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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，是甘肅靖遠煤電股份有限公司全資子公司，主營電力、熱力生產供應業(yè)務。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4臺350MW超臨界燃煤間接空冷熱電聯產機組，一期建成投運2臺350MW超臨界燃煤空冷熱電聯產機組，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年籌劃智慧電廠建設并于2024年正式開始實施。

2、項目目標與原則

靖煤（白銀）熱電有限公司開展“智慧電廠”建設工作。打造成全國首個基于生產一區(qū)DCS系統的全面感知、多系統融合、大數據分析的安全、環(huán)保、經濟、低碳、高效的現代化智慧電廠，大幅提升機組自動化、智能化水平，進一步挖掘機組潛在性能，使機組時刻保持最佳運行工況，實現機組節(jié)能、降耗雙提升。

3、項目實施與應用情況

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)定對電網安全穩(wěn)定的影響，中國國家電網對承擔主要調頻調峰任務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)電廠并網運行管理實施細則》和《并網發(fā)電廠輔助服務管理實施細則》考核的壓力也愈加突出，同時在“兩個細則”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(zhàn)：

?  在深度調峰期間，目前機組協調控制能力差，在低負荷階段無法快速穩(wěn)定地響應電網負荷指令。同時燃料控制和給水控制復雜多變，運行人員手動操作失誤率較高。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題。

?  由于機組啟停成為一種新常態(tài)，運行人員經驗不足的技術斷層問題愈加凸顯，一方面機組的啟停過程相當復雜，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，電廠運行人員新老更替速度加快，優(yōu)秀運行人員的寶貴經驗難以保留。并且機組啟動期間各種漫長的聯鎖試驗也嚴重影響電廠生產效率。

?  各種政策考核壓力下，當前人工監(jiān)盤壓力更加巨大，失誤率明顯增高。機組監(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)視的參數數量龐大，各參數間的客觀關聯因素僅憑人工辨識，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，更無法對機組的早期故障做出預測診斷。

?  伴隨著目前事故率的提升，傳統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量限制已經難以有效的查詢分析出事故原因。

同時隨著國內火電機組裝機容量不斷提升，煤炭資源愈加緊張，電廠煤質變化也越來越復雜，吹灰系統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 。

?  吹灰系統無法通過統計學對吹灰槍投運次數和故障做記錄。

?  吹灰邏輯缺乏數據支撐。

為了解決以上問題，靖煤（白銀）熱電有限公司經過多方調研，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,并在多領域實現了國內首創(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系統嵌入式高級算法協調優(yōu)化及深度調峰優(yōu)化模塊：實現了如下目標：

·   原系統機組在快速變負荷階段，機組協調控制能力差，無法滿足電網對兩個細則考核的要求，加裝該模塊后不但滿足了兩個細則的考核要求，同時在電力現貨市場交易過程中取得較大優(yōu)勢。

·   實現了機組深調階段的全程協調、全程燃料自動、給水全程自動、全程脫硝自動、解決了深調階段燃料控制和給水控制復雜多變，運行人員手動操作失誤率較高的問題，提高生產安全，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畫面進行預警信息動態(tài)滾動顯示和基于DCS畫面進行專家系統規(guī)則組態(tài)和二次性能計算。

·   亞洲范圍內第一次實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%次級參數實現預警監(jiān)盤。

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，白銀熱電廠設計采用無斷點控制方式，并按三個功能區(qū)分層設計。最高層為調度級APS，主要負責導航、協調下游各個系統功能組，讓它們按最優(yōu)時間軸運行，以達到最佳運行需求；第二層為機組級APS功能組，它主要負責協調控制各個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，進行最優(yōu)時間軸運行，以達到最佳運行需求。

APS和原有的控制系統在APS的投入及退出時對現有的系統無擾切換采用自動自舉的概念，無論機組在運行狀態(tài)還是停機狀態(tài)， MCS系統所有調節(jié)系統都在自動位，等待工藝系統滿足需要調節(jié)時，自動系統才進行PID運算，否則處于預置值的跟蹤狀態(tài)（AUTO STANDBY）。

APS系統畫面不僅是機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了解關注功能組執(zhí)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，可以將現場實際DCS數據庫、邏輯、畫面無失真繼承進來，仿真模型與原DCS系統無縫連接

·   除培訓運行和熱工人員外，更重要的是可以對先進想法進行無失真仿真驗證

·   為成功建設機組智能啟停系統提供了強有力的保證

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

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

5）基于DCS數據驅動的吹灰優(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控制技術，將吹灰控制過程中的所有環(huán)節(jié)都做了最優(yōu)設計，極大降低了運行人員的勞動強度。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“非停”，穩(wěn)定燃燒系統達到節(jié)能降耗、提高機組運行的經濟性、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：

?  實現鍋爐受熱面清潔系數在線監(jiān)測。計算結果顯示在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)對應的特征參數組，可變工況下動態(tài)更新特征參數閥值，可在線修改吹灰專家系統規(guī)則的組合方式。

?  改造后的鍋爐智能吹灰系統首次實現按需吹灰，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?！?。

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

?  首次實現國內同類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

·   技術實現了流程圖畫面、邏輯畫面的無限制回放，并且其時間保持與DCS系統一致

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

·   利用該技術首次讓歷史記錄頻率達到了DCS系統廣播頻率

通過以上各個模塊的建設將靖煤白銀電廠打造成全國首個基于生產一區(qū)DCS系統的全面感知、多系統融合、大數據分析的安全、環(huán)保、經濟、低碳、高效的現代化智慧電廠，大幅提升機組自動化、智能化水平，進一步挖掘機組潛在性能，使機組時刻保持最佳運行工況，實現機組節(jié)能、降耗雙提升。 

4、效益分析

(1)  在應對深度調峰和協調優(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(wěn)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。在此次協調優(yōu)化及深度調峰優(yōu)化中采用了大量先進的先進算法，將URO控制策略從機組常規(guī)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畫面進行預警信息動態(tài)滾動顯示，和基于Ovation畫面進行專家系統規(guī)則組態(tài)和二次性能計算。亞洲范圍內第一次在智能監(jiān)調系統實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%次級參數實現預警監(jiān)盤。

(3)  在智能吹灰系統中首次實現國內同類型機組閉環(huán)吹灰過程中吹灰管道疏水問題的研究。首次實現國內同類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數據驅動的鍋爐受熱面清潔因子專有技術

?  一體化設計，實現按需吹灰，精準對臟受熱面進行吹灰

?  減少受熱面吹灰頻次約30%，當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)盤工作強度

(4)  同時由于新常態(tài)下的機組快速智能啟停系統需要大量的機組啟停機會進行邏輯驗證和優(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，電廠首次實現對實際DCS數據庫、邏輯、畫面無失真轉化，搭建高精度仿真模型，實現了仿真機操作與現場操作無差別。滿足運行培訓、技術比武、以及熱工邏輯驗證、離線靜態(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現了在保證電廠正常生產的情況下完成相關的邏輯驗證和優(yōu)化。首次實現了在不對電廠的日常生產影響的情況下完成全部邏輯驗證工作，是國內首個實現無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

?  將技術人員的經驗和知識顯化為一套標準運行操作規(guī)范，不給運行人員操作上犯錯誤的機會，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險問題

?  日常管理和幫助信息整合至智能啟停系統中，通過DCS畫面實時推送給運行，能夠幫助運行人員高效、準確的進行整臺機組的啟?；蛏a過程中的大型操作

?  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)則進行不斷完善，從而實現人機技能的正向迭代

?  一體化設計，硬件與開發(fā)平臺均采用Ovation Studio軟件包，邏輯完全開放設計，保證了運行的更好經驗能夠實時與智能啟停系統進行交互完善

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

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

?  智能啟停系統完全開放，為客戶技術創(chuàng)新提供了無限的平臺

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

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

?  在應對深度調峰和協調優(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(wěn)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畫面進行預警信息動態(tài)滾動顯示，和基于Ovation畫面進行專家系統規(guī)則組態(tài)和二次性能計算。亞洲范圍內第一次在智能監(jiān)調系統實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%次級參數實現預警監(jiān)盤。

?  在智能吹灰系統中首次實現國內同類型機組閉環(huán)吹灰過程中吹灰管道疏水問題的研究。首次實現國內同類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進行邏輯驗證和優(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，首次實現了在不對電廠的日常生產影響的情況下完成全部邏輯驗證工作，是國內首個實現無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”打造成全國首個基于生產一區(qū)DCS系統的全面感知、多系統融合、大數據分析的安全、環(huán)保、經濟、低碳、高效的現代化智慧電廠，并大幅提升機組自動化、智能化水平，進一步挖掘機組潛在性能，使機組時刻保持最佳運行工況，實現機組節(jié)能、降耗雙提升。