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摘要：众所周知，火力发电厂作为现代社会上最庞大的工业生产体系之一，其设备及控制系统的水平代表着整个社会工业化进程水平。目前新投产火电机组已经拥有了较高的自动化程度，但在整体决策等方面还需要大量的人为参与。随着互联网软件和物联网技术的日趋成熟，如何让建设智能化电厂，成为当下电力系统人员所思考和研究的问题。本文从目前火力发电厂普遍运用的控制系统角度出发，结合运维经验，对智慧电厂发展中可能遇到的问题进行分析。
关键词：火电厂；控制系统；设备监测；可视化
前言
对于智慧电厂的发展，电力发展《“十三五”规划》对其进行了专项阐述。其中指出：发展智能发电技术，开展发电过程智能化检测、控制技术研究与智能仪表控制系统装备研发，攻关高效燃煤发电机组、大型风力发电机组、重型燃气机组、核电机组等领域先进运行控制技术与示范应用。由此可见，发电企业迫切需要改变粗放型管理模式，提高企业管理水平和核心竞争力，聚焦现有电厂升级改造，智慧电厂的兴起既顺应时代发展，又是传统电力企业自我变革的必经之路
1.智慧电厂概念
现阶段对智慧电厂的定义尚无统一定论。一部分人认为智慧电厂是数字化电厂结合智能系统后的进一步发展。另一部分人认为智慧电厂由信息化、数字化、智能化等技术支撑，具有感知能力、记忆和思维能力、学习能力和自适应能力三类特点。还有人认为智慧型电厂是以执行力体系、信息化体系、节能环保体系、预警体系、学习型企业体系和企业文化体系六大管理体系作为支撑。但无论怎样，这些理念都需要一个集感知、计算、决策与一体的平台系统作为基础，才能将这些理念进一步发展。
2.機组控制系统设置情况
就现阶段情况而言，一般情况下火力发电厂普遍采用的DCS控制系统来完成电厂主体设备的控制、监视、报警、数据记录和追忆。相较于DCS控制系统，部分电厂对于辅网系统采用的PLC控制系统也广泛存在，利用PLC控制系统特性，在输入信号作用下，按照预先送入的程序控制现场执行机构按一定规律动作，从而实现设备自动化操作。以上配置加上机组设备技术的不断革新，理论上在技术层面已经具备自动化电厂要求，但在实际运行中，机组系统运行自动化程度依然很低，需要投入大量的运行人员进行调整。
3.智慧型电厂发展的制约因素
随着控制系统的不断发展，火力发电厂的运行调整相较以前已经有了很大发展，特别是新建机组中自动化程度显著提高，已经初具自动化电厂模型。但在常规调整中，控制系统的实际控制效果确实不尽如人意。
3.1 机组控制系统分散
为了节省成本，以往的电厂设计过程中往往会根据主辅网运行特性的不同采用不同的控制系统，以实现最优的经济效益。这种情况下，很容易造成一个电厂有两套或者数套操作系统。
因此，为了适应智能电站全厂信号和管理内容数字化的要求，需要实现主辅控制一体化控制系统。即使不能实现一体化控制，也需要通过使用网络技术实现整个工厂完整数据的跨平台资源共享，确保数字信息交换准确可靠，消除信息孤岛。
3.2 协调控制系统不稳定
协调控制系统（CCS）也称主控系统，协调控制系统可以使机组实现最基本的自动化要求，但实际情况中，投入协调控制情况下往往还需要人工手动干预，无论是负荷跟踪还是压力跟踪都经常出现跟踪不稳定的情况。
在机组负荷发生变化时，由于燃料燃烧及给水蒸发具有一定的滞后性，对机组的调整会造成一定的影响。特别是由于设备问题需要快速甩负荷时，由于燃料跟踪滞后，蒸汽压力的控制往往无法靠协调来控制。所以系统的优化中需要根据机组的给煤特性及给水特性进行整定，对煤水比函数进行优化。另一方面压力偏差的跟踪也应根据煤水的延迟特性进行矫正，避免调整不足或过调的情况。
3.3 设备监测调控系统
近年来，由于节能、环保政策标准不断提高，火电厂纷纷进行了环保改造。以脱销系统的改造为例，改造以后对于锅炉尾部烟道内设备运行监测提出极大考验。同时，配煤掺烧在火电机组的应用也日渐普遍，但由于配煤值班人员对人厂煤及掺配用煤热值预估不准确，导致掺配后入炉煤热值低于最低热值要求的现象屡屡发生。造成炉膛内部的燃烧不稳定，对于烟气排放、炉膛内部金属超温、结焦等方面产生极大影响。
究其原因，除了对入炉煤监测不足外，对炉膛内的燃烧、受热监测整合同样不足，造成数据监测集成度低，不能及时汇总分析也是其主要原因。在运行中将制粉系统煤粉浓度监测、炉膛内燃烧温度监测、受热面积灰程度监测、尾部烟道烟气温度、阻力监测等优化后加上预测控制、PID自整定等先进控制算法，结合机组运行情况进行与机组控制系统进行对接，将助力机组运行中的扰动调节实现更高的自动化水平。
3.4 故障自诊断能力差
目前，发电厂机组设备运行中故障报警触发大多数采取追踪参数绝对值，各设备运行参数也仅显示实时状态，只有在小部分设备参数给定中添加参数变化率功能，这种故障报警较为单一，监测难以及时发现。
运行中为了避免设备运行异常发现不及时，在设备故障监测诊断方面需要加入更多的智能化因素。当前研究趋于成熟的SBM建模技术可以很好的解决这个问题。SBM建模是在确定建模对象的基础上导入历史数据，经过对历史数据的过滤，选取相对的状态矩阵从而建立模型。采集设备实时运行数据期望值实时比较，对其动态变化过程在线展示，在故障发生阶段进行预警，及时提醒维护人员进行设备维护。
4.运行设备的可视化管理
智慧电厂的目标是电厂能根据AGC指令自动运行在最优状态，并能对可能出现的故障进行预警和诊断，如果确认设备故障，可以自动调整运行方式、负荷高低，通知人员检修。那么，电厂整体设备运行的可视化管理便至关重要。
目前阶段火电厂设备可视化管理主要依赖广泛使用的厂区工业电视（CCTV），实时数据监测，依靠SIS（Supervisory Information System）厂级监控信息系统实现整个电厂范围内信息共享和全厂生产过程的实时信息监控。但是两者都仅能提供的设备运行信息，不具备自主监测分析报警功能。
可视化管理可以从全景可视化、人员管理可视化、机械设备可视化、作业流程可视化方面下手。利用360°全景监控来了解厂区基本运行情况，利用认证对比等技术应用，结合定位系统掌握人员动态，在工业电视基础上，添加智能读表、液位分析等技术的应用，实现对设备器械可视化智能分析利用，结合管理系统、智能点检系统的应用等实现作业流程可视化，通过将这些信息汇总分析，可以使电厂智能化，同时也能更好的保证机组安全运行。
当前电力系统已经开始研发引进巡检机器人，利用GPS定位系统、红外热成像温度检测系统、工业相机视觉系统、噪音、温湿度、气体等传感器，可以随时对设备进行一次全方位的巡检。但总体还是停留在监测和分析阶段，并不能与机组的控制系统相兼容，未来有望建立起设备基本信息数据库，通过数据库挂接智能技术实现与设备基本属性的关联，使控制系统智能化。
结语
随着我国经济结构调整和转型升级深入推进，以及电力体制改革大力实施，智慧电厂已经成为电厂发展新趋势。智慧电厂发展建设过程中所面临的问题不仅仅是控制系统的问题，人员因素、监测手段、执行机构以及测量仪表对此也同样有很大影响，单靠改变控制算法，优化系统平台不会直接改变最终结果，但它却是智慧电厂建设过程中最重要的一环，利用先进控制方法开发的电厂控制优化系统，组建全厂一体化操作监测平台，再加以设备改造，智慧电厂的时代终将到来。
参考文献
[1]《智慧电厂怎么建？发电企业如何转型？》 中国能源研究会副秘书长、节能减排中心主任 王凡
[2]《智慧电厂建设探讨》 屠学伟，郑亚锋 《自动化博览》2019年1月刊
（作者单位：大唐信阳发电有限责任公司）
关键词：火电厂；控制系统；设备监测；可视化
前言
对于智慧电厂的发展，电力发展《“十三五”规划》对其进行了专项阐述。其中指出：发展智能发电技术，开展发电过程智能化检测、控制技术研究与智能仪表控制系统装备研发，攻关高效燃煤发电机组、大型风力发电机组、重型燃气机组、核电机组等领域先进运行控制技术与示范应用。由此可见，发电企业迫切需要改变粗放型管理模式，提高企业管理水平和核心竞争力，聚焦现有电厂升级改造，智慧电厂的兴起既顺应时代发展，又是传统电力企业自我变革的必经之路
1.智慧电厂概念
现阶段对智慧电厂的定义尚无统一定论。一部分人认为智慧电厂是数字化电厂结合智能系统后的进一步发展。另一部分人认为智慧电厂由信息化、数字化、智能化等技术支撑，具有感知能力、记忆和思维能力、学习能力和自适应能力三类特点。还有人认为智慧型电厂是以执行力体系、信息化体系、节能环保体系、预警体系、学习型企业体系和企业文化体系六大管理体系作为支撑。但无论怎样，这些理念都需要一个集感知、计算、决策与一体的平台系统作为基础，才能将这些理念进一步发展。
2.機组控制系统设置情况
就现阶段情况而言，一般情况下火力发电厂普遍采用的DCS控制系统来完成电厂主体设备的控制、监视、报警、数据记录和追忆。相较于DCS控制系统，部分电厂对于辅网系统采用的PLC控制系统也广泛存在，利用PLC控制系统特性，在输入信号作用下，按照预先送入的程序控制现场执行机构按一定规律动作，从而实现设备自动化操作。以上配置加上机组设备技术的不断革新，理论上在技术层面已经具备自动化电厂要求，但在实际运行中，机组系统运行自动化程度依然很低，需要投入大量的运行人员进行调整。
3.智慧型电厂发展的制约因素
随着控制系统的不断发展，火力发电厂的运行调整相较以前已经有了很大发展，特别是新建机组中自动化程度显著提高，已经初具自动化电厂模型。但在常规调整中，控制系统的实际控制效果确实不尽如人意。
3.1 机组控制系统分散
为了节省成本，以往的电厂设计过程中往往会根据主辅网运行特性的不同采用不同的控制系统，以实现最优的经济效益。这种情况下，很容易造成一个电厂有两套或者数套操作系统。
因此，为了适应智能电站全厂信号和管理内容数字化的要求，需要实现主辅控制一体化控制系统。即使不能实现一体化控制，也需要通过使用网络技术实现整个工厂完整数据的跨平台资源共享，确保数字信息交换准确可靠，消除信息孤岛。
3.2 协调控制系统不稳定
协调控制系统（CCS）也称主控系统，协调控制系统可以使机组实现最基本的自动化要求，但实际情况中，投入协调控制情况下往往还需要人工手动干预，无论是负荷跟踪还是压力跟踪都经常出现跟踪不稳定的情况。
在机组负荷发生变化时，由于燃料燃烧及给水蒸发具有一定的滞后性，对机组的调整会造成一定的影响。特别是由于设备问题需要快速甩负荷时，由于燃料跟踪滞后，蒸汽压力的控制往往无法靠协调来控制。所以系统的优化中需要根据机组的给煤特性及给水特性进行整定，对煤水比函数进行优化。另一方面压力偏差的跟踪也应根据煤水的延迟特性进行矫正，避免调整不足或过调的情况。
3.3 设备监测调控系统
近年来，由于节能、环保政策标准不断提高，火电厂纷纷进行了环保改造。以脱销系统的改造为例，改造以后对于锅炉尾部烟道内设备运行监测提出极大考验。同时，配煤掺烧在火电机组的应用也日渐普遍，但由于配煤值班人员对人厂煤及掺配用煤热值预估不准确，导致掺配后入炉煤热值低于最低热值要求的现象屡屡发生。造成炉膛内部的燃烧不稳定，对于烟气排放、炉膛内部金属超温、结焦等方面产生极大影响。
究其原因，除了对入炉煤监测不足外，对炉膛内的燃烧、受热监测整合同样不足，造成数据监测集成度低，不能及时汇总分析也是其主要原因。在运行中将制粉系统煤粉浓度监测、炉膛内燃烧温度监测、受热面积灰程度监测、尾部烟道烟气温度、阻力监测等优化后加上预测控制、PID自整定等先进控制算法，结合机组运行情况进行与机组控制系统进行对接，将助力机组运行中的扰动调节实现更高的自动化水平。
3.4 故障自诊断能力差
目前，发电厂机组设备运行中故障报警触发大多数采取追踪参数绝对值，各设备运行参数也仅显示实时状态，只有在小部分设备参数给定中添加参数变化率功能，这种故障报警较为单一，监测难以及时发现。
运行中为了避免设备运行异常发现不及时，在设备故障监测诊断方面需要加入更多的智能化因素。当前研究趋于成熟的SBM建模技术可以很好的解决这个问题。SBM建模是在确定建模对象的基础上导入历史数据，经过对历史数据的过滤，选取相对的状态矩阵从而建立模型。采集设备实时运行数据期望值实时比较，对其动态变化过程在线展示，在故障发生阶段进行预警，及时提醒维护人员进行设备维护。
4.运行设备的可视化管理
智慧电厂的目标是电厂能根据AGC指令自动运行在最优状态，并能对可能出现的故障进行预警和诊断，如果确认设备故障，可以自动调整运行方式、负荷高低，通知人员检修。那么，电厂整体设备运行的可视化管理便至关重要。
目前阶段火电厂设备可视化管理主要依赖广泛使用的厂区工业电视（CCTV），实时数据监测，依靠SIS（Supervisory Information System）厂级监控信息系统实现整个电厂范围内信息共享和全厂生产过程的实时信息监控。但是两者都仅能提供的设备运行信息，不具备自主监测分析报警功能。
可视化管理可以从全景可视化、人员管理可视化、机械设备可视化、作业流程可视化方面下手。利用360°全景监控来了解厂区基本运行情况，利用认证对比等技术应用，结合定位系统掌握人员动态，在工业电视基础上，添加智能读表、液位分析等技术的应用，实现对设备器械可视化智能分析利用，结合管理系统、智能点检系统的应用等实现作业流程可视化，通过将这些信息汇总分析，可以使电厂智能化，同时也能更好的保证机组安全运行。
当前电力系统已经开始研发引进巡检机器人，利用GPS定位系统、红外热成像温度检测系统、工业相机视觉系统、噪音、温湿度、气体等传感器，可以随时对设备进行一次全方位的巡检。但总体还是停留在监测和分析阶段，并不能与机组的控制系统相兼容，未来有望建立起设备基本信息数据库，通过数据库挂接智能技术实现与设备基本属性的关联，使控制系统智能化。
结语
随着我国经济结构调整和转型升级深入推进，以及电力体制改革大力实施，智慧电厂已经成为电厂发展新趋势。智慧电厂发展建设过程中所面临的问题不仅仅是控制系统的问题，人员因素、监测手段、执行机构以及测量仪表对此也同样有很大影响，单靠改变控制算法，优化系统平台不会直接改变最终结果，但它却是智慧电厂建设过程中最重要的一环，利用先进控制方法开发的电厂控制优化系统，组建全厂一体化操作监测平台，再加以设备改造，智慧电厂的时代终将到来。
参考文献
[1]《智慧电厂怎么建？发电企业如何转型？》 中国能源研究会副秘书长、节能减排中心主任 王凡
[2]《智慧电厂建设探讨》 屠学伟，郑亚锋 《自动化博览》2019年1月刊
（作者单位：大唐信阳发电有限责任公司）