn)數量限制已經(jīng)難以有效的查詢(xún)分析出事故原因。

同時(shí)隨著(zhù)國內火電機組裝機容量不斷提升，煤炭資源愈加緊張，電廠(chǎng)煤質(zhì)變化也越來(lái)越復雜，吹灰系統因此受到了前所未有的考驗，以下問(wèn)題的存在，對鍋爐壽命造成很大影響：

?  受熱面存在過(guò)吹和欠吹 。

?  吹灰造成再熱蒸汽過(guò)低 。

?  吹灰系統無(wú)法通過(guò)統計學(xué)對吹灰槍投運次數和故障做記錄。

?  吹灰邏輯缺乏數據支撐。

為了解決以上問(wèn)題，靖煤（白銀）熱電有限公司經(jīng)過(guò)多方調研，最終選擇了艾默生過(guò)程控制有限公司完整的智慧化解決方案,并在多領(lǐng)域實(shí)現了國內首創(chuàng )性突破。艾默生過(guò)程控制有限公司智慧化解決方案，主要包括以下模塊：

1）基于DCS系統嵌入式高級算法協(xié)調優(yōu)化及深度調峰優(yōu)化模塊：實(shí)現了如下目標：

·   原系統機組在快速變負荷階段，機組協(xié)調控制能力差，無(wú)法滿(mǎn)足電網(wǎng)對兩個(gè)細則考核的要求，加裝該模塊后不但滿(mǎn)足了兩個(gè)細則的考核要求，同時(shí)在電力現貨市場(chǎng)交易過(guò)程中取得較大優(yōu)勢。

·   實(shí)現了機組深調階段的全程協(xié)調、全程燃料自動(dòng)、給水全程自動(dòng)、全程脫硝自動(dòng)、解決了深調階段燃料控制和給水控制復雜多變，運行人員手動(dòng)操作失誤率較高的問(wèn)題，提高生產(chǎn)安全，極大釋放了操作人員的精神壓力。

2）嵌入式OIF平臺的機組運行工況智能預警診斷系統模塊：

·   亞洲范圍內第一次創(chuàng )新設計了基于DCS畫(huà)面進(jìn)行預警信息動(dòng)態(tài)滾動(dòng)顯示和基于DCS畫(huà)面進(jìn)行專(zhuān)家系統規則組態(tài)和二次性能計算。

·   亞洲范圍內第一次實(shí)現預警診斷操作指導的閉環(huán)控制。其中5%重要參數閉環(huán)控制，25%次級參數實(shí)現預警監盤(pán)。

3）新常態(tài)下的機組快速智能啟停系統模塊：

在此次控制設計上，白銀熱電廠(chǎng)設計采用無(wú)斷點(diǎn)控制方式，并按三個(gè)功能區分層設計。最高層為調度級APS，主要負責導航、協(xié)調下游各個(gè)系統功能組，讓它們按最優(yōu)時(shí)間軸運行，以達到最佳運行需求；第二層為機組級APS功能組，它主要負責協(xié)調控制各個(gè)設備層功能組的運行；第三層是作為手腳的底層的設備級功能組。

機組APS功能組能接收調度級APS信號，并接受調度級APS的指令，進(jìn)行最優(yōu)時(shí)間軸運行，以達到最佳運行需求。

APS和原有的控制系統在A(yíng)PS的投入及退出時(shí)對現有的系統無(wú)擾切換采用自動(dòng)自舉的概念，無(wú)論機組在運行狀態(tài)還是停機狀態(tài)， MCS系統所有調節系統都在自動(dòng)位，等待工藝系統滿(mǎn)足需要調節時(shí)，自動(dòng)系統才進(jìn)行PID運算，否則處于預置值的跟蹤狀態(tài)（AUTO STANDBY）。

APS系統畫(huà)面不僅是機組啟動(dòng)和停止過(guò)程中運行人員的操作畫(huà)面，同時(shí)還具備操作指導的功能。設計功能組不但可以在機組啟停期間使用，在機組的日常運行期間也可以靈活得到使用。APS有相應事件推送功能，可以讓運行人員及時(shí)了解關(guān)注功能組執行情況。

4）嵌入式高精度數字孿生系統模塊

·   嵌入式高精度數字孿生系統，可以將現場(chǎng)實(shí)際DCS數據庫、邏輯、畫(huà)面無(wú)失真繼承進(jìn)來(lái)，仿真模型與原DCS系統無(wú)縫連接

·   除培訓運行和熱工人員外，更重要的是可以對先進(jìn)想法進(jìn)行無(wú)失真仿真驗證

·   為成功建設機組智能啟停系統提供了強有力的保證

·   配置了多媒體教學(xué)軟件，教練員站可以便捷監控所有考生操作，并可根據實(shí)際情況進(jìn)行遠程操作知道

·   根據用戶(hù)需求開(kāi)發(fā)了多種考核模塊，系統自動(dòng)評分，滿(mǎn)足各種考核需求

5）基于DCS數據驅動(dòng)的吹灰優(yōu)化系統模塊

靖煤（白銀）熱電有限公司在智能吹灰項目中，在中國范圍內第一次創(chuàng )新使用了一鍵投入吹灰全程自動(dòng)控制技術(shù)，將吹灰控制過(guò)程中的所有環(huán)節都做了最優(yōu)設計，極大降低了運行人員的勞動(dòng)強度。在受熱面換熱特性得到保證的情況下最大限度降低吹灰頻次，減少“四管”的磨損、防止“四管”爆漏及降“非?！?，穩定燃燒系統達到節能降耗、提高機組運行的經(jīng)濟性、安全性及可靠性。

爐膛智能吹灰系統成果主要包括以下方面內容：

?  實(shí)現鍋爐受熱面清潔系數在線(xiàn)監測。計算結果顯示在DCS流程圖畫(huà)面，可在任何操作員站查看。

?  可在線(xiàn)定義與各個(gè)受熱面臟污狀態(tài)對應的特征參數組，可變工況下動(dòng)態(tài)更新特征參數閥值，可在線(xiàn)修改吹灰專(zhuān)家系統規則的組合方式。

?  改造后的鍋爐智能吹灰系統首次實(shí)現按需吹灰，最大限度降低吹灰頻次，減少“四管”的磨損、防止爆漏及減少“非?！?。

?  首次實(shí)現國內同類(lèi)型機組閉環(huán)吹灰過(guò)程中吹灰管道疏水問(wèn)題的研究。

?  首次實(shí)現國內同類(lèi)型機組基于大量歷史數據的智能優(yōu)化吹灰系統效益評估方法的研究。

6）playback視頻回放系統

·   技術(shù)實(shí)現了流程圖畫(huà)面、邏輯畫(huà)面的無(wú)限制回放，并且其時(shí)間保持與DCS系統一致

·   首次將數據查詢(xún)范圍從歷史點(diǎn)擴展到了整個(gè)DCS系統數據庫，不僅包含硬件點(diǎn)還包含所有中間點(diǎn)

·   利用該技術(shù)首次讓歷史記錄頻率達到了DCS系統廣播頻率

通過(guò)以上各個(gè)模塊的建設將靖煤白銀電廠(chǎng)打造成全國首個(gè)基于生產(chǎn)一區DCS系統的全面感知、多系統融合、大數據分析的安全、環(huán)保、經(jīng)濟、低碳、高效的現代化智慧電廠(chǎng)，大幅提升機組自動(dòng)化、智能化水平，進(jìn)一步挖掘機組潛在性能，使機組時(shí)刻保持最佳運行工況，實(shí)現機組節能、降耗雙提升。 

4、效益分析

(1)  在應對深度調峰和協(xié)調優(yōu)化方面，首次提出設計一種特殊的CCS模式以保證轉態(tài)的穩定性，并針對性的設計了一種特殊的CCS-TF模式,使得這種模式下可以投入AGC。在此次協(xié)調優(yōu)化及深度調峰優(yōu)化中采用了大量先進(jìn)的先進(jìn)算法，將URO控制策略從機組常規運行工況（50%-100%Pe）延伸到深度調峰負荷范圍（30%-50%Pe）。

(2)  在智能預警診斷系統中，在亞洲范圍內第一次創(chuàng )新設計了基于Ovation畫(huà)面進(jìn)行預警信息動(dòng)態(tài)滾動(dòng)顯示，和基于Ovation畫(huà)面進(jìn)行專(zhuān)家系統規則組態(tài)和二次性能計算。亞洲范圍內第一次在智能監調系統實(shí)現預警診斷操作指導的閉環(huán)控制。其中5%重要參數閉環(huán)控制，25%次級參數實(shí)現預警監盤(pán)。

(3)  在智能吹灰系統中首次實(shí)現國內同類(lèi)型機組閉環(huán)吹灰過(guò)程中吹灰管道疏水問(wèn)題的研究。首次實(shí)現國內同類(lèi)型機組基于大量歷史數據的智能優(yōu)化吹灰系統效益評估方法的研究。

獨創(chuàng )的基于DCS數據驅動(dòng)的鍋爐受熱面清潔因子專(zhuān)有技術(shù)

?  一體化設計，實(shí)現按需吹灰，精準對臟受熱面進(jìn)行吹灰

?  減少受熱面吹灰頻次約30%，當年累計減少吹灰時(shí)間約700小時(shí)，減少吹灰蒸汽量月1.1萬(wàn)噸，減少煤耗量約1000噸，節約燃煤成本約80萬(wàn)元

?  平均提高再熱器溫度8度，當年累計減少煤耗約2500噸，節約燃煤成本約200萬(wàn)元

?  提高吹灰自動(dòng)控制水平，大大降低運行人員監盤(pán)工作強度

(4)  同時(shí)由于新常態(tài)下的機組快速智能啟停系統需要大量的機組啟停機會(huì )進(jìn)行邏輯驗證和優(yōu)化，靖煤（白銀）熱電有限公司引入嵌入式高精度數字孿生系統，電廠(chǎng)首次實(shí)現對實(shí)際DCS數據庫、邏輯、畫(huà)面無(wú)失真轉化，搭建高精度仿真模型，實(shí)現了仿真機操作與現場(chǎng)操作無(wú)差別。滿(mǎn)足運行培訓、技術(shù)比武、以及熱工邏輯驗證、離線(xiàn)靜態(tài)調試需求。此次新常態(tài)下的機組快速智能啟停系統就利用該方案實(shí)現了在保證電廠(chǎng)正常生產(chǎn)的情況下完成相關(guān)的邏輯驗證和優(yōu)化。首次實(shí)現了在不對電廠(chǎng)的日常生產(chǎn)影響的情況下完成全部邏輯驗證工作，是國內首個(gè)實(shí)現無(wú)擾部署的智能啟停系統。

(5)  新常態(tài)下的機組快速智能啟停系統

?  將技術(shù)人員的經(jīng)驗和知識顯化為一套標準運行操作規范，不給運行人員操作上犯錯誤的機會(huì )，每個(gè)人的操作過(guò)程即為最優(yōu)操作過(guò)程，解決了因運行人員流失帶來(lái)的操作安全風(fēng)險問(wèn)題

?  日常管理和幫助信息整合至智能啟停系統中，通過(guò)DCS畫(huà)面實(shí)時(shí)推送給運行，能夠幫助運行人員高效、準確的進(jìn)行整臺機組的啟?；蛏a(chǎn)過(guò)程中的大型操作

?  智能啟停系統能夠快速提高運行人員的操作水平，同時(shí)運行人員更佳優(yōu)秀的技能水平對智能啟停操作規則進(jìn)行不斷完善，從而實(shí)現人機技能的正向迭代

?  一體化設計，硬件與開(kāi)發(fā)平臺均采用Ovation Studio軟件包，邏輯完全開(kāi)放設計，保證了運行的更好經(jīng)驗能夠實(shí)時(shí)與智能啟停系統進(jìn)行交互完善

?  建成智能啟停系統后，運行人員將從傳統的繁瑣操作過(guò)程中解脫出來(lái)，從事高級的指標優(yōu)化、關(guān)鍵節點(diǎn)確認、故障診斷等工作

?  運用高級算法實(shí)現點(diǎn)的自動(dòng)強制切除功能，幫助熱工人員解決大型試程中需要手動(dòng)強制、切除點(diǎn)掃描問(wèn)題，大大減輕熱工的勞動(dòng)強度，同時(shí)避免犯錯

?  智能啟停系統完全開(kāi)放，為客戶(hù)技術(shù)創(chuàng )新提供了無(wú)限的平臺

?  智能啟停系統在啟停機組及日常大型操作過(guò)程中取得了良好的安全效益、經(jīng)濟效益和環(huán)保效益

靖煤（白銀）熱電有限公司選擇的艾默生過(guò)程控制有限公司完整的智慧化解決方案,在多領(lǐng)域實(shí)現了國內首創(chuàng )性突破。

?  在應對深度調峰和協(xié)調優(yōu)化方面，首次提出設計一種特殊的CCS模式以保證轉態(tài)的穩定性，并針對性的設計了一種特殊的CCS-TF模式,使得這種模式下可以投入AGC。

?  在智能預警診斷系統中，在亞洲范圍內第一次創(chuàng )新設計了基于Ovation畫(huà)面進(jìn)行預警信息動(dòng)態(tài)滾動(dòng)顯示，和基于Ovation畫(huà)面進(jìn)行專(zhuān)家系統規則組態(tài)和二次性能計算。亞洲范圍內第一次在智能監調系統實(shí)現預警診斷操作指導的閉環(huán)控制。其中5%重要參數閉環(huán)控制，25%次級參數實(shí)現預警監盤(pán)。

?  在智能吹灰系統中首次實(shí)現國內同類(lèi)型機組閉環(huán)吹灰過(guò)程中吹灰管道疏水問(wèn)題的研究。首次實(shí)現國內同類(lèi)型機組基于大量歷史數據的智能優(yōu)化吹灰系統效益評估方法的研究。

?  同時(shí)由于新常態(tài)下的機組快速智能啟停系統需要大量的機組啟停機會(huì )進(jìn)行邏輯驗證和優(yōu)化，靖煤（白銀）熱電有限公司引入嵌入式高精度數字孿生系統，首次實(shí)現了在不對電廠(chǎng)的日常生產(chǎn)影響的情況下完成全部邏輯驗證工作，是國內首個(gè)實(shí)現無(wú)擾部署的智能啟停系統。

以上的各種突破，將靖煤（白銀）熱電有限公司“智慧電廠(chǎng)”打造成全國首個(gè)基于生產(chǎn)一區DCS系統的全面感知、多系統融合、大數據分析的安全、環(huán)保、經(jīng)濟、低碳、高效的現代化智慧電廠(chǎng)，并大幅提升機組自動(dòng)化、智能化水平，進(jìn)一步挖掘機組潛在性能，使機組時(shí)刻保持最佳運行工況，實(shí)現機組節能、降耗雙提升。