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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(yuǎn)煤電股份有限公司全資子公司，主營電力、熱力生產(chǎn)供應(yīng)業(yè)務(wù)。廠址位于甘肅省白銀市銀東工業(yè)園區(qū)，占地面積47公頃。公司規(guī)劃建設(shè)4臺350MW超臨界燃煤間接空冷熱電聯(lián)產(chǎn)機(jī)組，一期建成投運2臺350MW超臨界燃煤空冷熱電聯(lián)產(chǎn)機(jī)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年籌劃智慧電廠建設(shè)并于2024年正式開始實施。

2、項目目標(biāo)與原則

靖煤（白銀）熱電有限公司開展“智慧電廠”建設(shè)工作。打造成全國首個基于生產(chǎn)一區(qū)DCS系統(tǒng)的全面感知、多系統(tǒng)融合、大數(shù)據(jù)分析的安全、環(huán)保、經(jīng)濟(jì)、低碳、高效的現(xiàn)代化智慧電廠，大幅提升機(jī)組自動化、智能化水平，進(jìn)一步挖掘機(jī)組潛在性能，使機(jī)組時刻保持最佳運行工況，實現(xiàn)機(jī)組節(jié)能、降耗雙提升。

3、項目實施與應(yīng)用情況

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

?  在深度調(diào)峰期間，目前機(jī)組協(xié)調(diào)控制能力差，在低負(fù)荷階段無法快速穩(wěn)定地響應(yīng)電網(wǎng)負(fù)荷指令。同時燃料控制和給水控制復(fù)雜多變，運行人員手動操作失誤率較高。另外，深調(diào)期間還有SCR入口煙溫控制效果差、干濕態(tài)轉(zhuǎn)態(tài)及運行參數(shù)多變等問題。

?  由于機(jī)組啟停成為一種新常態(tài)，運行人員經(jīng)驗不足的技術(shù)斷層問題愈加凸顯，一方面機(jī)組的啟停過程相當(dāng)復(fù)雜，啟停同一臺機(jī)組，不同的運行人員的操作對設(shè)備的沖擊影響、經(jīng)濟(jì)性指標(biāo)、環(huán)保參數(shù)及安全性指標(biāo)有巨大差異。另一方面，電廠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(jī)組啟動期間各種漫長的聯(lián)鎖試驗也嚴(yán)重影響電廠生產(chǎn)效率。

?  各種政策考核壓力下，當(dāng)前人工監(jiān)盤壓力更加巨大，失誤率明顯增高。機(jī)組監(jiān)盤工作作為典型的知識密集型和勞動密集型的工種，運行人員監(jiān)視的參數(shù)數(shù)量龐大，各參數(shù)間的客觀關(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，更無法對機(jī)組的早期故障做出預(yù)測診斷。

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

同時隨著國內(nèi)火電機(jī)組裝機(jī)容量不斷提升，煤炭資源愈加緊張，電廠煤質(zhì)變化也越來越復(fù)雜，吹灰系統(tǒng)因此受到了前所未有的考驗，以下問題的存在，對鍋爐壽命造成很大影響：

?  受熱面存在過吹和欠吹 。

?  吹灰造成再熱蒸汽過低 。

?  吹灰系統(tǒng)無法通過統(tǒng)計學(xué)對吹灰槍投運次數(shù)和故障做記錄。

?  吹灰邏輯缺乏數(shù)據(jù)支撐。

為了解決以上問題，靖煤（白銀）熱電有限公司經(jīng)過多方調(diào)研，最終選擇了艾默生過程控制有限公司完整的智慧化解決方案,并在多領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)了國內(nèi)首創(chuàng)性突破。艾默生過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(tǒng)嵌入式高級算法協(xié)調(diào)優(yōu)化及深度調(diào)峰優(yōu)化模塊：實現(xiàn)了如下目標(biāo)：

·   原系統(tǒng)機(jī)組在快速變負(fù)荷階段，機(jī)組協(xié)調(diào)控制能力差，無法滿足電網(wǎng)對兩個細(xì)則考核的要求，加裝該模塊后不但滿足了兩個細(xì)則的考核要求，同時在電力現(xiàn)貨市場交易過程中取得較大優(yōu)勢。

·   實現(xiàn)了機(jī)組深調(diào)階段的全程協(xié)調(diào)、全程燃料自動、給水全程自動、全程脫硝自動、解決了深調(diào)階段燃料控制和給水控制復(fù)雜多變，運行人員手動操作失誤率較高的問題，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(jī)組運行工況智能預(yù)警診斷系統(tǒng)模塊：

·   亞洲范圍內(nèi)第一次創(chuàng)新設(shè)計了基于DCS畫面進(jìn)行預(yù)警信息動態(tài)滾動顯示和基于DCS畫面進(jìn)行專家系統(tǒng)規(guī)則組態(tài)和二次性能計算。

·   亞洲范圍內(nèi)第一次實現(xiàn)預(yù)警診斷操作指導(dǎo)的閉環(huán)控制。其中5%重要參數(shù)閉環(huán)控制，25%次級參數(shù)實現(xiàn)預(yù)警監(jiān)盤。

3）新常態(tài)下的機(jī)組快速智能啟停系統(tǒng)模塊：

在此次控制設(shè)計上，白銀熱電廠設(shè)計采用無斷點控制方式，并按三個功能區(qū)分層設(shè)計。最高層為調(diào)度級APS，主要負(fù)責(zé)導(dǎo)航、協(xié)調(diào)下游各個系統(tǒng)功能組，讓它們按最優(yōu)時間軸運行，以達(dá)到最佳運行需求；第二層為機(jī)組級APS功能組，它主要負(fù)責(zé)協(xié)調(diào)控制各個設(shè)備層功能組的運行；第三層是作為手腳的底層的設(shè)備級功能組。

機(jī)組APS功能組能接收調(diào)度級APS信號，并接受調(diào)度級APS的指令，進(jìn)行最優(yōu)時間軸運行，以達(dá)到最佳運行需求。

APS和原有的控制系統(tǒng)在APS的投入及退出時對現(xiàn)有的系統(tǒng)無擾切換采用自動自舉的概念，無論機(jī)組在運行狀態(tài)還是停機(jī)狀態(tài)， MCS系統(tǒng)所有調(diào)節(jié)系統(tǒng)都在自動位，等待工藝系統(tǒng)滿足需要調(diào)節(jié)時，自動系統(tǒng)才進(jìn)行PID運算，否則處于預(yù)置值的跟蹤狀態(tài)（AUTO STANDBY）。

APS系統(tǒng)畫面不僅是機(jī)組啟動和停止過程中運行人員的操作畫面，同時還具備操作指導(dǎo)的功能。設(shè)計功能組不但可以在機(jī)組啟停期間使用，在機(jī)組的日常運行期間也可以靈活得到使用。APS有相應(yīng)事件推送功能，可以讓運行人員及時了解關(guān)注功能組執(zhí)行情況。

4）嵌入式高精度數(shù)字孿生系統(tǒng)模塊

·   嵌入式高精度數(shù)字孿生系統(tǒng)，可以將現(xiàn)場實際DCS數(shù)據(jù)庫、邏輯、畫面無失真繼承進(jìn)來，仿真模型與原DCS系統(tǒng)無縫連接

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

·   為成功建設(shè)機(jī)組智能啟停系統(tǒng)提供了強(qiáng)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(jiān)控所有考生操作，并可根據(jù)實際情況進(jìn)行遠(yuǎn)程操作知道

·   根據(jù)用戶需求開發(fā)了多種考核模塊，系統(tǒng)自動評分，滿足各種考核需求

5）基于DCS數(shù)據(jù)驅(qū)動的吹灰優(yōu)化系統(tǒng)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(nèi)第一次創(chuàng)新使用了一鍵投入吹灰全程自動控制技術(shù)，將吹灰控制過程中的所有環(huán)節(jié)都做了最優(yōu)設(shè)計，極大降低了運行人員的勞動強(qiáng)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“非停”，穩(wěn)定燃燒系統(tǒng)達(dá)到節(jié)能降耗、提高機(jī)組運行的經(jīng)濟(jì)性、安全性及可靠性。

爐膛智能吹灰系統(tǒng)成果主要包括以下方面內(nèi)容：

?  實現(xiàn)鍋爐受熱面清潔系數(shù)在線監(jiān)測。計算結(jié)果顯示在DCS流程圖畫面，可在任何操作員站查看。

?  可在線定義與各個受熱面臟污狀態(tài)對應(yīng)的特征參數(shù)組，可變工況下動態(tài)更新特征參數(shù)閥值，可在線修改吹灰專家系統(tǒng)規(guī)則的組合方式。

?  改造后的鍋爐智能吹灰系統(tǒng)首次實現(xiàn)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“非停”。

?  首次實現(xiàn)國內(nèi)同類型機(jī)組閉環(huán)吹灰過程中吹灰管道疏水問題的研究。

?  首次實現(xiàn)國內(nèi)同類型機(jī)組基于大量歷史數(shù)據(jù)的智能優(yōu)化吹灰系統(tǒng)效益評估方法的研究。

6）playback視頻回放系統(tǒng)

·   技術(shù)實現(xiàn)了流程圖畫面、邏輯畫面的無限制回放，并且其時間保持與DCS系統(tǒng)一致

·   首次將數(shù)據(jù)查詢范圍從歷史點擴(kuò)展到了整個DCS系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫，不僅包含硬件點還包含所有中間點

·   利用該技術(shù)首次讓歷史記錄頻率達(dá)到了DCS系統(tǒng)廣播頻率

通過以上各個模塊的建設(shè)將靖煤白銀電廠打造成全國首個基于生產(chǎn)一區(qū)DCS系統(tǒng)的全面感知、多系統(tǒng)融合、大數(shù)據(jù)分析的安全、環(huán)保、經(jīng)濟(jì)、低碳、高效的現(xiàn)代化智慧電廠，大幅提升機(jī)組自動化、智能化水平，進(jìn)一步挖掘機(jī)組潛在性能，使機(jī)組時刻保持最佳運行工況，實現(xiàn)機(jī)組節(jié)能、降耗雙提升。 

4、效益分析

(1)  在應(yīng)對深度調(diào)峰和協(xié)調(diào)優(yōu)化方面，首次提出設(shè)計一種特殊的CCS模式以保證轉(zhuǎn)態(tài)的穩(wěn)定性，并針對性的設(shè)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(diào)優(yōu)化及深度調(diào)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(jī)組常規(guī)運行工況（50%-100%Pe）延伸到深度調(diào)峰負(fù)荷范圍（30%-50%Pe）。

(2)  在智能預(yù)警診斷系統(tǒng)中，在亞洲范圍內(nèi)第一次創(chuàng)新設(shè)計了基于Ovation畫面進(jìn)行預(yù)警信息動態(tài)滾動顯示，和基于Ovation畫面進(jìn)行專家系統(tǒng)規(guī)則組態(tài)和二次性能計算。亞洲范圍內(nèi)第一次在智能監(jiān)調(diào)系統(tǒng)實現(xiàn)預(yù)警診斷操作指導(dǎo)的閉環(huán)控制。其中5%重要參數(shù)閉環(huán)控制，25%次級參數(shù)實現(xiàn)預(yù)警監(jiān)盤。

(3)  在智能吹灰系統(tǒng)中首次實現(xiàn)國內(nèi)同類型機(jī)組閉環(huán)吹灰過程中吹灰管道疏水問題的研究。首次實現(xiàn)國內(nèi)同類型機(jī)組基于大量歷史數(shù)據(jù)的智能優(yōu)化吹灰系統(tǒng)效益評估方法的研究。

獨創(chuàng)的基于DCS數(shù)據(jù)驅(qū)動的鍋爐受熱面清潔因子專有技術(shù)

?  一體化設(shè)計，實現(xiàn)按需吹灰，精準(zhǔn)對臟受熱面進(jìn)行吹灰

?  減少受熱面吹灰頻次約30%，當(dāng)年累計減少吹灰時間約700小時，減少吹灰蒸汽量月1.1萬噸，減少煤耗量約1000噸，節(jié)約燃煤成本約80萬元

?  平均提高再熱器溫度8度，當(dāng)年累計減少煤耗約2500噸，節(jié)約燃煤成本約200萬元

?  提高吹灰自動控制水平，大大降低運行人員監(jiān)盤工作強(qiáng)度

(4)  同時由于新常態(tài)下的機(jī)組快速智能啟停系統(tǒng)需要大量的機(jī)組啟停機(jī)會進(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(shù)字孿生系統(tǒng)，電廠首次實現(xiàn)對實際DCS數(shù)據(jù)庫、邏輯、畫面無失真轉(zhuǎn)化，搭建高精度仿真模型，實現(xiàn)了仿真機(jī)操作與現(xiàn)場操作無差別。滿足運行培訓(xùn)、技術(shù)比武、以及熱工邏輯驗證、離線靜態(tài)調(diào)試需求。此次新常態(tài)下的機(jī)組快速智能啟停系統(tǒng)就利用該方案實現(xiàn)了在保證電廠正常生產(chǎn)的情況下完成相關(guān)的邏輯驗證和優(yōu)化。首次實現(xiàn)了在不對電廠的日常生產(chǎn)影響的情況下完成全部邏輯驗證工作，是國內(nèi)首個實現(xiàn)無擾部署的智能啟停系統(tǒng)。

(5)  新常態(tài)下的機(jī)組快速智能啟停系統(tǒng)

?  將技術(shù)人員的經(jīng)驗和知識顯化為一套標(biāo)準(zhǔn)運行操作規(guī)范，不給運行人員操作上犯錯誤的機(jī)會，每個人的操作過程即為最優(yōu)操作過程，解決了因運行人員流失帶來的操作安全風(fēng)險問題

?  日常管理和幫助信息整合至智能啟停系統(tǒng)中，通過DCS畫面實時推送給運行，能夠幫助運行人員高效、準(zhǔn)確的進(jìn)行整臺機(jī)組的啟停或生產(chǎn)過程中的大型操作

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

?  一體化設(shè)計，硬件與開發(fā)平臺均采用Ovation Studio軟件包，邏輯完全開放設(shè)計，保證了運行的更好經(jīng)驗?zāi)軌驅(qū)崟r與智能啟停系統(tǒng)進(jìn)行交互完善

?  建成智能啟停系統(tǒng)后，運行人員將從傳統(tǒng)的繁瑣操作過程中解脫出來，從事高級的指標(biāo)優(yōu)化、關(guān)鍵節(jié)點確認(rèn)、故障診斷等工作

?  運用高級算法實現(xiàn)點的自動強(qiáng)制切除功能，幫助熱工人員解決大型試程中需要手動強(qiáng)制、切除點掃描問題，大大減輕熱工的勞動強(qiáng)度，同時避免犯錯

?  智能啟停系統(tǒng)完全開放，為客戶技術(shù)創(chuàng)新提供了無限的平臺

?  智能啟停系統(tǒng)在啟停機(jī)組及日常大型操作過程中取得了良好的安全效益、經(jīng)濟(jì)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程控制有限公司完整的智慧化解決方案,在多領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)了國內(nèi)首創(chuàng)性突破。

?  在應(yīng)對深度調(diào)峰和協(xié)調(diào)優(yōu)化方面，首次提出設(shè)計一種特殊的CCS模式以保證轉(zhuǎn)態(tài)的穩(wěn)定性，并針對性的設(shè)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(yù)警診斷系統(tǒng)中，在亞洲范圍內(nèi)第一次創(chuàng)新設(shè)計了基于Ovation畫面進(jìn)行預(yù)警信息動態(tài)滾動顯示，和基于Ovation畫面進(jìn)行專家系統(tǒng)規(guī)則組態(tài)和二次性能計算。亞洲范圍內(nèi)第一次在智能監(jiān)調(diào)系統(tǒng)實現(xiàn)預(yù)警診斷操作指導(dǎo)的閉環(huán)控制。其中5%重要參數(shù)閉環(huán)控制，25%次級參數(shù)實現(xiàn)預(yù)警監(jiān)盤。

?  在智能吹灰系統(tǒng)中首次實現(xiàn)國內(nèi)同類型機(jī)組閉環(huán)吹灰過程中吹灰管道疏水問題的研究。首次實現(xiàn)國內(nèi)同類型機(jī)組基于大量歷史數(shù)據(jù)的智能優(yōu)化吹灰系統(tǒng)效益評估方法的研究。

?  同時由于新常態(tài)下的機(jī)組快速智能啟停系統(tǒng)需要大量的機(jī)組啟停機(jī)會進(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(shù)字孿生系統(tǒng)，首次實現(xiàn)了在不對電廠的日常生產(chǎn)影響的情況下完成全部邏輯驗證工作，是國內(nèi)首個實現(xiàn)無擾部署的智能啟停系統(tǒng)。

以上的各種突破，將靖煤（白銀）熱電有限公司“智慧電廠”打造成全國首個基于生產(chǎn)一區(qū)DCS系統(tǒng)的全面感知、多系統(tǒng)融合、大數(shù)據(jù)分析的安全、環(huán)保、經(jīng)濟(jì)、低碳、高效的現(xiàn)代化智慧電廠，并大幅提升機(jī)組自動化、智能化水平，進(jìn)一步挖掘機(jī)組潛在性能，使機(jī)組時刻保持最佳運行工況，實現(xiàn)機(jī)組節(jié)能、降耗雙提升。